بخشی از مقاله
چکیده
مدل SWAT، ابزاری جهت ارزیابی آب و خاک است که در مقیاس محلی برای بهبود مدیریت حوزه آبخیز توصیه میشود. این مدل، در سطح بین المللی به عنوان یک ابزار قوی پذیرفته شده و در حال حاضر در جهان به عنوان یک مدل قابل تطبیق که توانایی پشتیبانی از فرآیندهای چند منظوره محیطی را دارد، مورد استفاده قرار میگیرد، این ابزار مدیریت مؤثر حوزه آبخیز و تصمیم گیری آگاهانه برای توسعه بهتر آنرا حمایت میکند. دادههای ورودی شامل بارش،درجه حرارت، تابش خورشیدی، باد و رطوبت است که امکان ویرایش مجدد دادهها در نرم افزار به تعداد دفعات زیاد وجود دارد.
در این مدل، ابتدا دادههای آب و هوایی یک دوره آماری حوزه آبخیز گرد آوری میشوند، سپس پارامترهای زمینی،شامل پوشش زمین و خاک در سامانه اطلاعات جغرافیایی - GIS - تعریف میشوند و محاسبات در ادامه به کمک روش سازمان حفاظت خاک - SCS - و شماره منحنی - - CN انجام و جریان مسیریابی شده و بارش و رواناب حوزه برای یک دوره طولانی مدت شبیه سازی میشود.
این روش برای ایالت متحده امریکا توسعه یافته و جهت استفاده در هر حوزه نیاز به کالیبره شدن دارد. این ابزار به صورت بالقوه قابلیت ارزیابی حوزههای کوهستانی را داراست. آنچه این مدل را از سایر مدلهای فیزیکی متمایز میکند، توانایی تقسیم حوزه به واحدهای کوچکتر میباشد. در این تحقیق، به معرفی و کاربرد مدل SWAT پرداخته شده است و تأثیر این ابزار در کنترل بهینه حوزه آبخیز مورد بررسی قرار گرفته است.
-1 مقدمه
در سراسر جهان، فرسایش خاک یک نگرانی عمده برای پایداری سیستمهای کشاورزی و تهدیدی برای اکوسیستم-های آبی است. شیوههای مدیریت حفاظت خاک، به طور گسترده به منظور کاهش هدر رفت خاک از زمینهای زراعی و به حداقل رساندن تخریب و افزایش کیفیت آب مورد استفاده قرار میگیرند
مدل سازی یکی از چندین مجموعه ابزار قابل استفاده برای مدیریت منابع آب میباشد. مدلسازی کامپیوتری در چهار دهه گذشته، به طور فزایندهای توسعه داده شده و مورد استفاده قرار گرفته است که دلیل اصلی آن را میتوان ظاهر شدن مدلها و روشهای جدید توسط مؤسسات تحقیقاتی و افزایش تقاضا برای ابزار توسعه یافته، در کنار افزایش فشار بر منابع آب داشت
مقداری از مدلهای هیدرولوژی برای ارزیابی زمین، برای ارزیابی زمین، برای کیفیت آب مناسبند که از جمله آن ها1SWAT - ابزار ارزیابی آب و خاک - ، میباشد. به عنوان مثال SWAT، به عنوان یک مدل هیدرولوژیکی در پروژه ایالت متحده - HUMUS - مورد استفاده قرار گرفت و نتایج نشان داد که شیوههای مناسب خاکورزی میتواند به میزان 20 درصد میزان رسوب رودخانه راک - ROCK - ، را کاهش دهد - واچه و همکاران، کریس و همکاران، .2 - 2002 عدم قطعیت در هیدرولوژی حوزه آبخیز را میتوان با استفاده از مدلهای هیدرولوژیکی حل کرد. مدل SWAT در مقیاس محلی میتواند مدیریت حوزه آبخیز را بهبود بخشد.
در سالهای اخیر، مدل SWAT توسعه یافته توسط آرنولد3 و همکارانش در سال 1991 به عنوان یک مدل آبخیز پذیرش جهانی یافته و در سطوح وسیعی به اجرا در میآید - بیرهانو و همکاران، . - 2007 این مدل برای پیش بینی اثرات شیوههای مدیریت زمین بر منابع آب، رسوب، کشاورزی در حوزههای بزرگ و پیچیده با خاک و کاربری اراضی مختلف استفاده میشود
بینگر، SWAT .4 - 1996 یک مدل چند منظوره است که برای یکپارچه کردن فرآیندهای زیست محیطی میتواند مورد استفاده قرار گیرد. فرآیندهایی که مدیریت حوزه آبخیز را حمایت می-کنند و به توسعه آن کمک میکنند و ما را در گرفتن یک تصمیم آگاهانه یاری میرسانند - گاسمان - .5 این مدل با حوزههای گرمسیری به خصوص شرق آفریقا و نیل مطابقت دارد، بطوریکه در حوزههای دیگر تحقیقات محدودی بر روی آن صورت گرفته است
ندومبا، .6 - 2005 در این مطالعه ابتدا مدل معرفی میشود و در ادامه کاربرد مدل در حوزههای آبخیز کوهستانی و غیر کوهستانی مقایسه میشود و تأثیری که این مدل در کنترل بهینه مدیریت حوزه آبخیز دارد مورد بررسی قرار میگیرد.
-2 کلیات مدل SWAT
SWAT مدلی مبتنی بر هیدرولوژی است و نیاز به دادههای فیزیکی دارد کسب اطلاعات فیزیکی برای مدلی بر پایه هیدرولوژی اغلب دشوار است، حتی در کشورهای توسعه یافته که دادهها با کیفیت بالا جمع آوری و تجزیه و تحلیل میشوند - سرینواسان و جاکوبس، .7 - 2005 روشهای استفاده شده توسط سایر پژوهشگران - بیرهانو و همکاران، 8 - 2007، - والیو و همکاران، .2005 ندومبا، 9 - 2007 شامل روش شماره منحنی - - CN برای محاسبه رواناب سطحی SCS - ، - 1972، از اولین زنجیره مارکوف اریب نرمال تا تعیین توزیع بارندگی، محاسبه تبخیر و تعرق بالقوه با استفاده از روش پنمن، استفاده از روش ماسکینگام10 برای مسیر یابی جریان کانال، تمامی این موارد برای جدا کردن اجزای جریان در این مدل میتواند استفاده شود.
این تکنیک توسط آرنولد و آلن 11 - 1991 - برای جریان پایه و جریان سطحی مورد استفاده قرار گرفت. در مدل - - SWAT، که تکامل یافته بیش از 40 مدل میباشد. مدلهای GLEAMS - لئونارد و همکاران، 12 - 1987 و پس از آن مدل EPIC - ویلیامز و همکاران، 13 - 1984، از جمله مدلهایی بودند که نقش ویژهای در توسعه و تکامل مدل SWAT، ایفا کردند
این مدل قابلیت کالیبره شدن با هر حوزهای را داراست . - 21 - مدل SWAT میتواند یک ابزار برای مدیریت آبخیزداری در حوزههای کوهستانی مناطق تروپیک باشد - بیرهانو و همکاران، SWAT .14 - 2007 از سه قسمت اصلی زیر حوزه، مخزن و کانال مسیریابی تشکیل یافته است که هرکدام شامل اجزایی میباشند. به عنوان مثال بخش زیر حوزه، شامل هشت جزء هیدرولوژی، آب و هوا، رسوب، رطوبت، خاک، رشد محصول، مدیریت کشاورزی و آفت کشها میباشد.
جزء هیدرولوژی به نوبه خود شامل، رواناب سطحی، جریان زیر سطحی، نفوذ، جریان آب های زیر زمینی، برف، تبخیر و تعرق، تلفات انتقال و حوضچه میباشد. شرح روشهای استفاده شده در مدل سازی این اجزا و زیر اجزا را میتوان در روش آرنولد و همکاران - 1998 - ، نیتش1و همکاران - 2002 - یافت SWAT ابزاری با اجرای آسان است، در صورتی که تمام دادههای ورودی مدل آماده و قابل دسترس باشند.SWAT ، یک مدل شبیه سازی شده برای دبی روزانه رودخانه، برآورد رسوب روزانه کیفیت آب با ملاحظه بر تغییرات Land use، به حساب میآید.
شکل 1 فلوچارت مدل را نشان میدهد، SWAT یک ابزار مفید برای تولید سابقه تاریخی جریان و شبیه سازی دادههایی که قابل دسترسی نسیتند میباشد. از معایب اصلی آن، نیاز به پارامترهای ورودی متعدد است که هر پارامتر بر دیگری تأثیر میگذارد، به طوری که ممکن است برای به دست آوردن نتایج مشابه به ترکیبات متعددی از این پارامترها نیاز داشته باشیم، در نتیجه کالیبراسیون در برخی نقاط و حوزههایی با ویژگیهای مشابه برای دست یابی به نتایج قابل اعتماد نیاز است - گالوان، .2 - 2009 شکل 2 فرآیند کالیبراسیون جریان و بار رسوب را در مدل نشان میدهد.
