تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

شبیه‌سازی مولفه‌های هیدرولوژیکی حوضه آبخیز رودخانه دز به تفکیک طبقات کاربری اراضی با استفاده از الگوریتم SUFI-2

نویسندگان
الهه عسگری 1
محمد باعقیده 1
مجید حسینی 2
علیرضا انتظاری 1
اصغر کامیار 3
1 دانشگاه حکیم سبزواری
2 پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
3 اداره کل هواشناسی استان اصفهان
10.52547/jgs.21.63.81
چکیده
شناخت اجزای اصلی بیلان آبی حوضه‌های آبخیز و تحلیل رفتار هیدرولوژیکی آن‌ها از ارکان اساسی هرگونه برنامه‌ریزی و مدیریت در حیطه مهندسی منابع آب می‌باشد. امروزه نگاه به آینده لزوم استفاده از فناوری‌های نوین در مدلسازی هیدرولوژی حوضه‌های آبخیز را بیش از بیش مطرح نموده است. هدف از این پژوهش، شبیه‌سازی مولفه‌های هیدرولوژیکی در طبقات متنوعی از کاربری اراضی در حوضه آبخیز رودخانه دز می‌باشد. از آن‌جا که ابزار مورد استفاده در پژوهش مدل هیدرولوژیکی SWAT و الگوریتم SUFI-2 بوده لذا پایگاه داده مورد استفاده طیف وسیعی از داده‌های ورودی را شامل شده است. به منظور مشخص کردن سطح حساسیت مدل به پارامترهای ورودی، آنالیز حساسیت به روش سراسری انجام شد. سپس با تعدیل کردن پارامترهای منتخب و با استفاده از جریان مشاهده‌ای، مدل به ترتیب برای دوره‌های 2007 – 1994 و 2013 – 2008 واسنجی و اعتبارسنجی شد. ضرایب NS، R2، P-factor و R-factor توانایی مدل را در شبیه‌سازی جریان رودخانه در حوضه مورد مطالعه تایید نمودند. بررسی خروجی‌های مدل نشان دادند که مناطق با کاربری جنگل بالاترین سهم را در تغذیه آبخوان دارند و زمین‌های بایر بیشترین رواناب سطحی را ایجاد می‌کند. رواناب سطحی بیشترین نقش را در ایجاد جریان اصلی رودخانه داشته و بعد از آن جریان پایه در این زمینه موثر بوده است. تغییر کاربری جنگل به مرتع و اراضی کشاورزی موجب تغییر در مولفه‌های هیدرولوژیکی حوضه خواهد شد و نتیجه این تغییر بصورت افزایش در رواناب سطحی، کاهش تغذیه منابع آب زیرزمینی و کاهش آب پایه رودخانه می‌شود. مدل SWAT می‌تواند به عنوان یک مدل پیشرو در مطالعات مدیریت حوضه‌های آبخیز مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
مولفه‌های هیدرولوژیکی
مدل SWAT
الگوریتم SUFI-2
آنالیز عدم قطعیت
حوضه آبخیز دز

عنوان مقاله English

Simulation of the Hydrological Components of Dez River Basin by the classification of Land Use Categories Using SUFI-2 Algorithm

نویسندگان English

Elaheh Asgari 1
Mohammad Baaghideh 1
Majid Hosseini 2
Alireza Entezari 1
Asghar Kamyar 3
1 Hakim Sabzevari University
2 Soil Conservation and Watershed Management Institute
3 Meteorological Office of Isfahan Province
چکیده English

Understanding the main components of the watershed water basin and analyzing their hydrologic behavior are among the key components of any planning and management procedures in the field of water resources engineering. Today, the need to use modern technologies in hydrological modeling of watersheds has been discussed more than before. The purpose of this study is the simulation of hydrological components in various land use categories in the catchment area of the Dez river basin. Since the tool used in the research is the SWAT model and the SUFI-2 algorithm, the database used include a range of input data. In order to determine the level of sensitivity of the model to the input parameters, global sensitivity analysis was performed. Then, by adjusting the selected parameters and using the observation current, the model was calibrated and validated for the periods 2007 - 1994 and 2013 - 2008, respectively. The coefficients of NS, R2, P-factor and R-factor confirmed the model's ability to simulate river flow in the studied basin. The results of the model showed that the areas with forest use share the highest contribution to aquifer nutrition, and the barren lands have the highest surface runoff. Surface runoff has the leading role in creating the main stream of the river and after that the main flow has been effective in this area. The forest use change to Agricultural lands and pasture will change the hydrological parameters of the basin, and the result of these changes will lead to the increase in the surface runoff, the reduction of nutrition of groundwater resources and the reduction of river basin water. The SWAT model can be used as a precursor model in watershed management studies.



کلیدواژه‌ها English

Hydrological Components
SWAT Model
SUFI-2 Algorithm
Uncertainty analysis
Dez Basin
Abbaspour K C, Yang J, Maximov I, Siber R, Bogner K, Mieleitner J, Zobrist J, Srinivasan R. 2007. Modelling hydrology and water quality in the pre-alpine/alpine Thur watershed using SWAT, Journal of Hydrology, 333 (2-4): 413-430, Doi.org/10.1016/j.jhydrol.2006.09.014.
Abbaspour K C. (2011). User Manual for SWAT-CUP. SWAT Calibration and Uncertainty Analysis Programs. Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Eawag, Dübendorf, Switzerland.
Adeogun A G, Sule B F, Salami A W. 2014. Validation of SWAT model for prediction of water yield and water balance: case study of upstream catchment of Jebba dam in Nigeria. International Journal Computer Math. Science, 8(2): 264-270.
Arnold J G, Srinivasan R, Muttiah R S, Williams J R. (1998). Large Area Hydrological Modeling Assessment. Journal of the American Water Resources Association 34 (1).
Briak H, Moussadek R, Aboumaria K, R Mrabet .2016. Assessing sediment yield in Kalaya gauged watershed (Northern Morocco) using GIS and SWAT model, International Soil and Water Conservation Research, 4: 177–185, Doi.org/10.1016/j.iswcr.2016.08.002.
Celin G, James E J .2013. Simulation of streamflow using soil and water assessment tool (SWAT) in Meenachil river basin of Kerala, India. Scholars Journal of Engineering and Technology (SJET). Sch. J. Eng. Tech., 1 (2(:68-77.
George S, Sathian K K. 2016. Assessment of water balance of a watershed using SWAT model for water resources management. International Journal of Engineering Science and Technology, 5(4 :(177–184, DOI: 10.5281/zenodo.48859.
Ghoraba S M. 2015. Hydrological modeling of the Simly Dam watershed (Pakistan) using GIS and SWAT model. Alexandria Engineering Journal, 54(3): 583–594, Doi.org/10.1016/j.aej.2015.05.018.
Golmohammadi G, Prasher S, Madani A, Rudra R .2014. Evaluating three hydrological distributed watershed models: MIKE-SHE, APEX, SWAT, Hydrology, 1: 39 – 20, Doi.org/10.3390/hydrology1010020.
Ghobadi Y, Pradhan B, Sayyad G.A, Kabiri K, Falamarzi Y .2015. Simulation of hydrological processes and effects of engineering projects on the Karkheh River Basin and its wetland using SWAT2009, Quaternary International, 374 PP: 144 – 153, Doi.org/10.1016/j.quaint.2015.02.034.
Guzha A C, Hardy T B. 2010. Application ofthe Distributed Hydrological Model,TOPNET, to the big darby Creekwatershed, Ohio, USA. Water Resource Management, 24: 979-1003, DOI 10.1007/s11269-009-9482-6.
Hosseini M, Ghafouri M, Tabatabaei M, Ebrahimi N, Zare Garizi A. 2016. Estimation of Hydrologic Budget for Gharasou Watershed, Iran, Ecopersia, 4 (3): 1455-1469, DOI: 10.18869/modares.Ecopersia.4.3.1455.
Kumar N, KumarSingh S, Srivastava P K, Narsimlu B. 2017. SWAT Model calibration and uncertainty analysis for streamflow prediction of the Tons River Basin, India, using Sequential Uncertainty Fitting (SUFI-2) algorithm, Model. Earth Syst. Environ: 1-13, DOI 10.1007/s40808-017-0306-z.
Li K Y, Coe M T, Ramankutty N, Jong De R. 2007. Modeling the hydrological impact of land-use change in West Africa. Journal of Hydrology, 337: 258-268, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2007.01.038.
Mahzari S, Kiani F, Azimi M, Khormalia F. 2016. Using SWAT Model to Determine Runoff, Sediment Yield and Nitrate Loss in Gorganrood Watershed, Iran, Ecopersia, 4 (2): 1359-1377, DOI:10.18869/modares.Ecopersia.4.2.1359
Mishra A, Kar S, Singh V P. 2007. Determination of runoff and sediment yield from a small watershed in sub-humid subtropics using the HSPF model. Hydrological Processes, 21(22): 3035-3045, DOI: 10.1002/hyp.6514.
Moriasi DN, Arnold JG, Van Liew MW, Bingner RL, Harmel RD, Veith TL. 2007. Model evaluation guideline for systematic quantification of accuracy in watershed simulation. American Society of Agricultural and Biological Engineers Transactions of the ASABE 50(3): 885-900.
Nash JE, Sutcliffe JV. 1970. River flow forecasting through conceptual models. Part I –A discussion of principles, Journal of Hydrology, 1 0: 282–290.
Santra P, Das B S. 2013. Modeling runoff from an agricultural watershed of western catchment of Chilika lake through ArcSWAT, Journal of Hydroenvironment Research, 4: 261-269, Doi.org/10.1016/j.jher.2013.04.005
Shepherd B, Harper D, Millington A. 1999. Modelling catchment-scale nutrient transport to watercourses in the U.K. Hydrobiologia, 395-396: 227-238.
Schuol J, Abbaspour K C, Yang H, Reichert P, Srinivasan R, Schar Ch, Zehnder A J B. 2006. Estimation of freshwater availability in the West Africa subcontinent. Journal of Hydrology. 254: 58-69, Doi.org/10.1016/j.jhydrol.2007.12.025.