شبیه سازی هیدرولوژیک حوزه آبخیز سملقان با استفاده از مدل SWAT

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ابخیزداری دانشگاه یزد

2 استاد دانشکده منابع طبیعی دانشگاه یزد

3 استاد گروه مهندسی آب دانشگاه فردوسی مشهد

4 استادیار دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

دلایل متعددی برای پاسخ به این سؤال که چرا باید فرآیندهای هیدرولوژیکی را مدل‌سازی نمود وجود دارد. پاسخ اصلی این سؤال، محدودیت روش‌های اندازه‌گیری در هیدرولوژی می‌باشد. در این تحقیق از مدل SWAT که مدلی مفهومی و نیمه توزیعی در مقیاس حوزه آبخیز می باشد برای شبیه‌سازی هیدرولوژیک حوزه آبخیز سملقان استفاده شد. بعد از تهیه و آماده سازی داده ها طبق فرمت مورد نظر، مدل اجرا شد. پس از تحلیل حساسیت و تعیین پارامترهای مهم، واسنجی و اعتبارسنجی مدل صورت پذیرفت. به منظور کاهش عدم قطعیت، اجزای مختلف بیلان آب در واسنجی در نظر گرفته شد و از داده های مشاهداتی چندین ایستگاه اندازه گیری به طور هم زمان استفاده شد. در ادامه به منظور واسنجی و اعتبارسنجی مدل از الگوریتم SUFI 2 استفاده شد. فرآیند واسنجی برای بازه زمانی 2007 تا 2013و فرآیند اعتبارسنجی در بازه زمانی 2014 تا 2017 انجام شد. برای ارزیابی نتایج شبیه-سازی‌ از شاخص‌های R2 (ضریب تبیین )، bR2 (ضریب همبستگی وزنی)، NS (نش- ساتکلیف) استفاده گردید. در مرحله واسنجی ضرایب R2،bR2 و NS به ترتیب برابر 74/0، 71/0و 68/0 و در مرحله اعتبارسنجی برابر 69/0، 62/0 و 59/0 حاصل گردید. شاخص‌ها و نمودارهای بدست آمده در مرحله واسنجی و اعتبار سنجی مدل برای شبیه‌سازی دبی رواناب ماهانه، نشان می‌دهد که مدل در مرحله واسنجی موفق‌تر عمل کرده است. همچنین مدل توانسته است زمان وقوع دبی اوج را به خوبی تعیین نماید. این تحقیق اطلاعات مفیدی را در مورد بیلان آبی حوضه رودخانه سملقان فراهم نموده و به برنامه ریزی دقیق تر منابع آب در این حوضه کمک می کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of hydrological of Samghan basin using SWAT model

نویسندگان [English]

  • Ehsan zahedi 1
  • ali talebi 2
  • Kamran davari 3
  • vahid moosavi 4
1 Phd student , Faculty of Natural Resources, Yazd University
2 Professor., Faculty of Natural Resources, Yazd University
3 3Professor, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University
4 2Assoc Professor, Faculty of Natural Resources, Tarbiat modarres University
چکیده [English]

There are several reasons to answer the question of why hydrological processes should be modeled. The main answer to this question is the limitation of measurement methods in hydrology. In this study, SWAT model, which is a conceptual and semi-distributive model in the watershed scale, was used for hydrological simulation of Samalghan watershed. After preparing the data according to the desired format, the model was implemented. After sensitivity analysis and determination of important parameters, the model was calibrated and validated. In order to reduce uncertainty, different components of water balance were considered in calibration and observational data of several measuring stations were used simultaneously. Then, SUFI 2 algorithm was used to evaluate and validate the model. The calibration process was performed for the period 2007 to 2013 and the validation process was performed for the period 2014 to 2017. To evaluate the simulation results, indices R2, bR2 (weight correlation coefficient), NS (Nash-Sutcliffe) were used. In the validation stage, the coefficients of R2, bR2 and NS coefficients were 0.74, 0.71 and 0.68, respectively, and in the validation stage, 0.69, 0.62 and 0.95 were obtained. The indicators and graphs obtained in the calibration and validation phase of the model to simulate the monthly runoff flow show that the model has been more successful in the calibration phase. Also, the model has been able to determine the peak time of the Dubai peak. This research provides useful information about the water balance of the Samolghan River basin and helps to more accurately plan water resources in this basin.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrological Modeling
  • SWAT
  • SUFI2 Algorithm
  • Samalghan Watershed
  • Akbari H. (2010). Simulation of daily flow of Chehel Chay river in Golestan province using SWAT model. Master Thesis in Watershed Management Department. Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources. 120 p. (In Persian)
  • Arnold, J.G., R. Srinivasan, R.S. Muttiah, and J.R. Williams. 1998. Large area hydrologic modeling and assessment part I: model development. J. Amer. Water Resour. Assoc. 34(1): 73-89.
  • Changbin, Li., Jiaguo, Qi., Zhaodong, Feng., Runsheng, Yin., Songbing, Zou and Feng, Zhang. (2010). Parameters optimization based on the combination of localization and auto-calibration of SWAT model in a small watershed in Chinese Loess Plateau. Front. Earth Sci. China 2010, 4(3): 296–310.
  • Faramarzi, M., Abbaspour, K. C., Schulin, R., and Yang, H. (2009). Modelling blue and. green water resources availability in Iran. Hydrological processes. 23, P:486–501.
  • Guzha A.C., Hardy T.B., (2010), Application of the Distributed Hydrological Model, TOPNET, to the big darby Creek watershed, Ohio, USA, Water Resour Manage, 24: 979-1003.
  • Mehrparvar M, Asghari K, Golmohammadi MH (2019) Reducing error of rainfall-runoff simulation using coupled hydrological SWAT model and data assimilation technique. Journal of Iran-Water Resources Research 14(5):84-96 (In Persian)
  • Memarian, H,. Balasundram, S,k,. Abbaspour, K, C,. Talib, J, B,. Sung, C, T, B,. Sood, A, C,. (2014). SWAT-based Hydrological Modelling of Tropical Land UseScenarios. Hydrological Sciences Journal. DOI: 10.1080/02626667.2014.892598
  • Ndomba P.M. and Birhanu B.Z., (2008), Problems and Prospects of SWAT Model Applications in NILOTIC Catchments, Nile Basin Water Engineering Scientific Magazine, 1, 41-52.
  • Neitsch, S.L., Arnold, J.G., Kiniry, J.R. and Williams, J.R., (2011). Soil and waterassessment tool, theoretical documentation, version 2009. Texas Water Research Institute,Technical Report 406
  • Noori Z., Talebi A., Asadi A., (2019). Investigating SWAT Model Efficiency to Determine Water Balance Components (Case Study: Semirom Mehrgerd Watershed). Journal of Iran-Water Resources Research. Volume 15, No. 3, Fall 2019 (IR-WRR) 133-143 (In Persian)
  • Rahmati, f. M, H, Rezaei Moghaddam. Nikjoo. M , R. 2021. The Effects Of Land use Change On Erosioد & Flood In Saqqez basin Before & After Shahid Kazemi Dam Construction, Arc Swat model. Journal of Geography and human relations. Summer 1400, Volume 4, Number 1, pp. 144-1. (In Persian)
  • Rivas-Tabares D, Tarquis A N, Willaarts B, Miguel A (2019) An accurate evaluation of water availability in sub-arid Mediterranean watersheds through SWAT: Cega-Eresma-Adaja. Journal of Agricultural Water Management 212:211-225
  • Rostamiyan R. (2005). Estimation of runoff and sediment in Beheshtabad basin in North Karun using model of SWAT. Master Thesis in Engineering. Faculty of Agriculture, Isfahan University of Technology. 150 p. (In Persian)
  • Shimelis, G., Setegn, Bijan Dargahi., Ragahavan, Srinivasan and Assefa, M. Melesse. (2010). Modeling of sediment yield from Anjeni-Gauged watershed, Ethiopia using SWAT model. Journal of the American water resources association, Vol. 46, No. 3. June 2010.
  • Xu, Z. X., Pang, J. P., Liu, C. M., and Li, J. Y. (2009). Assessment of runoff and sediment yield in the Miyun Reservoir catchment by using SWAT model. Hydrological Processes. Hydrol. Process. 23, 3619–3630 (2009).
  • Zahedi, E. (2013)., Determining the suitable sites for groundwater dams construction using the water balance simulation (SWAT model) and analytical network process (ANP), Watershed Master's thesis, University of Yazd. (In Persian)