ارزیابی قابلیت مدل SWAT در شبیه‌سازی مؤلفه‌های بیلان آب حوضه آبریز ارس

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشگر پسادکتری آب و هواشناسی دانشگاه محقق اردبیلی،اردبیل،ایران

2 استاد گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی،اردبیل،ایران

10.22034/gp.2024.61336.3253

چکیده

در این پژوهش مؤلفه‌های بیلان آب حوضه آبریز ارس برای دوره 28 ساله (1987-2014) در مدل SWAT شبیه‌سازی گردید. بدین منظور کارایی و قابلیت مدل SWAT توسط SWAT CUP با استفاده از الگوریتم SUFI2 و بر اساس داده دبی مشاهداتی در ایستگاه هیدرومتری منتخب حوضه ارس (بدوی) با 70 درصد از داده‌ها (1987-2006) واسنجی و با 30 درصد بقیه (2007-2014) اعتبارسنجی شد. بر مبنای داده‌های رستری ورودی به مدل، این حوضه به 68 زیرحوضه با 1264 واحد پاسخ هیدرولوژیکی تقسیم و محاسبات در سطح آن‌ها انجام شد. با استفاده از 14 پارامتر مهم که بر اساس مقایسه نتایج تحلیل حساسیت از بین چندین پارامتر انتخاب شده بودند، کالیبره کردن مدل SWAT انجام شد. در مرحله تحلیل حساسیت مدل، پارامترهای مربوط به دمای ماهانه و دمای هوا و فاکتور تبخیر از خاک از فایل‌های .bsn و .wgn و .hru به‌عنوان مؤثرترین پارامترها در شبیه‌سازی دبی جریان ایستگاه هیدرومتری منتخب حوضه ارس شناسایی شدند. با اجرای 300 باره کالیبراسیون، در نهایت بهترین دور شبیه‌سازی بر اساس معیار هدف شناسایی شده و داده‌های خروجی مورد ارزیابی قرار گرفت. کارایی و دقت مدل در دوره واسنجی (1987-2006) بر اساس معیارهای ارزیابی NS، P-Factor، R-Factor و R2 به‌ترتیب 64/0، 71/0، 27/0 و 79/0 محاسبه گردید که نشان‌دهنده رضایت‌بخش بودن کارایی مدل در شبیه‌سازی بیلان آب حوضه ارس است. مقدار این معیارها در دوره اعتبارسنجی به‌ترتیب 7/0، 78/0، 3/ و 68/0 محاسبه شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of the capability of the SWAT model in simulating water balance components of the Aras basin

نویسندگان [English]

  • Mahnaz Saber 1
  • Bromand Salahi 2
  • Roghayeh Maleki Meresht 1
1 Post-doctoral researcher of Climatology at University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Faculty of Social Sciences, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

In this research, the water balance components of the Aras basin area were simulated in the SWAT model for a period of 28 years (1987-2014). For this purpose, the efficiency and capability of the SWAT model by SWAT CUP using the SUFI2 algorithm and based on the observed discharge data in the selected hydrometric station of Aras basin (Bdoy) with 70% of the data (1987-2006) and 30% of the rest (2007-2014) was validated. Based on the raster data input to the model, this basin was divided into 68 subbasins with 1264 hydrological response units (HRUs) and calculations were performed on their level. SWAT model calibration was done by using 14 important parameters that were selected from several parameters based on the comparison of sensitivity analysis results. In the sensitivity analysis stage of the model, parameters related to monthly temperature, air temperature, and soil evaporation factor from.bsn,.wgn, and.hru files were identified as the most effective parameters in simulating the flow discharge of the selected hydrometric station of Aras Basin. By running 300 times of calibration, finally, the best round of simulation based on the target criteria was identified and the output data was evaluated. The efficiency and accuracy of the model in the calibration period (1987-2006) based on the evaluation criteria of NS, P-Factor, R-Factor, and R2 were calculated as 0.64, 0.71, 0.27, and 0.79 respectively, which show the satisfactory performance of the model. In the water balance simulation, it is Aras Basin. The values of these criteria in the validation period were calculated as 0.7, 0.78, 0.3, and 0.68 respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • SUFI2 algorithm
  • Aras
  • Water Balance
  • SWAT CUP

اصل مقاله

در این پژوهش مؤلفه‌های بیلان آب حوضه آبریز ارس برای دوره 28 ساله (1987-2014) در مدل SWAT شبیه‌سازی گردید. بدین منظور کارایی و قابلیت مدل SWAT توسط SWAT CUP با استفاده از الگوریتم SUFI2 و بر اساس داده دبی مشاهداتی در ایستگاه هیدرومتری منتخب حوضه ارس (بدوی) با 70 درصد از داده‌ها (1987-2006) واسنجی و با 30 درصد بقیه (2007-2014) اعتبارسنجی شد. بر مبنای داده‌های رستری ورودی به مدل، این حوضه به 68 زیرحوضه با 1264 واحد پاسخ هیدرولوژیکی تقسیم و محاسبات در سطح آن‌ها انجام شد. با استفاده از 14 پارامتر مهم که بر اساس مقایسه نتایج تحلیل حساسیت از بین چندین پارامتر انتخاب شده بودند، کالیبره کردن مدل SWAT انجام شد. در مرحله تحلیل حساسیت مدل، پارامترهای مربوط به دمای ماهانه و دمای هوا و فاکتور تبخیر از خاک از فایل‌های .bsn و .wgn و .hru به‌عنوان مؤثرترین پارامترها در شبیه‌سازی دبی جریان ایستگاه هیدرومتری منتخب حوضه ارس شناسایی شدند. با اجرای 300 باره کالیبراسیون، در نهایت بهترین دور شبیه‌سازی بر اساس معیار هدف شناسایی شده و داده‌های خروجی مورد ارزیابی قرار گرفت. کارایی و دقت مدل در دوره واسنجی (1987-2006) بر اساس معیارهای ارزیابی NS، P-Factor، R-Factor و R2 به‌ترتیب 64/0، 71/0، 27/0 و 79/0 محاسبه گردید که نشان‌دهنده رضایت‌بخش بودن کارایی مدل در شبیه‌سازی بیلان آب حوضه ارس است. مقدار این معیارها در دوره اعتبارسنجی به‌ترتیب 7/0، 78/0، 3/ و 68/0 محاسبه شد.

مراجع

آبابایی، بهنام؛ سهرابی، تیمور. (1391). ارزیابی عملکرد مدل SWAT در حوضه آبریز زاینده‌رود، مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، 16(3): 41-58.
اعلمی، محمدتقی؛ عیاسی، حبیبه؛ نیک سخن، محمدحسین. (1397). مقایسه دو روش متفاوت واسنجی و تحلیل عدم قطعیت مدل SWAT در برآورد میزان رواناب و بار مواد معلق حوضه صوفی چای. نشریه دانش آب‌وخاک. 28(3): 53-64.
انصاری، محمدرضا؛ گرجی، منوچهر؛ صیاد، غلام عباس؛ شرفا، مهدی؛ حمادی، کاظم. (1394). شبیه‌سازی رواناب حوضه آبخیز رود زرد با استفاده از مدل Arc Swat، علوم و مهندسی آبیاری، 38(4): 97-107.
بشیریان، فاطمه؛ رحیمی، داریوش؛ موحدی، سعید؛ ذاکری نژاد، رضا (1399). شبیه‌سازی رواناب، تبخیر، برگاب و تغذیة آب زیرزمینی دریاچه ارومیه در دوره‌های مرطوب و خشک، پژوهش آب ایران، 14(3): 85-95.
بصیری، مرضیه؛ اسفندیار پور بروجنی، عیسی؛ اخوان، سمیرا؛ حمیدپور، محسن؛ کمالی، اردوان. (1392). تأثیر مقیاس نقشه خاک بر مدل در شبیه‌سازی روند جریان رواناب ماهانه در حوضه آبخیز تویسرکان، مدیریت خاک و تولید پایدار، 4(3): 135-153.
جوانشیر، زینب؛ ولیزاده کامران، خلیل؛ رسولی، علی اکبر؛ رستم‌زاده، هاشم. (1400). بررسی عملکرد مدل سبال کوهستانی در برآورد تبخیروتعرق واقعی، مطالعه موردی: شهرستان‌های شرق دریاچه ارومیه، جغرافیا و برنامه‌ریزی، 25(75): 91-100. doi: 10.22034/gp.2021.10843
حبیبی، علیرضا؛ گودرزی، مسعود. (1397). کاربرد مدل نیمه توزیعی SWAT در شبیه‌سازی رواناب حوضه حبله­رود، علوم مهندسی و آبخیزداری، 12(43): 40-49.
خسروی، محمود، تغییر اقلیم و تأثیر آن بر منابع آبی خاورمیانه، چهارمین کنگره بین‌المللی جغرافیدانان جهان اسلام، زاهدان، 25-27 فرودین 1389.
خورشیددوست، علی محمد؛ اسفندیاری، فریبا؛ حسینی، سید اسعد، دولتخواه، پروانه. (1397). برآورد میزان رسوب حوضه رود ارس با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی (مطالعه موردی: زیرحوضه دره رود، جغرافیا و برنامه‌ریزی، 22(65): 141-162.
دولت‌آبادی، سپیده؛ زمردیان، سید محمدعلی. (1392). شبیه‌سازی هیدرولوژیکی حوضه فیروزآباد با استفاده از مدل SWAT، مهندسی آبیاری و آب، 4(14): 38-48.
رضازاده، محمد سهیل؛ بختیاری، بهرام؛ عباسپور، کریم؛ احمدی، مهدی؛ احمدی، محمد. (1396). شبیه‌سازی رواناب، رسوب و تبخیر-تعرق با استفاده از سناریوهای مدیریتی برای کاهش بار رسوب با استفاده از مدل SWAT، علوم مهندسی آبخیزداری ایران، 12(40): 41-50.
رضایی مقدم، محمدحسین؛ حجازی، میر اسدالله؛ بهبودی، عبدالله. (1398). برآورد میزان رواناب حوضه آبریز لنبران­چای در استان آذربایجان شرقی: کاربرد مقایسه‌ای روش‌های واسنجی و تحلیل عدم قطعیت مدل SWAT، جغرافیا و مخاطرات محیطی، 31: 59-75.
رضائی مقدم، محمد حسین؛ مختاری، داود؛ رفیعی مهر، مجید. (1400). واسنجی و اعتبار سنجی مدل SWAT در شبیه‌سازی رواناب و رسوب در حوضه آبریز شهر چای میانه، جغرافیا و برنامه‌ریزی، 25(76): 129-139.   doi: 10.22034/gp.2020.40775.2656
زارع زاده مهریزی، شهاب‌الدین؛ خورانی، اسداله؛ بذرافشان، جواد؛ بذرافشان، ام‌البنین. (1396) ارزیابی کارآیی مدل SWAT در شبیه‌سازی رواناب حوضه آبریز گاماسیاب، مرتع و آبخیزداری )منابع طبیعی ایران)، 70(4): 881-893.
زارع زاده مهریزی، شهاب‌الدین؛ خورانی، اسداله؛ بذرافشان، جواد؛ بذرافشان، ام‌البنین. (1397). تغییرات رژیم جریان رودخانه گاماسیاب تحت سناریوهای تغییر اقلیم، محیط‌شناسی، 44(4): 587-602.
سادات آشفته پریسا؛ بزرگ حداد، امید. (1392). ارائه رویکرد احتمالاتی ارزیابی آثار تغییر اقلیم بر منابع آب. مجله مهندسی منابع آب، 6(19): 51-66.
سعادتی، حسین؛ غلامی، شعبانعلی؛ شریفی، فرود؛ ایوب‌زاده، سید علی. (1387). بررسی اثرات تغییر کاربری اراضی در رواناب سطحی مدل شبیه‌سازی SWAT (مطالعه موردی: حوضه کسیلیان)، منابع طبیعی، 59(2): 313-301.
عارفی اصل، اکرم؛ نجفی‌نژاد، علی؛ سلمان ماهینی، عبدالرسول. (1392). شبیه‌سازی رواناب و رسوب با استفاده از مدل در حوضه آبخیز چهل چای استان گلستان، مرتع و آبخیزداری، 66(3): 433-446.
غلامی، شعبانعلی؛ نصیری، معصومه. (1394). شبیه‌سازی جریان ماهانه رودخانه اترک با استفاده از مدل SWAT، مطالعه موردی: حوزه آبخیز مراوه تپه استان گلستان، مهندسی و مدیریت آبخیز، 7(2): 126-135.
کاویان، عطاالله؛ نامدار، مریم؛ گلشن، محمد؛ بحری، معصومه. (1396). مدل‌سازی هیدرولوژیکی اثرات تغییر اقلیم بر نوسانات دبی جریان در رودخانه هراز، مخاطرات محیط طبیعی، 6(12): 89-104.
گلزاری، ساحره؛ زارع ابیانه، حمید؛ دلاور، مجید؛ مبرقعی دینان، نغمه. (1399). بررسی کارایی مدل SWAT در شبیه‌سازی کمی و کیفی رواناب و اقدامات آبخیزداری در حوضه زرینه‌رود، پژوهشنامه مدیریت حوضه آبخیز، 11(22): 111-120.
ناصرآبادی، فواد؛ اسمعلی عوری، اباذر؛ اکبری، حسین؛ رستمیان، رخساره. (1395). شبیه‌سازی جریان رودخانه با استفاده از مدل SWAT (مطالعه موردی: رودخانه قره‌سو اردبیل)، پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، 7(13): 50-59.
ناصرآبادی، فواد؛ قضاوی، رضا؛ ذاکری‌نیا، مهدی. (1399). مدل‌سازی هیدرولوژیکی حوضه آبخیز رودخانه تلوار تحت تأثیر تغییرات اقلیمی، پژوهش آب ایران، 14(2): 37-49.
نظری پویا، هادی؛ کردوانی، پرویز؛ فرجی راد، عبدالرضا. (1394). واسنجی و ارزیابی عملکرد مدل‌های هیدرولوژی IHACRES و SWAT در شبیه‌سازی رواناب، تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، 2(2): 112- 99.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار