نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 استادیار، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران
2 کارشناس ارشد، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران
چکیده
بزرگ‌ترین محدودیت منابع طبیعی در ایران آب و هوای خشک و نیمه‌خشک و کمبود منابع آب است. استفاده غیر اصولی از منابع طبیعی توازن و تعادل بین مولفه‌های آبی موجود و تقاضا را از بین خواهد برد. هدف اصلی این پژوهش، آزمون کارایی مدل و قابلیت استفاده از آن به‌عنوان شبیه‌ساز بیلان آب و برآورد میزان جریان زیرزمینی در حوضه گل‌گل با مساحت 233.9 کیلومترمربع در استان ایلام با استفاده از مدل ارزیابی آب و خاک SWAT و برنامه SUFI2 می‌باشد. اطلاعات ورودی مدل شامل نقشه‌های توپوگرافی، کاربری اراضی و اطلاعات خاکشناسی و همچنین، اطلاعات آب و هواشناسی شامل داده‌های روزانه بارش، دما، رطوبت نسبی و آبدهی روزانه می‌باشد. به‌منظور مشخص کردن پارامترهای مهم و حساس مدل، تحلیل حساسیت پارامترها با استفاده از روش "هر بار یک پارامتر" (OAT) انجام شد و در آن اثر پارامترهای مختلف بر اجزاء بیلان آب شامل رواناب سطحی، جریان جانبی، آب زیرزمینی و تبخیر و تعرق مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق برای واسنجی مدل از الگوریتم SUFI2 استفاده شد. شبیه‌سازی مدل برای مدت 13 سال از سال 1997 الی 2009 انجام شد که هشت سال اول آن (2004-1997) برای واسنجی مدل و پنج سال بعدی (2009-2004 ) برای صحت‌سنجی نتایج مدل انتخاب شد. چهار شاخص آماری P_factor، d_factor، نش-ساتکلیف (NS) و ضریب تبیین (R2) به‌صورت ماهانه برای ارزیابی مدل انتخاب شدند. دقت شبیه‌سازی ماهانه با استفاده شاخص ارزیابی NS در مرحله واسنجی و اعتبارسنجی به‌ترتیب معادل 0.65 و 0.49 می‌باشد. نتایج حاصل از تحقیق حاکی از کارایی رضایت‌بخش مدل SWAT در شبیه‌سازی مولفه‌های بیلان آب در حوزه آبخیز گل‌گل است. همچنین، مقادیر به‌دست آمده شاخص R2 در دو مرحله واسنجی و اعتبارسنجی به‌ترتیب 0.66 و 0.51 می‌باشد که این موضوع نیز موید مطلوبیت نسبی مدل می‌باشد. بنابراین، نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان می‌دهد که از مجموع 503 میلی‌متر متوسط بارندگی سالانه، بیشترین مقدار متعلق به تبخیر و تعرق 366 میلی‌متر (72 درصد) متوسط سالانه در سطح حوضه می‌باشد. سهم مجموع جریان آب زیرزمینی و زیرسطحی معادل 77 میلی‌متر (15.3 درصد)، جریان سطحی معادل 47.8 میلی‌متر (9.5 درصد) و تلفات سالانه نیز معادل سه درصد کل بارش است. بنابراین، سهم 15.3 درصدی جریان زیرسطحی و زیرزمینی از کل بارش پتانسیل خوبی برای برنامه‌ریزان حوضه به‌منظور اجرای برنامه‌های مدیریتی به حساب می‌آید.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Estimation of Ground Water Runoff by SWAT Model in Golgol Catchment
نویسندگان [English]
- majid Hosseini 1
- Zeynab Mokarian 2
1 Assistant Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Iran
2 MSc, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Iran
چکیده [English]
The biggest restriction of natural resources in Iran is dry and semi-dry climate and deficit of water resources. Non-normative use of natural resources causes imbalance between water components and demand. The main objective of this study is to test the performance and usability of the simulation model to estimate water balance and groundwater flow in 223.9 km2 of Golgol catchment in Ilam Province using Soil and Water Assessment Tools (SWAT) model and SUFI2 Program. The input data model include topographic, land use and soil maps and also climatologically data, including daily precipitation, temperature, relative humidity and stream flow. In order to determine the important parameters of the model, the parameter sensitivity analysis using "One At a Time " (OAT) was performed and the effect of various parameters such as stream flow, lateral flow and ground water flow on water balance evapotranspiration was examined. In order to calibrate the model SUFI2 algorithm was used.Simulation model for 13 years from 1997 to 2009, was the first of eight years (2004, 1997) for model calibration and the next five years (2009-2004) were selected for validation of model results. Statistical indices P-factor, d-factor, Nash Sutcliffe (NS) and the coefficient of determination (R2) on a monthly basis for the evaluation model was chosen.The Nash-Sutcliff coefficient for calibration and validation period is 0.65 and 0.49 respectively. The results show satisfactory performance of the SWAT model to simulate the water balance components in the Golgol catchment. The obtained values of R2 in both calibration and validation are 0.66 and 0.51 respectively which is indicating the relative desirability of the model. The results of simulation show that the average annual rainfall of 503 mm, the maximum amount is belong to evapotranspiration that equal 366 mm (72%) of the total precipitation in the catchment. The total groundwater and lateral flow is equal 77 mm (15.3 %), the surface runoff is 47.8 mm (9.5 %) and annual losses equivalent to 3% of total precipitation. The share of 15.3 percent of the total sub surface flow and groundwater from total precipitation is valuable for planners to implement management plans in study area.
کلیدواژه‌ها [English]
- Golgol Catchment
- Ilam
- OAT
- SUFI2
- SWAT
- Amani, N., M. Tajrishi and A. Abrishamchi. 2006. Simulation of stream flow by applying SWAT model and GIS. 7th International Conference on River Engineering, Shahid Chamran University, p: 8 (in Persian).
- Abbaspour, K.C. 2009. User manual for SWAT-CUP2, SWAT calibration and uncertainty analysis programs. Swis Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Eawag, Duebendorf, Switzerland, 95 pages.
- Alansi, A.W., M.S.M. Amin, G. Abdul Halim, H.Z.M. Shafri and W. Aimrun. 2009. Validation of SWAT model for stream flow simulation and forecasting in upper Bernam humid tropical river basin, Malaysia. Hydrology and Earth System Sciences, 6: 7581–7609.
- Arnold, J.G., R. Srinisvan, R.S. Muttiah and J.R. Williams. 1998. Large area hydrologic modeling and assessment, part I: model development. Journal of American Water Resources Association, 34(1): 73-89.
- Borah, D.K. and M. Bera. 2003. Watershed-scale hydrologic and nonpoint source pollution models: review of mathematical bases. Trans. ASAE, 46(6): 1553-1556.
- Borah, D.K. and M. Bera. 2004. Watershed-scale hydrologic and nonpoint source pollution models: review of applications. ASAE, 47(3): 789-803.
- Heuvelmans, G., B. Muys and J. Feyen. 2004. Analysis of the spatial variation in the parameters of the SWAT model with application in Flanders, Northern Belgium. Hydrology and Earth System Sciences, 8(5): 931-939.
- Hosseini, M. 2010. Effect of land-use changes on water balance and suspended sediment yield of Taleghan Catchment, Iran. PhD Thesis, University Putra Malaysia, 224 pages (in Persian).
- McCuen, R.H., Z. Knight and A.G. Cutter. 2006. Evaluation of the Nash–Sutcliffe efficiency index. Journal of Hydrologic Engineering, 3: 597-602.
10. Moriasi, D.N., J.G. Arnold, M.W. Van Liew, R.L. Binger, R.D. Harmel and T. Veith. 2007. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. ASABE, 50(3): 885-900.
11. Nash, J.E. and J.V. Sutcliffe. 1970. River flow forecasting though conceptual models. Part 1: A discussion of principles. Journal of Hydrology, 10: 282-290.
12. Neitsch. S.L, J.G Arnold, J.R. Kiniry, R. Srinivasan and J.R. Williams. 2005. Soil and water assessment tool. Theoretical Documentation: Version 2005.
13. Portoghes, I., V. Uricoohio and M. Vurro. 2005. A GIS tool for hydrological water balance evaluation on a regional scale in semi-arid environments. Computers and Geoscience, 31: 15-27.
14. Schaefli, B. and H.V. Gupta. 2007. Do Nash values have value? Hydrological Processes Journal, 21: 2075–2080.
15. Schuol, J., K.C. Abbaspour, H. Yang, P. Reichert, R. Srinivasan, Ch. Schar and A.J.B. Zehnder. 2006. Estimation of freshwater availability in the West African sub-continent using the SWAT hydrologic 2006 model. Journal of Hydrology, 352: 30-49.
16. Xu, Z.X., J.P. Pang., C.M. Liu and J.Y. Li. 2009. Assessment of runoff and sediment yield in the Miyun Reservoir catchment by using SWAT model. Hydrological Processes Journal, 23(25): 3619-3630.
)