نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران
2 استاد گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران
3 دانشیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ایران
4 دانشیار گروه مهندسی آبخیزداری، دانشگاه لرستان، ایران
چکیده
بسیاری از مشکلات زیست محیطی، ناشی از تغییرات مولفه‌های اصلی چرخه هیدرولوژیکی است. با این حال، مدلسازی بیلان آب می‌تواند به درک بهتر از اجزای چرخه هیدرولوژیکی به‌منظور توسعه گزینه‌های مدیریتی مناسب، کمک کند. هدف پژوهش حاضر، محاسبه سه مولفه مهم بیلان آب سطحی با استفاده از مدل WetSpass و ارزیابی این مدل در حوزه آبخیز همدان، بهار واقع در استان همدان در مقیاس زمانی ماهانه است. با توجه به اهمیت تبخیر و تعرق در محاسبات بیلان آب، نقشه‌های تبخیر و تعرق خروجی مدل به تفکیک کاربری‌های مختلف ارزیابی شدند. ارزیابی تغذیه آب زیرزمینی نیز با توجه به محاسبات دستی این متغیر برای سال 92-1391، انجام شد. سپس، نتایج ضریب همبستگی کرامر بین نقشه‌های توزیع مکانی رواناب، تبخیر و تعرق واقعی و تغذیه آب زیرزمینی، با نقشه‌های ورودی به مدل بررسی شد. به‌طورکلی، نتایج ارزیابی مدل در این تحقیق نشان داد، ضریب تبیین میان رواناب مشاهداتی و شبیه‌سازی‌شده در دوره واسنجی و اعتبارسنجی به‌ترتیب برابر با 0.79 و 0.83 است. نتایج ارزیابی نقشه‌های تبخیر و تعرق خروجی مدل WetSpass، قابلیت مدل را در شبیه‌سازی رواناب، تبخیر و تعرق و تغذیه آب زیرزمینی با دقت قابل قبول تایید کرد. نتایج، حاکی از وجود ضریب همبستگی بالا بین مولفه تبخیر و تعرق با کاربری اراضی (0.54)، بافت خاک (0.45)، پتانسیل تبخیر و تعرق (0.42) و درجه حرارت (0.31) است. همچنین، نتایج نشان داد بین مولفه رواناب با کاربری اراضی (0.62) و بافت خاک (0.58) همبستگی بالا و بین مولفه تغذیه آب زیرزمینی با کاربری اراضی (0.32) و بافت خاک (0.34) همبستگی متوسط وجود دارد. بنابراین، کاربری اراضی و بافت خاک به‌ترتیب اولین و دومین عامل تاثیرگذار بر توزیع مولفه‌های بیلان سطحی بودند.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Simulation of water balance components using WetSpass model, case study: Hamedan-Bahar Watershed
نویسندگان [English]
- Mahtab Safari Shad 1
- Mahmoud Habibnejad Roshan 2
- Karim Solaimani 2
- Alireza Ildoromi 3
- Hossein Zeinivand 4
1 Phd, Department of Natural Resource, University of Sari, Iran,
2 Professor, Department of Natural Resource, University of Sari, Iran
3 Associate Professor, Department of Range and Watershed Management, Malayer University, Iran
4 Associate Professor, Department of Range and Watershed Management Engineering, Lorestan University, Iran
چکیده [English]
Many of the environmental problems are caused by the changes in the main components of the hydrological cycle. However, water balance modeling can help to better understanding the components of the hydrological cycle in order to develop appropriate management options. The purpose of this study is to calculate three important components of surface water balance using the WetSpass model and evaluate the model in Hamadan-Bahar Watershed located in Hamadan Province on a monthly time scale. The results of the model evaluation in the study showed that the coefficient of determination between the observed and simulated runoff in the calibration and validation period is equal to 0.79 and 0.83, respectively. Groundwater nutrition assessment was also performed according to manual calculations of the variable for 2012-2013. Then, the results of Kramer correlation coefficient between spatial distribution maps of runoff, actual evapotranspiration and groundwater recharge were investigated with input maps of the model. In general, due to the importance of evapotranspiration in water balance calculations, the evaporation and transpiration maps of the model were evaluated separately for different uses. The evaluation results confirmed the capability of the WetSpass model in simulating runoff, evapotranspiration and groundwater feeding with an acceptable accuracy. The results of spatial distribution maps of runoff, actual evapotranspiration and groundwater recharge indicate a high correlation between evapotranspiration component with land use (0.54), soil texture (0.45), evapotranspiration potential (0.42) and temperature (0.31). Also, these results indicate a high correlation between runoff components with land use (0.62) and soil texture (0.58), and average correlations between groundwater recharge component with land use (0.32) and soil texture (0.34). Therefore, land use and soil texture were the first and second factors affecting the distribution of surface balance components, respectively.
کلیدواژه‌ها [English]
- Evapotranspiration
- Groundwater recharge
- Hydrological models
- Kramer correlation coefficient
- Land use
- Aish, A.M., O. Batelaan and F. Smedt. 2010. Distributed recharge estimation for groundwater modeling using WetSpass model, case study Gaza Strip, Palestine. The Arabian Journal for Science and Engineering, 35: 162-155.
- Armanuos, A.M., A. Negm, C. Yoshimura and O.C.S. Valeriano. 2016. Application of WetSpass model to estimate groundwater recharge variability in the Nile Delta aquifer. Arabian Journal of Geosciences, 9: 1-14
- Anderson, R., J. Hansen, K. Kukuk and B. Powell. 2006. Development of watershed-based water balance tool for water supply alternative evaluations. Proceedings of the Water Environment Federation, 6: 2817-2830.
- Anquetin, S., I. Braud, O. Vannier, P. Viallet, B. Boudevillain, J.D. Creutin and C.L. Manus. 2010. Sensitivity of the hydrological response to the variability of rainfall fields and soils for the Grad 2002 flash-flood event. Journal of Hydrology, 394: 134–147.
- Boughton, W. and P.I. Hill. 1997. A design flood estimation procedure using data generation and a daily water balance model. Cooperative Research Center for Catchment Hydrology, Australia, 48 pages.
- Cudennec, C., C. Leduc and D. Koutsoyiannis. 2007. Dry land hydrology in Mediterranean regions. Hydrology Science Journal, 52: 1077–1087.
- Güntner, A., M.S. Krol, J.C. de Araújo and A. Bronstert. 2004. Simple water balance modelling of surface reservoir systems in a large data-scarce semi-arid region. Hydrological Science, 49: 901–918.
- Gebremeskel, G. and A. Kebede. 2017. Spatial estimation of long-term seasonal and annual groundwater resources: application of WetSpass model in the Werii Watershed of the Tekeze River Basin, Ethiopia. Physical Geography, 38: 338-359.
- Ghandhari, A. and S.M.R. Alavi moghaddam. 2011. Water balance principles: a review of five watersheds in Iran. Journal of Environmental Science and Technology, 4: 465–479.
- Hall, D., J. Foster, N. DiGirolamo and G.A. Riggs. 2012. Snow cover, snowmelt timing and stream power in the Wind River Range Wyoming. Geomorphology, 137: 87–93.
- Hamedan Regional Water Company. 2014. Study plan of Gharacheh Watershed, 57 pages (in Persian).
- Hamedan Regional Water Company. 2013. Studies on updating the balance of water resources of the Salt Lake Watershed, 118 pages (in Persian).
- Jakeman, A.J. and G.M. Hornberger. 1993. How much complexity is warranted in a rainfall runoff model? Water Resources Research, 29: 2537–2649.
- Kumar, R., S. Nandy, R. Agarwal and S.P. Kushwaha. 2014. Forest covers dynamics analysis and prediction modeling using logistic regression model. Journal of Ecological Indicators, 45: 444-455.
- Pandian, M., U.A.B. Rajasimman and J. Saravanavel. 2014. Identification of ground water potential recharge zones using WetSpass model. International Journal of Water Research, 2: 27-32.
- Rahimi, J., M. Ebrahimpour and A. Khalili. 2013. Spatial changes of extended De Martonne climatic zones affected by climate change in Iran. Theoretical and Applied Climatology, 112: 409– 418.
- Shukla, A.K., S. Pathak, C.S.P. Ojha, A. Mijic and R.D. Garg. 2017. Spatio-temporal assessment of annual water-balance model for upper Ganga Basin. Hydrology and Earth System Sciences, 22: 5357-5371.
- Troch, P.A. 2000. Data assimilation for regional water balance studies in arid and semi-arid areas, case study: the Volta Basin upstream the Akosombo Dam in Ghana. European Space Agency, 163-165.
- Walker, G.R. and L. Zhang. 2002. Plot scale models and their application to recharge studies. CSIRO Publishing, Melbourne, 34 pages.
- Zhang, L., G.R. Walker and W.R. Dawes. 2002. Water balance modelling: concepts and applications. Water Balance Modelling, 84: 31–47.
- Zomlot, Z., B. Verbeiren, M. Huysmans and O. Batelaan. 2015. Spatial distribution of groundwater recharge and base flow: assessment of controlling factors. Journal of Hydrology, 4: 349–36.
)