تحلیل تأثیر کاربری اراضی بر نتایج شبیه‌سازی پارامترهای هیدرولوژیکی حوضه آبخیزنیرچای با استفاده از مدل SWAT

الموضوعات :

صیاد اصغری سراسکانرود ¹ (دانشیار گروه ژئومورفولوژی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل)
مهدی فعال نذیری ² (دانشجوی کارشناسی ارشد سنجش ‌از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل.)

تاريخ الإرسال : 21 الأربعاء , ربيع الثاني, 1441 تاريخ التأكيد : 16 الإثنين , ربيع الأول, 1442 تاريخ الإصدار : 05 الخميس , ربيع الأول, 1442

الکلمات المفتاحية: کاربری اراضی, رواناب, مدل SWAT, پارامترهای هیدرولوژیکی, طبقه‌بندی شئ گرا,

ملخص المقالة :

تأثیر کاربری اراضی بر فرایندهای هیدرولوژیکی و رواناب حوضه آبخیز می‌تواند به مدیریت چالش‌های منابع آب و برنامه‌ریزی صحیح در مدیریت حوضه‌های آبخیز کمک نماید. مدل‌های هیدرولوژیکی نمایش ساده‌شده‌ای از سیستم هیدرولوژی واقعی هستند که به مطالعه درباره کارکرد حوضه می‌پردازد بنابراین انتخاب مدل، نیاز به تشخیص قابلیت و محدودیت مدل‌های هیدرولوژی حوضه دارد. در این تحقیق، به‌منظور بررسی تأثیر کاربری اراضی بر رواناب حوضه رودخانه نیر چای، از تصاویر ماهواره‌ای لندست (OLI-TM) سال‌های (1990-2000-2018) استفاده شد. ابتدا تصاویر مربوطه اخذ و پیش‌پردازش‌های لازم اعمال شد، سپس طبقه‌بندی با استفاده از روش شی‌ءگرا و الگوریتم نزدیک‌ترین همسایگی صورت گرفت همچنین از مدل (SWAT) بـرای شبیه‌سازی هیـدرولوژیکی حوضـه استفاده شد و از الگـوریتم (SUFI-2) در نرم‌افزار SWAT-CUP) ) برای تحلیل حساسیت، واسنجی، اعتبار سنجی بهره گرفته شد. با توجه به ضریب NS و R2، P و R به‌دست‌آمده در مرحله واسنجی (به ترتیب برابر با 74/0 و 75/0 و 88/0 و 82/0) و در مرحله اعتبار سنجی (به ترتیب برابر با 68/0 و 72/0 و 90/0 و 79/0) نشان می‌دهد این آمار دارای کارایی قابل قبولی در پیش‌بینی متغیرهای موردبررسی در آبخیز موردمطالعه دارد. ازاین‌رو نتایج این پژوهش نشان داد مدل SWAT بهترین عملکرد را از شبیه‌سازی رواناب حوضه رودخانه نیر چای نسبت به داده‌های مشاهداتی در دوره صحت یابی داشته است.

المصادر:

1)        Abbaspour, K.C. (2007). User Manual for SWAT-CUP SWAT Calibration and Uncertainty Analysis Programs, Swiss Federal lnstitute of Aquatic Science and Technology, Eawag. Dubendorf. Switzerland, 95,pp. 1-16.

2)        Abbaspour, K.C., Johnson, A., and Van Genuchten, M.Th. (2004). Estimating uncertain flow and transport parameters using a sequential uncertainty fitting procedure. Vadose Zone J., 3:PP. 1340-1352.

3)        Abbaspour, K.C., Yang, J., Maximov, I., Siber, R., Bogner, K., Mieleitner, J., Zobrist, J., and Srinivasan, R. (2007). Modelling hydrology and water quality in the pre-alpine/alpine Thur watershed using SWAT. Hydrology. 333,pp. 413-430.

4)        Arabi, M., Govindaraju, R. S., and Hantush, M. M. (2007): A probabilisticapproach for analysis of uncertainty in the evaluation of watershed management practices, J. Hydrol., 333,pp. 459–471.

5)        Arnold, J.G.( 1996). Estimating hydrologic budgets for three Illinois Watersheds. Journal of Hydrology, 176.PP.57-77.

6)        Arnold, J.G., Muttiah, R.S., Srinivasan, R., and Allen, P.M. (2000). Regional estimation of base flow and groundwater recharge in the Upper Mississippi River basin. J. Hydrol., 227: 1-4.PP. 21-40.

7)        Baloch, M. Ames, D. and Tanik, A. (2013). Catchment-Scale Hydrological Response to Climate-LandUse Combined Scenarios: A Case Study for the Kishwaukee River Basin, Illinois, Physical Geography, 29, pp. 79-99.

8)        Betrie. G. D.; Mohamed, Y. A.; Griensven, A. V.; & R. Srimivasan, (2011). Sediment management modeling in the Blue Nile Basin using SAWT model, Hydrolgy Earth syst em Science Discuss, 15,PP. 807-818.

9)        Bossa, A.Y., Diekkrüger, B., Igué, A.M., and Gaiser, T. (2012). Analyzing the effects of different soil databases on modeling of hydrological processes and sediment yield in Benin (West Africa). Geoderma. 174, PP. 61-74.

10)    Gholami, Sh.,( 2003). Daily Sediment simulation by semi-distributed SWAT in Mountai watershed (Amame watershed), Pazhouhesh sazandegi Journal, 59,pp .28-33.

11)    Havrylenko SB, Bodoque JM, Srinivasan R, Zucarelli GV, Mercuri P, (2016). Assessment of the soil water content in the Pampas region using SWAT. Catena 137.PP.298–309.

12)    Izadi, M. Ajdari, Akhavan, S. Emamgholizadeh, P. (2013). Swat Model Application in Simulation of Shirin Darreh River, Cultural and Water Services Challenge Conference, Islamic Azad University, Khorasgan Branch, Isfahan,pp. 1-7 (in Persian).

13)    Kavian AS, Golshan M, Rouhani H, Esmaili A, A (2015). Simulation of runoff and sediment load of Haraz River Basin with SWAT intercept. Natural Geography Research, Volume 47, Number 2, pp. 211-197(in Persian).

14)    Leonard, P.B.A. (1979). A stable and accurate convective modelling procedure based on quadratic upstream interpolation. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 19:PP.59-98.

15)    Lillesand, ‎T.M., R.W Kiefer, and W.J Chipman. (2009). Remote sensing and Image Interpretation, New York: John Wiley & Sons, Inc., 6^th Ed,PP.127- 137.

16)    Lin, B, Chen, X, Yao, H, Chen, Y, Liu, M, Gao, L& James, A (2015), Analyses of landuse change impacts on catchment runoff using different time indicators based on SWAT model. Ecological Indicators, 58,pp 55–63.

17)    López-Vicente M.; Poesen, J.; Navas, A.; Gasparb, L.; & B. Gaspar. (2011). Predicting runoff and sediment connectivity and soil erosion by water for different land use scenarios in the Spanish Pre-Pyrenees, Catena, PP.201-215.

18)    Mengistu KT (2009) Watershed hydrological responses to changes in land use and land cover, and management practises at Hare Watershed, Ethiopia,pp.341-374.

19)    Moriasi, D. N., Arnold, J. G., Van Liew, M. W., Bingner, R. L., Harmel, R. D., & Veith, T. L. (2007). Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Transactions of the ASABE, 50(3),pp. 885-900.

20)    Moriasi, D.N., Arnold, J.G., Van Liew, M.W., Binger, R.L., Harmel, R.D., and Veith, T.L. (2007). Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. ASABE. 50,pp. 885-900.

21)    Nagelkerke, N.J.D. (1991). A note on a general definition of the coefficient of determination. Biometrika. 78,pp .691-692.

22)    Nash, J.E. and T.E. Sutcliffe.(1970). River flow forcasting through conceptual model, Part I.A discussion of principles. Journal of Hydrology, 10(3),pp.282-290.

23)    Neitch, S. L.; Arnold, J. G.; Kiniry, J. R.; & J. R. Williams,( 2005). Soil and Water assessment tool documentation, ( user's manual),pp. 494.

24)    Neitsch, S.L., Arnold, J.G., Kiniry, J.R., and Williams, J.R. (2002). Soil and Water Assessment Tool, User’s Manual, Version 2000, pp. 289-298.

25)    Omani, Tajrishi M. and Abrishamchi A., (2006). River Flow Simulation Using SWAT and GIS Model. 7th International Seminar on River Engineering, February 24-26, Ahvaz Shahid Chamran University. pp. 1-8 (in Persian).

26)    Palamuleni, L.G. P.M. Ndomba & H.J. Annegarn (2011), Evaluating land cover change and its impact on hydrological regime in Upper Shire river catchment, Malawi, Journal of Regional Environmental Change,No. 11(4), PP.845-855.

27)    Pikounis, M., Aranou, E., Baltas, E., Dassaklis, A., and Mimikou, M. (2003). Application of the SWAT model in the Pinos River in under different land-use Scenarios, Global Nest J., 5: 2.PP. 71-79.

28)    Ramadan. No, parsley. (2014). Monitoring urban land use changes over the past four decades in Esfarayen using remote sensing technology. National Geomatics Conference. National mapping agency. pp. 1886-1869 (in Persian).

29)    Saadati, H., Golami, Sh., Sharifi, F., and Ayobzade, A.( 2006). Investigation the effect of land use change on the surface runoff, (case study, Kasilian), Journal of Natur. Resour. Iran, 59:PP. 301-313.

30)    Saadati, H.; Gholami, S. A.; Sharifi, F.; & S. A. Ayoubzadeh,( 2006). An investigation of the effects of land use change on simulating surface runoff using SWAT mathematical model (Case Study: Kasilian Catchment Area), Iranian Journal of

31)    Salmani, H.; Mohseni Saravi, M.; Rouhani, H.; & A. Salajeghe, (2012). Evaluation of Land Use Change and its Impact on the Hydrological Process in the Ghazaghli Watershed, Golestan Province, watershed management Journal, 3(6),PP. 43-59.

32)    Santos, J.; Nunes, J.; sampaio, E.; Moreira, M.; Lima, J.; Jacinto, R.; & J. CorteReal, (2014). Climate and LanduseChange Impacts on hydrological processes and soil erosion in a dry Mediterranean agro-forested catchment, southern Portugal, Hydrology and earth system sciences discussions, 16, PP.715-730.

33)    Siriwardena,  L. Finlayson, B. L. & T. A. McMahon,( 2006). The impact of land use change on catchment hydrology in large catchment: The Comet River, Central Queensland, Australia, Journal of Hydrology, 326, pp.199-214.

34)    Wang, S.; Kang, S.; Zhang, L.; & F. Li, (2008). Modelling hydrological response to different land-use and climate change scenarios in the Zamu River basin of northwest China, Journal of Hydrological Processes, 22, PP.2502-2510.

35)    Wei, W. Chen, L. Fu, B. Huang, Z. Wu, D. & L. Gui, (2007). The effect of land uses and rainfall regimes on runoff and soil erosion in the semi-arid loess hilly area, China, Journal of Hydrology, 335, pp.247- 258.

36)    Yarahmadi, D. (2014). Hydroclimatological Analysis of Urmia Lake Surface Oscillations. Natural Geography Research, Thirty-Second Year, No. 20, pp.77-92(in Persian).

37)    Zahedi, A. Mohammadi, M. And Brady, S. (2012). Evaluation of Urban Land Use Change and Impact of Hydrology on Pilgrimage Basin Proceedings of the 7th National Conference on Watershed Management Science and Engineering, pp. 134-141 (in Persian).

38)    Zhixiang L, Songbing Z , Honglang X, Chunmiao Z, Zhenliang Y, Weihua W, (2015). Comprehensive hydrologic calibration of SWAT and water balance analysis in mountainous watersheds in northwest China. Physics and Chemistry of the Earth 79PP.76–85.