ارزیابی واکنش هیدرولوژیکی حوضه آبریز کیوی چای به تغییرات کاربری اراضی با استفاده از مدل SWAT

الموضوعات :

شیرین مهدویان ¹ (دانشجوی دکتری اقلیم شناسی، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه محقق اردبیلی،اردبیل، ایران.)
بتول زینالی ² (دانشیار گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.)
برومند صلاحی ³ (استاد گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران)

تاريخ الإرسال : 16 الإثنين , صفر, 1444 تاريخ التأكيد : 27 الجمعة , جمادى الثانية, 1444 تاريخ الإصدار : 05 الأحد , محرم, 1445

الکلمات المفتاحية: حوضه آبریز کیوی چای, مدل‌سازی, تغییر کاربری اراضی, SWAT, سنجش‌ازدور,

ملخص المقالة :

زمینه و هدف: تغییر کاربری اراضی به‌صورت مستقیم بر روی مؤلفه‌های هیدرولوژیکی و منابع آبی تأثیرگذار است و نقش مهمی در تشدید خطرات احتمالی همچون خشکسالی و سیلاب دارد. لذا بررسی اثرات کاربری اراضی بر مؤلفه‌های آبی همچون رواناب امری ضروری است. ازاین‌رو در این مطالعه، وضعیت رواناب حوضه کیوی چای، یکی از مهم‌ترین حوضه‌های استان اردبیل، از نظر محیط زیستی در شرایط تغییر کاربری اراضی با استفاده از مدل SWAT مورد بررسی قرار گرفت.روش پژوهش: برای پردازش، طبقه‌بندی و تجزیه‌وتحلیل داده‌ها از نرم‌افزارهای ArcGIS10.1،Envi5.1 و Ecognition استفاده شد. همچنین از روش مبتنی بر مدل‌های انتقال تابشی چون FLAASH به‌عنوان بهترین روش برای تصحیح اتمسفری استفاده شد. برای سگمنت سازی از الگوریتم Multiresolution و برای طبقه‌بندی از الگوریتم نزدیک‌ترین همسایگی استفاده شد. سپس نمونه‌های تعلیمی از سطح منطقه با استفاده از بازدیدهای میدانی و تصاویر ماهواره Google Earth جمع‌آوری شد و برای ارزیابی صحت و دقت طبقه‌بندی بکار رفت. در انتها از روش تشخیص تغییراتThematic) change dynamic (در Envi5 برای شناسایی تغییراتی که طی سال‌ها اتفاق افتاده بود، استفاده شد. برای بررسی تأثیر تغییرات کاربری اراضی روی رواناب حوضه نیز از مدل هیدرولوژیکیSWAT استفاده شد. بعد از استخراج پارامترهای مؤثر در حوضه خروجی مدل با نرم‌افزار SWAT-CUP و الگوریتم SUFI-2واسنجی و اعتبارسنجی شد. برای ارزیابی نتایج این مرحله از شاخص‌های نش - ساتکلیف و ضریب تعیین استفاده شد.یافته‌ها: در این پژوهش، پس از اعمال طبقه‌بندی اراضـی به روش شیءگرا، نقشه کاربری اراضی در هفت کـلاس؛ کشاورزی دیم، کشاورزی آبی، باغ، جنگل، مسکونی، مرتع و آب تهیه گردید. در نقشه کاربری اراضی حوضه، پوشش مرتع، طبقه غالب کاربری زمین است؛ بااین‌حال، کاهش قابل‌توجه از 18/1224 کیلومترمربع به 59/1046 کیلومترمربع بین سال‌های 1987 و 2019 مشاهده‌شده است. مقادیربدست آمده برای شاخص‌های R-Factor,P-Factor,R2,NS در دوره واسنجی به ترتیب برای ایستگاه آبگرم (69/0، 71/0، 47/0، 53/0) و برای ایستگاه فیروزآباد (64/0، 67/0، 3/0، 32/0) و در دوره اعتبارسنجی برای ایستگاه آبگرم به ترتیب (56/0، 62/0، 0، 09/0) و برای ایستگاه فیروزآباد (51/0، 53/0، 0، 13/0) است. براین‌اساس نتایج به‌دست‌آمده در مرحله واسنجی و اعتبارسنجی قابل‌قبول ارزیابی شد. ارزیابی پاسخ مدل SWAT به کاربری زمین نیز نشان داد در مقیاس سالانه نشان می دهد که میزان جریان در ایستگاه فیروزآباد از 08/3 به 81/2 مترمکعب بر ثانیه (77/8- درصد) و در ایستگاه آبگرم از 11/1 به 96/0 مترمکعب بر ثانیه (51/13-) کاهش‌یافته است که علت آن را می‌توان ناشی از تغییرات کاربری اراضی بخصوص تغییر در کاربری مراتع و تبدیل آن به زراعت دیم و باغات و جنگل‌ها دانست.نتایج: روند تغییرات کاربری اراضی حوضه بین سال‌های 1987 تا 2019 درکاربری های کشاورزی دیم، مرتع وپهنه های آبی با روند کاهشی و در کاربری‌های کشاورزی آبی، باغ، جنگل و مسکونی با روند افزایشی همراه بوده است. بالابودن مقدار برازش معیارهای بکار رفته در ارزیابی مدل بیانگر این است که مدل قابلیت خوبی در شبیه‌سازی رواناب حوضه دارد. همچنین مدل اجرا شده برای کاربری‌های مختلف زمین نشان داد که جریان حوضه در هر دو ایستگاه هیدرومتری با تغییر کاربری اراضی در اکثرماه‌ها در کوتاه مدت افزایش و در میانگین درازمدت کاهش می‌یابد. تداوم تغییر کاربری زمین در حال تبدیل‌شدن به یک تهدید جدی برای حوضه‌های آبریز است. تغییر کاربری اراضی باید در حوضه‌های آبریز کنترل شود و اقداماتی برای تثبیت تغییر کاربری زمین انجام شود.

المصادر:

Agarwal, C, Green, GM, Grove, J M, Evans, T P and Schweik, CM. (2000): A review and assessment of land‐use change models: dynamics of space, time, and human choice. US Department of Agriculture, Forest Service, Northeastern Research Station General Technical Report NE‐297.

Arnold, JG, Srinivasan, R, Muttiah, RS and Allen, PM. (1999): Continental scale simulation of the hydrologic balance. J. Am. Water Resource Association, 1037‐1051.

Bhatta B., Shrestha S., Shrestha PK., and Talchabhadel R. 2020. Modelling the impact of past and future climate scenarios on streamflow in a highly mountainous watershed: A case study in the West Seti River Basin, Nepal. Science of the Total Environment. Elsevier B.V 740: 140156. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140156.

doi: 10.22034/hyd.2021.44819.1578

‏ Chemura, A., Rwasoka, D., Mutanga, O., Dube, T., & Mushore, T. (2020). The impact of land-use/land cover changes on water balance of the heterogeneous Buzi sub-catchment, Zimbabwe. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 18, 100292.

Getachew H.E., and Melesse A.M. 2012. The Impact of Land Use Change on the Hydrology of the Angereb Watershed, Ethiopia. M. Melesse: The Impact of Land Use Change (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

‏ Kim, J., J. Choi, C. Choi, and S. Park. 2013. Impacts of changes in climate and land use/land cover under IPCC RCP scenarios on streamflow in the Hoeya River Basin, Korea. Sci. Total Environ. 2: 185-195

Haleem, K., Khan, A. U., Ahmad, S., Khan, M., Khan, F. A., Khan, W., & Khan, J. (2021). Hydrological impacts of climate and land-use change on flow regime variations in upper Indus basin. In Journal of Water and Climate Change (Vol. 13, Issue 2, pp. 758–770). IWA Publishing. https://doi.org/10.2166/wcc.2021.238

Haque M I, Basak R. 2017. Land cover change detection using GIS and remote sensing techniques: A spatio-temporal study on Tanguar Haor, Sunamganj, Bangladesh. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Sciences 20 (2017) 251–263

Larbi, I., Obuobie, E., Verhoef, A., Julich, S., Feger, K. H., Bossa, A. Y., & Macdonald, D. (2020). Water balance components estimation under scenarios of land cover change in the Vea catchment, West Africa. Hydrological Sciences Journal, 65(13), 2196-2209.

Lerat, J.; Thyer, M.; McInerney, D.; Kavetski, D.; Woldemeskel, F.; Pickett-Heaps, C.; Shin, D.; Feikema, P. A robust approach for calibrating a daily rainfall-runoff model to monthly streamflow data. J. Hydrol. 2020, 591, 125129. [CrossRef]

Maddi, Agil; Kind, Behnam; Ismali, Abazar. (2012). Landslide risk assessment and its zoning using LIM model and GIS technique in Givi Chai watershed, Ardabil. Scientific Journal of Geography and Planning 17(43), 307-326.

Neitsch, S. L., Arnold, J. G., Kiniry, J. R., and Williams, J. R. 2011. Soil and water assessment tool theoretical documentation version 2009: Texas Wanter Resources institute.

Rajabi M , Feyzolahpour M . 2014. Zoning the Landslides of Givichay River Basin by Using Multi Layer Perceptron Model. Geography And Development Iranian Journal, 12(36), 161-180. doi: 10.22111/gdij.17160(In Persian).

Rashtbari, M., & TALEAI, M. (2020). Prediction of Land Use Change and its Hydrological Effects Using Markov Chain Model and SWAT Model. ENGINEERING JOURNAL OF GEOSPATIAL INFORMATION TECHNOLOGY, 7(4), 41-59. https://www.sid.ir/en/journal/ ViewPaper.aspx?id=746055.[in Persian]

Rezaei Moghaddam, M., Mokhtari, D., Samandar, N. (2022). Detection of the effect of land use change trends on discharge and sediment Simulated with SWAT model in Ojan Chay watershed. Hydrogeomorphology, 9(30), 24-1. doi: 10.22034/hyd.2021.42595.1557.[in Persian]

Woyessa, Y. E., & Welderufael, W. A. (2021). Impact of land-use change on catchment water balance: a case study in the central region of South Africa. Geoscience Letters, 8(1), 1-10.

Zeiaei, K., esmali, A., Mostafazadeh, R., Golshan, M. (2021). Assessing the effects of various land use change scenarios on runoff using SWAT model in the Ahl Iman watershed. Hydrogeomorphology, 8(27), 138-123.