پديد آورندگان :
آبابايي، بهنام دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات , نظري، بيژن دانشگاه بين المللي امام خميني (ره) , بتوخته، فرشته دانشگاه زنجان - گروه مهندسي آب , محمدي قلعه ني، مهدي دانشگاه اراك - گروه علوم و مهندسي آب
چكيده فارسي :
از مسائل مطرح در مديريت آب در حوضه‌هاي آبريز، برآورد ميزان توليد رسوب هر يك از زيرحوضه‌ها است. تعيين حجم ماهانه و سالانة جريان و رسوب رودخانه‌هاي بالادست سد‌هاي مخزني، در مراحل طراحي و بهره‌برداري اين مخازن، اهميت قابل توجهي دارند. پيشرفت تكنولوژي نرم افزارهاي رايانه اي و شناخت فرآيندهاي فرسايش و رسوب و تشخيص نسبي عوامل موثر بر آن، امكان استفاده از انواع مدل‌هاي رياضي را فراهم نموده است. از آنجا كه نتايج حاصل از بعضي از مدل ها با مقادير واقعي تطبيق داشته، از اينرو استفاده از مدل‌هاي فرسايش و رسوب در مطالعات حوزه آبخيز افزايش يافته است. به منظور برآورد حجم ماهانه و سالانة جريان و رسوب در زيرحوضه سد گراتي، مدل SWAT بكار گرفته شد. مدل SWAT يك مدل جامع و كامل در مقياس حوضه‌اي مي‌باشد كه براي پيش‌بيني تأثير روش‌هاي مديريتي متفاوت بر جريان، رسوب، عناصر غذايي و بيلان مواد شيميايي در حوضه‌هايي با خاك، كاربري اراضي و شرايط مديريتي متفاوت براي دوره‌هاي زماني طولاني ارائه شده‌است.
مواد و روش: جهت مدلسازي حوضه مطالعاتي از داده هاي و نقشه هاي مختلفي استفاده مي گردد اطلاعات و داده‌هاي ورودي مدل شامل نقشه مدل رقومي ارتفاع (DEM)، نقشه كاربري اراضي، نقشه خاك و داده‌هاي هواشناسي شامل بارندگي، حداقل و حداكثر درجه حرارت روزانه ، سرعت باد و رطوبت هوا مي‌باشد. جهت واسنجي و صحت سنجي مدل از نرم افزار SWAT-CUP استفاده شد كه داراي روش‌هاي متنوعي از جمله الگوريتم SUFI2 براي واسنجي پارامترها مي‌باشد. در تحقيق حاضر با استفاده از آمار مشاهده شده ماهانه دبي و رسوب در حوضه مورد مطالعه و با استفاده از پارامترهاي فيزيكي، ارقام برآورد شده توسط مدل SWAT كاليبره گرديد، سپس اقدام به ارزيابي مدل SWAT شد. براي واسنجي مدل دربرآورد رواناب آمار سال‌هاي 2001-1986 (16 سال) از ايستگاه بيدواز اسفراين و سال‌هاي 2009-2004 (6 سال) از ايستگاه قلعه سفيد و براي مرحلة صحت‌سنجي از آمار سال‌هاي 2005-2002 (4 سال) در ايستگاه بيدواز اسفراين و سال‌هاي 2011-2010 (2 سال) در ايستگاه قلعه سفيد استفاده شده است. همچنين داده‌هاي بار رسوب در سال‌هاي 2011-2009 (3 سال) در ايستگاه قلعه سفيد اندازه‌گيري شده‌اند. بار رسوبي اندازه‌گيري شده حداقل در يك روز از هر ماه سال اندازه‌گيري شده است. به عبارتي براي هر ماه از سال حداقل يك داده اندازه‌گيري رسوب اندازه‌گيري و در مدل استفاده شده است.
نتيجه‌گيري: با بررسي مقادير به دست آمده در مورد شبيه سازي رسوب با مدل SWAT مي توان نتيجه گرفت كه عليرغم عدم قطعيت هاي بسيار در تعيين رسوب، مدل SWAT توانسته است در دوره كاليبراسيون و دوره صحت سنجي به خوبي زمان وقوع حداكثر آورد رسوب را شبيه سازي نمايد.
چكيده لاتين :
Background and Objectives: Estimation of sediment values in sub-basins is an important Issue in watershed water management. Determination of the monthly and annual river flow volume and sediment from upstream are very important in the design and operation of dams. The possibility of using mathematic models has been provided by expansion of computer software technologies and knowledge about factors effecting erosion and sedimentation. The use of erosion and sedimentation models in the watershed studies has increased due to good fitness between the results of some models and the observed values. In order to evaluation of the SWAT capabilities in runoff and sediment simulation, this research was carried out in Geraty sub basin. The SWAT model is a comprehensive model that can be applied for assessment of various management strategies effect on runoff, sediment, chemical and nutrient material transport in the basin level.
Materials and Methods: Different data and maps were used for preparation of required basic files for delineating the basin into sub-basins and HRUs. These basic file include: Digital Elevation Model (DEM), soil map, and Land Use/Land Cover (LULC) map. The weather input data was including maximum and minimum daily air temperature, solar radiation, wind speed and relative humidity. SWAT-CUP software was used to sensitivity analysis, calibration and validation of the model parameters. The SUFI-2 algorithm was used for parameter optimization. In this study, the SWAT model was calibrated with the monthly observed discharge and sediment rates and physical parameters. Then, the model was assessed. The model was calibrated using monthly discharge data from Bidouaz Esfaraien station for the period 1986-2001 (16 years) and GhaleSefid station for the period 2004-2009 (6 years). Also, the model was validated using monthly discharge data from Bidouaz Esfaraien station for the period 2002-2005 (4 years) and GhaleSefid station for the period 2010-2011 (2 years). The sediment load data for the years 2011-2009 (3 years) were measured in GhaleSefid station.
Results: Results showed an acceptable accuracy of the model. MSE, R2 and NS parameters for monthly discharge in Bidouaz Esfaraien station was obtained 0.516, 0.87 and 0.64, respectively. In simulation of discharge in GhaleSefid station these statistic parameters were 0.55, 0.89 and 0.71, respectively. These statistic parameters in sediment simulation 0.42, 0.72 and 0.59, respectively. The results showed that the total annual runoff depth at Geraty basin is about 22.39 mm and total annual sediment is about 773 ton/year/km2. Considering the area of 747.109 km2 for this basin, the total volume of long-term annual runoff is estimated to 16.71 million cubic meters and also about 576983.31 tons of sediment will be drained out from the Geraty basin. The maximum sediment load and runoff occurs in April and May.
Conclusion: Analysis of the SWAT model results in sediment simulation shows that the model capability in sediment simulation is good. Regarding to high uncertainty in sediment prediction, the model was able to simulate the maximum amount of sediment in the calibration and validation phases successfully.
