شبيه‌سازي جريان روزانه رودخانه و تحليل تاثيرات تغيير كاربري بهينه روي آن با استفاده از مدل WetSpa در محيط GIS

Simulation of Daily Stream Flow and the Effects of Land Use Changes Using WetSpa Model in GIS (Case Study: Merek Watershed, Kermanshah Province)

ضرورت آگاهي از وضعيت منابع آب و نزولات جوي در حوضه‌هاي آبريز مختلف براي اجراي طرح‌هاي آبي از يك‌سو و وجود نداشتن شبكه مناسبي از ايستگاه‌هاي اندازه‌گيري پارامترهاي هواشناسي و آبشناسي از سوي ديگر، اهميت استفاده از روش‌هاي غيرمستقيم براي شبيه‌سازي جريان و محاسبه حجم رواناب در حوضه‌هاي آبريز را بيش از پيش آشكار مي‌سازد. در بين روش‌هاي غيرمستقيم، فنون پيشرفته‌اي نظير سنجش از دور (RS) و سامانه اطلاعات جغرافيايي (GIS)، كه امكان اطلاع از شرايط حوضه از جنبه‌هاي مختلف و تجزيه و تحليل سريع‌تر و دقيق‌تر اين اطلاعات را ميسر ساخته‌اند، جايگاه ويژه‌اي در مطالعات هيدرولوژيكي و منابع آب يافته‌اند. اين موضوع بر تعداد مدل‌هاي فيزيكي توزيع‌يافته مكاني در بستر GIS كه در آنها اطلاعات مكاني به صورت واحدهاي در سطح پيكسل در كنار داده‌هاي هيدرولوژي قرار مي‌گيرند و امكان درك و بيان فرايندهاي پيچيده و پويا را فراهم مي‌آورند، افزوده است. مدل WetSpa نمونه‌اي از اين مدل‌هاي هيدرولوژيكي توزيع‌يافته مكاني است كه با هدف رسيدن به راهبردهاي مديريت پايدار آبخيز طراحي و ساخته شد. WetSpa براساس شبكه سلولي و در مقياس حوضه آبريز عمل مي‌كند و در نتيجه عملكرد آن به صورت پيوسته است. در پژوهش حاضر ابتدا جريان روزانه رودخانه حوضه مرك كرمانشاه ـ با مساحت 1380 كيلومترمربع ـ با استفاده از مدل WetSpa در محيط GIS و با شرايط كاربري اراضي فعلي شبيه‌سازي شده و بعد از كاليبراسيون و اعتبارسنجي مدل به تحليل تاثيرات تغييركاربري بر روي جريان ـ به‌ويژه دبي پيك جريان ـ پرداخته شد. براي اين منظور نقشه كاربري بهينه حوضه با استفاده از مدل آمايش سرزمين مخدوم توليد شد و مجدداً جريان رودخانه به‌وسيله مدل شبيه‌سازي گرديد. نتايج حاصل از به‌كارگيري مدل WetSpa در حوضه آبريز مرك دقتي معادل 77 درصد را براساس ضريب ناش ـ ساتكليف (NS) نشان مي‌دهد. همچنين شبيه‌سازي جريان رودخانه تحت سناوريوي كاربري بهينه نشان داد كه هيدروگراف جريان رودخانه با تاخير به اوج خود مي‌رسد و در مقايسه با هيدروگراف كاربري فعلي ديرتر فروكش مي‌كند. افزون بر اينها، دبي اوج هيدروگراف نيز بعد از تغيير كاربري بهينه پايين‌تر آمده است.

The necessity of awareness of water resources conditions in different watersheds for executing the water plans on the one hand and the absence of reliable network of gauging stations measuring the meteorological parameters on the other hand relieve how essential taking advantage of the indirect methods for simulating and evaluating the run-off flow in watersheds are. Hence, amongst the indirect methods, the sophisticated techniques such as Remote Sensing and Geographical Information Systems (GIS) play an important role in the field of hydrology and water resources. The fact is that such methods provide us with comprehensive knowledge of watershed and accelerate the analysis in a much more precise manner. This plays an important role in developing the spatial-distributed models in GIS in which the spatial data as the pixel units along with the hydrologic data contribute to the better understanding of the complicated and dynamic processes. WetSpa model is known as one of the best examples in GIS-based spatial-distributed models. This hydrological model was developed with the purpose of sustainable watershed management strategies. The WetSpa performs based on the grid networks in a watershed with a continuously function. In the present study first the daily flow for Merek watershed in Kermanshah Province – 1380 km2 area – was simulated using WetSpa model in GIS environment and following the calibration and validation the effect of land use changes on stream flow – particularly the peak discharge- was analyzed. Also, the watershed optimal land use map was produced based on Makhdoom land use planning and the stream flow was simulated again. The results of applying the WetSpa model in Merek watershed showed a Nash-Sutcliffe (NS) efficiency of 77% whereas there seems to be a strong consistency between measured and simulated hydrographs. Meanwhile simulating the stream flow under the optimal land use scenario illustrated that there is a lag time for peak flows compare to the present land use hydrograph, and the hydrograph peak discharge has decreased after the optimal land use change. Keywords: Stream flow simulation, Land use planning, Modeling, Merek watershed, WetSpa model, GIS.