شبيه‌سازي اثرات سناريوهاي توسعه مناطق مسكوني بر ميزان رسوب معلق با استفاده از مدل WetSpa (مطالعه موردي: حوزه آبخيز زيارت استان گلستان)

Effects of different urbanization scenarios on suspended sediment yield in Ziarat watershed, Iran

سابقه و هدف: فرسايش و انتقال رسوب يك فرآيند پيچيده بوده كه تحت‌تاثير بافت خاك، توپوگرافي منطقه، اقليم، كاربري اراضي، فعاليت‌هاي انساني مانند سيستم‌هاي كشت و اقدامات حفاظتي خاك و توسعه شهرنشيني مي‌باشد. در اين پژوهش به بررسي اثرات توسعه مناطق مسكوني بر رسوب حوزه آبخيز زيارت واقع در استان گلستان پرداخته شده است. مواد و روش‌ها: نقشه‌هاي رقومي شامل مدل ارتفاع رقومي، پوشش اراضي و بافت خاك (با اندازه سلولي 30 متر) و سري‌هاي زماني پيوسته بارش، تبخير و دماي هوا در گام زماني ساعتي 4 سال آماري (90-1386) به‌عنوان ورودي‌هاي اصلي مدل WetSpa استفاده شد. داده‌هاي دبي جريان و رسوب معلق براي واسنجي مدل مورد استفاده قرار گرفت. نتايج: دقت شبيه‌سازي دبي جريان در دوره واسنجي بر اساس معيار نش- ساتكليف 67/0 و ارزيابي شبيه‌سازي رسوب براساس معيار نش- ساتكليف براي غلظت رسوب معلق و انتقال رسوب به‌ترتيب 63/0 و 72/0 بود. سپس سناريوهاي توسعه مناطق مسكوني به‌عنوان ورودي به مدل واسنجي شده وارد شد. سپس با مقايسه مولفه‌هاي غلظت رسوب معلق و انتقال رسوب نتايج نشان داد كه با افزايش وسعت مناطق مسكوني غلظت رسوب از 23/0 گرم بر ليتر در سناريوي پايه به 27/2 گرم بر ليتر در سناريو افزايش 100% مناطق مسكوني مي‌رسد و مقدار انتقال رسوب معلق از 253 گرم بر ثانيه در سناريوي پايه به 1143 گرم بر ثانيه در سناريو افزايش 100% مناطق مسكوني، افزايش مي‌يابد.

Background and Objectives: Erosion and sediment transport is a complex process that is influenced by soil texture, topography, regional climate, land use, human activities such as farming systems and soil conservation measures. This study examines the effects of changes in land use and residential development on erosion and sedimentation in Ziarat watershed in Iran. Materials and Methods: In this study, the basic WetSpa model inputs were the maps of a digital elevation model (DEM), land use and soil type in GIS raster format and hydrometeorological data including hourly precipitation, evapotranspiration and temperature for 4 years (2007-2010). Hourly discharge and suspended sediment at the watershed outlet were used for the model calibration and validation. Results: The accuracy of flow simulations based on the Nash - Sutcliffe model efficiency was 0.67. The evaluation of suspended sediment simulations for the calibration period based on the Nash - Sutcliffe criteria was 0.63 and 0.72 for the suspended sediment concentration and sediment yield, respectively. Then, the residential development and land use change scenarios were developed in GIS environment and used as input maps for the calibrated model. Comparison of the components of erosion and sediment transport results showed that by increasing the residential areas, suspended sediment concentration changed from 0.23 g/l for current situation (zero scenario) to 2.27 g/l in Scenario IV (100% increase in residential areas). Also the amount of suspended sediment yield increased from 253 g/s in current situation to 1143 g/s in Scenario IV.