برآورد بیلان آب حوزه آبخیز سد کوثر با استفاده از مدل هیدرولوژیک SWAT و داده‌های ماهواره‌ای

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده مهندسی کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه یزد، یزد، ایران

3 استادیار مرکز تحقیقات فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران

4 استادیار گروه آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

5 استاد گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

چکیده

بیلان آب نشان‌دهندة تعادل بین ورودی و خروجی آب در یک منطقه است و نقش مهمی در مدیریت منابع، توسعه پایدار و کاهش اثرات انسانی بر اکوسیستم دارد. با افزایش جمعیت و تقاضای آب، تخمین دقیق آن برای کشاورزی، صنعت و شهرها ضروری است. بهره‌گیری از مدل‌های ریاضی و داده‌های میدانی ابزار مؤثری برای تحلیل وضعیت و برنامه‌ریزی آینده منابع آبی محسوب می‌شود. در این پژوهش، مؤلفه‌های بیلان آبی حوزة آبخیز سد کوثر با استفاده از مدل هیدرولوژیکی SWAT و سنجش از دور شبیه‌سازی شد. هدف این پژوهش، آزمون کارایی مدل و قابلیت استفاده از آن به‌عنوان شبیه‌ساز بیلان آب در حوزة آبخیز سد کوثر است. در این پژوهش برای به‌دست آوردن نقشه کاربری اراضی از تصاویر ماهواره‌ی سنتینل-2 سال (2020) استفاده شد. برای واسنجی مدل از الگوریتم SUFI2 در نرم‌افزار SWAT CUP استفاده شد. فرآیند انجام مدل برای بازة زمانی 1386 تا 1398 انجام شد. دقت شبیه‌سازی رواناب ماهانه با استفاده از شاخص ضریب تعیین (R2) و نش-ساتکلیف (NSE) در ایستگاه نازمکان و سید آباد به‌ترتیب 55/0، 54/0 و 62/0، 6/0 به‌دست آمد. نتایج نهایی نشان داد که به‌طور متوسط حدود 51 درصد بارش به‌صورت تبخیر و تعرق وارد اتمسفر می‌شود، حدود 21 درصد آن به‌صورت رواناب سطحی، 5 درصد به‌صورت جریان جانبی و 16 درصد به‌صورت جریان بازگشتی مستقیماً به آبراهه‌ها وارد می‌شود. در مجموع حدود 26 درصد آب وارد لایه‌های خاک و آبخوان می‌شود. نتایج حاصل نشان‌دهندة کارایی مدل SWAT در شبیه‌سازی بیلان آبی حوزه آبخیز سد کوثر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


منابع:
امینی، محمدامین، ترکان، غزاله، اسلامیان، سعید، زارعیان، محمد جواد و بسالت‌پور، علی‌اصغر (1397). ارزیابی مدل هیدرولوژیک SWAT در شبیه‌سازی بیلان آب در حوضه‌های آبریز مناطق نیمه-خشک (مطالعه موردی: حوضه آبریز زاینده‌رود). آب و خاک، 32 (5)، 849-863. doi: 10.22067/jsw. v32i5.68815
بایسته، مصطفی، و زارعی، حیدر (1404). بررسی اثر همزمان تغییراقلیم و تغییرکاربری اراضی بر جریان آینده رودخانه کر و سیوند با استفاده از مدل SWAT (e228712). مهندسی آبیاری و آب ایران . doi: 10.22125/iwe.2025.533564.1889
پرویزی، سارا (1396). مکان‌یابی سد زیرزمینی با استفاده از مدل شبیه‌ساز بیلان آب (SWAT) و فرآیند تحلیل شبکه‌ای (ANP) منطقه مورد مطالعه: حوزه آبخیز جامیشان، استان کرمانشاه. پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی منابع طبیعی-آبخیزداری، دانشگاه یزد.
پرویزی، سارا، طالبی، علی، ملکی‌نژاد، حسین، و صادقی، مریم (1399). بررسی تغییرات اقلیمی بر برخی پارامترهای هیدرولوژیکی حوزه آبخیز جامیشان با استفاده از مدل SWAT. مهندسی محیط زیست و آب. 4: 443-430. doi: 10.22034/jewe.2020.238651.1383
پرویزی، سارا، طالبی، علی، و ماندگار، علیرضا (1401). بررسی بیلان آب حوزه آبخیز فخرآباد مهریز با استفاده از مدل SWAT. خشک بوم, 12(1), 21-33. doi: 10.29252/aridbiom.2022.16619.1852
حسینی، مجید (1393). شبیه‌سازی بیلان آب در حوزه آبخیز قره‌سو، کرمانشاه با استفاده از مدل SWAT. مهندسی و مدیریت آبخیزداری 6 (1): 63-73. doi: 10.22092/ijwmse.2014.101737
دولت آبادی، سپیده، و زمردیان، سید محمد علی (1393). شبیه سازی هیدرولوژیکی حوضه فیروزآباد با استفاده از مدل SWAT، مهندسی آبیاری و آب، 4 (14)، 48 38. doi: 10.1007/s12205-015-0354-8
زارع گاریزی، آرش، و طالبی، علی (1395). ). شبیه‌سازی بیلان آب حوضه آبخیز با استفاده از مدل SWAT (مطالعه موردی: حوضه قره سو استان گلستان). مهندسی منابع آبة 9(30), 37.
زاهدی، احسان (1392). تعیین مناطق مستعد احداث سد یازرزمینی با استفاده از شبیه‌ساز بیلان آب (مدل SWAT) و فرآیند تحلیل شبکه‌ای (ANP) (منطقه مورد مطالعه: حوزه آبخیز درنگار درگز). پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی منابع طبیعی-آبخیزداری، دانشگاه یزد.
رئوف، مجید، حسینی، یاسر، عطفی، غلامرضا و اسمعلی عوری، اباذر (1396). شبیه‌سازی بیلان آب اهرچای با استفاده از مدل SWAT. تحقیقات مدیریت حوزه آبخیز، 31(2)، 50-63. doi: 10.22092/wmej.2018.104570.1032
رئوف، مجید، عزیزی مبصر، جوانشیر، و سلحشور، آیت (1395). تخمین پارامترهای هیدرولوژیکی و هیدروژئولوژیکی حوزه آبخیز با استفاده از مدل SWAT (مطالعه موردی: حوزه آبخیز بالوخلوچای). علوم آب و خاک، 26(4.2)، 173-185.
شیخ رودی، الهه، گلکاریان، علی، زرین، آذر و راشکی، علیرضا (1403). بررسی و تحلیل اثر تغییر اقلیم بر رواناب و رسوب با استفاده از مدل SWAT (مطالعة موردی: حوزة آبخیز فریزی). مدل سازی و مدیریت آب و خاک، 4(4)، 283-298. doi: 10.22098/mmws.2023.13722.1361
غفاری, حیدر و گرجی, منوچهر . (1400). ارزیابی اثر فرسایش خاک بر عملکرد گندم دیم با استفاده از مدل SWAT. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 1(3)، 53-66. doi: 10.22098/mmws.2021.9267.1029
فتح الله نژاد دامغانی، یحیی، کاویان، عطااله، و غلامی، لیلا(1404). ارزیابی تأثیر اقدامات آبخیزداری بر متغیرهای هیدرولوژیک در حوزه آبخیز محمدآباد استفاده از مدل SWAT. مدل سازی و مدیریت آب و خاک، 5(3)، .156-172 doi: 10.22098/mmws.2025.16959.1566
نوری، زهرا، طالبی، علی، و اسدی، محمد، امین (1398). بررسی کارایی مدل SWAT در تعیین مؤلفه‌های بیلان آب حوضه (مطالعه موردی: حوزه آبخیز مهرگرد سمیرم). تحقیقات منابع آب ایران, 15(3), 133-143. doi: 20.1001.1.17352347.1398.15.3.10.1
نوروزی، علی اکبر، شعاعی، ضیا الدین، مهدیان، محمد حسین، قیومیان، جعفر، عرب خدری، محمود، قرمزچشمه، باقر، جعفری اردکانی، علی، بیات، رضا، پرحمت، جهانگیر، شریفی، فرود، و نیک کامی، داود (1390). اطلس نقشه‌های اساسی حوضه های آبخیز ملی و رتبه دوم ایران. تهران: پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری. (۵۶ ص). doi: 10.29252/aridbiom.2022.16619.1852
 
References
Abbaspour, K. C., Yang, J., Maximov, I., Siber, R., Bogner, K., Mieleitner, J., Zobrist, J. & Srinivasan, R. (2007). Modelling hydrology and water quality in the pre-alpine/alpine Thur watershed using SWAT. Journal of hydrology, 333(2-4), 413-430. doi: 10.1016/j.jhydrol.2006.09.014
Amini, M.A., G.H. Torkan, S.S. Eslamian, M.J. Zareian and A.A. Besalatpour. 2019. Assessment of SWAT hydrological model in catchments' water balance simulation located in semi-arid regions, case study: Zayandeh-Rud River Basin. Journal of Water and Soil, 32(5): 849-863. doi: 10.22067/jsw. v32i5.68815 [In Persian].
Abbaspour, K.C., Johnson, C.A., & van Genuchten, M.T. (2004). Estimating uncertain flow and transport parameters using a sequential uncertainty fitting procedure (SUFI-2). Vadose Zone Journal, 3(4), 1340–1352. doi: 10.2113/3.4.1340
Bayesteh, M. & Zarei, H. (2025). Investigation the Effect of Climate Change and Land Use Change on the Future Flow of the Kor and Sivand Rivers Using the SWAT Model. (e228712). Irrigation and Water Engineering, e228712 doi: 10.22125/iwe.2025.533564.1889. [In Persian]
Colín-García, G., Palacios-Vélez, E., López-Pérez, A., Bolaños-González, M. A., Flores-Magdaleno, H., Ascencio-Hernández, R., & Canales-Islas, E. I. (2024). Evaluation of the Impact of Climate Change on the Water Balance of the Mixteco River Basin with the SWAT Model. Hydrology, 11(4), 45. doi: 10.3390/hydrology11040045
Dowlatabadi, S., & Zomorodian, S.M.A. (2014) Hydrological simulation of Firoozabad basin by SWAT. Journal of Irrigation & Water Engineering 4(14):38-48. [In Persian].
Faramarzi, M., Abbaspour, K. C., Schulin, R., & Yang, H. (2009). Modelling blue and green water resources availability in Iran. Hydrological Processes: An International Journal, 23(3), 486-501. doi: 10.1002/hyp.7160
Fathollahnejad Damghani, Y., Kavian, A., & Gholami, L. (2025). Assessment of the impact of watershed management practices on hydrological variables in the mohammadabad watershed using the SWAT model. Water and Soil Management and Modelling, 5(3), 156-172. doi: 10.22098/mmws.2025.16959.1566 [In Persian].
Ghafari, H. & Gorji, M. (2021). Evaluation of soil erosion effects on rainfed wheat (Triticum aestivum) yield using SWAT model. Water and Soil Management and Modelling, 1(3), 53-66. doi: 10.22098/mmws.2021.9267.1029 [In Persian].
Havrylenko, SB., Bodoque, JM., Srinivasan, R., Zucarelli, G.V., & Mercuri P (2016) Assessment of the soil water content in the Pampas region using SWAT. Catena 137:298-309. doi: j. catena.2015.10.001
Hosseini, M. (2014). Simulation of water balance in Qarasu watershed, Kermanshah using SWAT model. Journal of Watershed Management Engineering and Management 6 (1): 63-73. doi: 10.22092/ijwmse.2014.101737.[In Persian]
Nouri, Z., Talebi, A. & Asadi, M. A. (2019). Study of the efficiency of SWAT model in determining the components of the water balance of the basin (Case study: Mehrgerd watershed of Semirom). Iranian Journal of Water Resources Research. 3: 133-143. doi: 20.1001.1.17352347.1398.15.3.10.1 [In Persian].
Neitsch, S.L., Williams, J.R., Arnold, J.G. & Kiniry, J.R. (2011) Soil and Water Assessment Tool Theoretical Documentation Version 2009. Texas Water Resources Institute, College Station.
Norouzi, A., Shoaee, Z., Mahdian, M.H., Ghiyoumian, J., Arab Khodari, M., Ghermezcheshmeh, B., Jafari Ardekani, A., Bayat, R., Parhamat, J., Sharifi, F., & Nik-Kami, D. (2021). Atlas of Basic Maps of National and Second-Rank Watersheds of Iran. Tehran: Soil Conservation and Watershed Management Research Institute. (56 p.). doi: 10.29252/aridbiom.2022.16619.1852 [In Persian].
parvizi, S., Talebi, A. & Mandegar, A. (2022). Investigation of the water balance of Fakhrabad watershed using SWAT model. Journal of Arid Biome, 12(1), 21-33. doi: 10.29252/aridbiom.2022.16619.1852 [In Persian].
Parvizi, S. (2017). Location of Yazrzamini Dam using Model Water Balance Simulator (SWAT) and Network Analysis Process (ANP) of the study area: Jamishan Basin, Kermanshah Province). Master Thesis in Natural Resources Engineering-Watershed Management, Yazd University. [In Persian].
Parvizi, S., Talebi, A., Malekinejad, H & Sadeghi, M. (2020). Investigation of climate change on some hydrological parameters of Jamishan watershed using SWAT model. Journal of Environment and Water Engineering. 4: 443-430.doi: 10.22034/jewe.2020.238651.1383[In Persian].
Rivas-Tabares, D., Tarquis, A N., Willaarts, B., & Miguel, A. (2019). An accurate evaluation of water availability in sub-arid Mediterranean watersheds through SWAT: Cega-Eresma-Adaja. Journal of Agricultural Water Management 212:211-225. doi: 10.1016/j.agwat.2018.09.012.
Raoof, M., Hosseini, Y., Atfi, G. & Esmaliouri, A. (2018). Simulation of the AharChay Water Balance Using the SWAT Model. Watershed Management Research, 31(2), 50-63. doi: 10.22092/wmej.2018.104570.1032 [In Persian].
Raoof, M., Azizi Mobaser, J., & Salahshour, A. (2017). Estimating Hydrological and Hydrogeological Parameters of Watershed Using SWAT Model (Case study: Balukhlu-chay Basin). Water and Soil Science, 26(4.2), 173-185. [In Persian].
Santra P., & Das B. S. (2013). Modeling runoff from an agricultural watershed of western catchment of Chilika Lake through Arc SWAT. Journal of HydroEnvironment Research 7:261-269. doi: 10.1016/j.jher.2013.04.005
Setegn, S. G., Dargahi, B., Srinivasan, R., & Melesse, A. M. (2010). Modeling of sediment yield from anjeni‐gauged watershed, Ethiopia using SWAT model 1. JAWRA Journal of the American Water Resources Association, 46(3), 514-526.‏ doi: 10.1111/j.1752-1688.2010. 00431.x
Sheikhroodi, E., Golkarian, A., Zarrin, A. & Rashki, A. (2024). Investigating and analyzing the effect of climate change on the runoff and sediment using SWAT model (Case study: Ferizi Watershed). Water and Soil Management and Modelling, 4(4), 283-298. doi: 10.22098/mmws.2023.13722.1361 [In Persian].
Xu, Z. X., Pang, J. P., Liu, C. M. & Li, J. Y. (2009). Assessment of runoff and sediment yield in the Miyun Reservoir catchment by using SAWT model. Hydrological Processes, 23, 3619-3630. doi: 10.1002/hyp.7475.
Zare Garizi, A., & Talebi, A. (2017). Water balance simulation for the Ghare-Sou Watershed, Golestan, using the SWAT model. Water Resources Engineering, 9(30), 37-50. [In Persian].
Zahedi, E. (2013). Determination of susceptible areas for construction of Yazrzmini dam using water balance simulator (SWAT model) and network analysis process (ANP) (study area: Darngar Dargaz watershed). Master Thesis in Natural Resources Engineering-Watershed Management, Yazd University. [In Persian].