تحلیل حساسیت و عدم‌قطعیت پارامترهای هیدرولوژیکی دشت رفسنجان با استفاده از مدل SWAT

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

2 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی عمران و نقشه‌برداری، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

3 استادیار، بخش منابع طبیعی و محیط زیست، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

4 استاد گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

چکیده

دشت رفسنجان به ‌عنوان یکی از مناطق مهم خشک ایران، طی دهه‌های اخیر با کاهش منابع آب تجدیدپذیر، افت سطح آب زیرزمینی و تغییرات قابل‌توجه در رژیم هیدرولوژیکی مواجه بوده است. در این پژوهش، به‌منظور شبیه‌سازی فرآیندهای هیدرولوژیکی و برآورد مؤلفه‌های بیلان آب این دشت، از مدل نیمه‌توزیعی و فرآیندمحور SWAT استفاده شد. به منظور پیاده سازی این مدل از داده‌های مکانی شامل مدل رقومی ارتفاع، کاربری اراضی، نوع خاک و شیب، به‌همراه داده‌های اقلیمی روزانه شامل بارش، دما، رطوبت نسبی، سرعت باد و تابش خورشیدی برای دوره ۲۰۰۲ تا ۲۰۲۴ استفاده شد. حوضه پس از تفکیک به زیرحوضه‌ها و واحدهای پاسخ هیدرولوژیکی، با استفاده از الگوریتم SUFI-2 در نرم‌افزار SWAT-CUP واسنجی، اعتبارسنجی و تحلیل حساسیت و عدم‌قطعیت شد. از جمله مهم‌ترین محدودیت‌های این مدل می‌توان به کاهش دقت نتایج در بازه‌های زمانی طولانی مدت نسبت به دوره‌های کوتاه، عدم پیوستگی مکانی واحدهای پاسخ هیدرولوژیک و وابستگی شدید به کیفیت داده‌های ورودی اشاره کرد. نتایج تحلیل حساسیت نشان داد که پارامترهای  شماره منحنی، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک و پارامترهای مرتبط با جریان پایه بیشترین تأثیر را بر شبیه‌سازی جریان دارند. ارزیابی عملکرد مدل بیانگر تطابق قابل‌قبول بین مقادیر شبیه‌سازی‌شده و مشاهداتی بود، به‌گونه‌ای که مقادیر شاخص‌های P-factor و R-factor در مراحل واسنجی به ترتیب 42/0 و 62/2 و در مرحله اعتبارسنجی به ترتیب 42/0 و 39/0 بدست آمد که در محدوده قابل‌قبول قرار گرفت. نتایج بیلان آب نشان داد که بیش از ۶۰ درصد بارش سالانه به‌صورت تبخیر و تعرق از حوضه خارج شده و سهم برگاب کمتر از ۰٫۱ درصد است. به‌طور کلی، نتایج این پژوهش بیانگر توانایی مناسب مدل SWAT در بازنمایی رفتار هیدرولوژیکی دشت رفسنجان و کاربرد آن در مدیریت منابع آب و تحلیل اثرات تغییر اقلیم در مناطق خشک و نیمه‌خشک است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


منابع:
رضائی مقدم، محمد حسین، مختاری، داود و شفیعی مهر، مجید (1400). واسنجی و اعتبار سنجی مدل SWAT در شبیه‌سازی رواناب و رسوب در حوضه آبریز شهر چای میانه. جغرافیا و برنامه‌ریزی، 25(76): 139-129.
 doi:10.22034/gp.2020.40775.2656
زارع گاریزی، آرش و طالبی، علی (1395). شبیه‌سازی بیلان آب حوضه آبخیز با استفاده از مدل SWAT (مطالعه موردی: حوضه قره‌سو استان گلستان). مهندسی منابع آب، 9(30)، 37-50.
www.civilica.com/doc/1912896
زاهدی، احسان، طالبی، علی، داوری، کامران و موسوی، وحید (1402). شبیه‌سازی و پهنه‌بندی تبخیر و تعرق حوزه دربند سملقان با استفاده از مدل SWAT و روش زمین آمار. علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، ۱۷ (۶۱)، ۲9-۲1
فتح‌الله نژاد دامغانی، یحیی،کاویان، عطااله و غلامی، لیلا (1404). ارزیابی تأثیر اقدامات آبخیزداری بر متغیرهای هیدرولوژیک در حوزه آبخیز محمدآباد استفاده از مدلSWAT . مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 5(3): 156-172
doi:10.22098/mmws.2025.16959.1566
فرد، رضا، وفاخواه، مهدی و مرادی، حمیدرضا (1401). ارزیابی تأثیر دقت مکانی مدل رقومی ارتفاع در برآورد دبی روزانه حوزه آبخیز ارازکوسه با استفاده از مدلSWAT. علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، ۱۶ (۵۶) :۵۳-۶۲
 
References
Aouissi, J., Benabdallah, S., Chabaâne, Z. L., & Cudennec, C. (2016). Evaluation of potential evapotranspiration assessment methods for hydrological modelling with SWAT-application in data-scarce rural Tunisia. Agricultural Water Management, 174, 39-51.
Arnold, J. G., Moriasi, D. N., Gassman, P. W., Abbaspour, K. C., White, M. J., Srinivasan, R., ... & Jha, M. K. (2012). SWAT: Model use, calibration, and validation. Engineering a Sustainable Future, 55(4), 1491-1508. doi:10.13031/2013.42256
Awan, U. K., & Ismaeel, A. (2014). A new technique to map groundwater recharge in irrigated areas using a SWAT model under changing climate. Journal of hydrology, 519, 1368-1382. doi:10.1016/j.jhydrol.2014.08.049
Bockstiegel, M., Richard-Cerda, J. C., Muñoz-Vega, E., Haghighi, M. H., Motagh, M., Lalehzari, R., & Schulz, S. (2024). Simulation of present and future land subsidence in the Rafsanjan plain, Iran, due to groundwater overexploitation using numerical modeling and InSAR data analysis. Hydrogeology Journal, 32(1), 289-305. doi:10.1007/s10040-023-02657-y
Cecconello, S. T., Bressiani, D., Nunes, M. C. M., & Timm, L. C. (2025). Analysis of SWAT+ model performance: A comparative study using different software and algorithms. Environmental Modelling & Software, 188, 106425. doi:10.1016/j.envsoft.2025.106425
Fard, R., Vafakhah, M., Moradi, H. (2022). Assessment effect of the spatial resolution of digital elevation model on daily discharge estimation of Arazkuseh watershed using SWAT model. Watershed Management Science and Engineering, 16(56) :6. jwmsei.ir/article-1-1018-fa.html [In Persian]
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]
Gasirabo, A., Xi, C., Kurban, A., Liu, T., Baligira, H. R., Umuhoza, J., ... & Dufatanye Edovia, U. (2023). SWAT model calibration for hydrological modeling using concurrent methods, a case of the Nile Nyabarongo river basin in Rwanda. Frontiers in Water, 5, 1268593. doi:10.3389/frwa.2023.1268593
Gharnouki, I., Aouissi, J., Benabdallah, S., & Mosbahi, M. (2024). Hydrological modelling using SWAT in a complex semi-arid watershed. GSC Advanced Research and Reviews, 21(02), 238–247. doi:10.30574/gscarr.2024.21.2.0427
Gwal, S., Gupta, S., Sena, D. R., & Singh, S. (2023). Geospatial modeling of hydrological ecosystem services in an ungauged upper Yamuna catchment using SWAT. Ecological Informatics, 78, 102335. doi:10.1016/j.ecoinf.2023.102335
Hermassi, T., Jarray, F., Tlili, W., Achour, I., & Mechergui, M. (2025). SWAT-based evaluation of soil and water conservation strategies in a semi-arid watershed. Frontiers in Water, 7, 1521812. doi:10.3389/frwa.2025.1521812
Hosseininia, M., & Hassanzadeh, R. (2023). Groundwater quality assessment for domestic and agricultural purposes using GIS, hydrochemical facies and water quality indices: case study of Rafsanjan plain, Kerman province, Iran. Applied Water Science, 13(3), 84. doi:10.1007/s13201-023-01891-9
Hussain, S., Niyazi, B., Elfeki, A. M., Masoud, M., Wang, X., & Awais, M. (2024). SWAT-driven exploration of runoff dynamics in hyper-arid region, Saudi Arabia. Water, 16(14), 2043. doi:10.3390/w16142043
Hussainzada, W., & Lee, H. S. (2021). Hydrological modelling for water resource management in a semi-arid mountainous region using the soil and water assessment tool: A case study in northern Afghanistan. Hydrology, 8(1), 16. doi:10.3390/hydrology8010016
Janjic, J., & Tadic, L. (2023). Fields of application of SWAT hydrological model—a review.Earth,4(2), 331-344. doi:10.3390/earth4020018
Keller, A. A., Garner, K., Rao, N., Knipping, E., & Thomas, J. (2023). Hydrological models for climate-based assessments at the watershed scale: A critical review of existing hydrologic and water quality models. Science of the Total Environment, 867, 161209. doi:10.1016/j.scitotenv.2022.161209
Kessete, N., Moges, M. A., & Steenhuis, T. S. (2019). Evaluating the applicability and scalability of bias corrected CFSR climate data for hydrological modeling in upper Blue Nile basin, Ethiopia. In Extreme Hydrology and Climate Variability (pp. 11-22). doi:10.1016/B978-0-12-815998-9.00002-6
Khaleghi, M. R., & Hosseini, S. H. (2024). Using SWAT and SWAT-CUP for hydrological simulation and uncertainty analysis of the arid and semiarid watersheds (Case study: Zoshk Watershed, Shandiz, Iran). Applied Water Science, 14(12), 266. doi:10.1007/s13201-024-02327-8
Koltsida, E., Mamassis, N., & Kallioras, A. (2023). Hydrological modeling using the Soil and Water Assessment Tool in urban and peri-urban environments: The case of Kifisos experimental subbasin (Athens, Greece). Hydrology and Earth System Sciences, 27 (4), 917–931. doi:10.5194/hess-27-917-2023, 2023.
Lei, Q., Zhang, T., An, M., Luo, J., Qin, L., Zhu, A. X., ... & Liu, H. (2024). Sensitivity analysis of SWAT streamflow and water quality to the uncertainty in soil properties generated by the SoLIM model. Journal of Hydrology 642, 131879. doi:10.1016/j.jhydrol.2024.131879
Li, S., Liu, Y., Her, Y., Chen, J., Guo, T., & Shao, G. (2021). Improvement of simulating sub-daily hydrological impacts of rainwater harvesting for landscape irrigation with rain barrels/cisterns in the SWAT model. Science of The Total Environment, 798, 149336.doi:10.1016/j.scitotenv.2021.149336
López-Ballesteros, A., Srinivasan, R., & Senent-Aparicio, J. (2024). Introducing MapSWAT: An open source QGIS plugin integrated with google earth engine for efficiently generating ready-to-use SWAT+ input maps. Environmental Modelling & Software, 179, 106108. doi:10.1016/j.envsoft.2024.106108
Lyu, K., Dong, Y., Lyu, W., Zhou, Y., Wang, S., Wang, Z., ... & Cui, Y. (2025). Data-driven and numerical simulation coupling to quantify the impact of ecological water replenishment on surface water-groundwater interactions. Journal of Hydrology, 649, 132508. doi:10.1016/j.jhydrol.2024.132508
Mitova, M., Rakotoarimanana, Z., Kercheva, M., & Ishidaira, H. (2024, June). SWAT model calibration, validation and parameter sensitivity analysis using SWAT-CUP, SUFI-2 for watershed of the Rusenski Lom river, Bulgaria. InThe International Conference on Environmental Protection and Disaster Risks, 381-390.doi:10.1007/978-3-031-74707-6_40
Moriasi, D. N., Arnold, J. G., Van Liew, M. W., Bingner, R. L., Harmel, R. D., & Veith, T. L. (2007). Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Engineering a Sustainable Future, 50(3), 885-900. doi:10.13031/2013.23153
Noori, R., Maghrebi, M., Mirchi, A., Tang, Q., Bhattarai, R., Sadegh, M., ... & Madani, K. (2021). Anthropogenic depletion of Iran’s aquifers. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(25), e2024221118. doi:10.1073/pnas.202422111
Rasheed, N. J., Al-Khafaji, M. S., Alwan, I. A., Al-Suwaiyan, M. S., Doost, Z. H., & Yaseen, Z. M. (2024). Survey on the resolution and accuracy of input data validity for SWAT-based hydrological models. Heliyon, 10(19). doi:10.1016/j.heliyon.2024.e38348
Rezaei Moghaddam, M.H., Mokhtari, D., shafieimehr, M. (2021). Calibration and validation the SWAT model in the simulation of runoff and sediment in Shahr Chai of Miyaneh. Journal of Geography and Planning, 25(76): 129-139. doi:10.22034/gp.2020.40775.2656 [In Persian]
Ruan, H., Zou, S., Yang, D., Wang, Y., Yin, Z., Lu, Z., Li, F., & Xu, B. (2017). Runoff simulation by SWAT model using high-resolution gridded precipitation in the upper Heihe River Basin, Northeastern Tibetan Plateau. Water, 9(11), 866. doi:10.3390/w9110866
Sarker, S., & Leta, O. T. (2025). Review of Watershed Hydrology and Mathematical Models. Eng, 6(6), 129. doi:10.3390/eng6060129
Taia, S., Erraioui, L., Arjdal, Y., Chao, J., El Mansouri, B., & Scozzari, A. (2023). The application of SWAT model and remotely sensed products to characterize the dynamic of streamflow and snow in a mountainous watershed in the High Atlas. Sensors, 23(3), 1246. doi:10.3390/s23031246
Veettil, A. V., Green, T. R., Kipka, H., Arabi, M., Lighthart, N., Mankin, K., & Clary, J. (2021). Fully distributed versus semi-distributed process simulation of a highly managed watershed with mixed land use and irrigation return flow. Environmental Modelling & Software, 140, 105000. doi:10.1016/j.envsoft.2021.105000
Wang, Z., He, Y., Li, W., Chen, X., Yang, P., & Bai, X. (2023). A generalized reservoir module for SWAT applications in watersheds regulated by reservoirs.Journal of Hydrology, 616, 128770. doi:10.1016/j.jhydrol.2022.128770
Woldemariam, G. W., et al. (2024). Modeling sediment yield under current and projected climatic scenarios using SWAT. Agriculture and Environment for International Development, 118(1). doi:10.36253/jaeid-16073
Zahedi, E., Talebi, A., Davari, K., Mousavi, V. (2023). Simulation and zoning of evapotranspiration in Samalghan Darband watershed using SWAT model and geostatistical method. Watershed Management Science and Engineering, 17(61): 21-29. jwmsei.ir/article-1-1133-en.html [In Persian]
Zaree Garizi, A., & Talebi, A. (2016). Simulation of watershed water balance using the SWAT model (Case study: Gharasoo watershed, Golestan province). Water Resources Engineering, 9(30), 37–50. www.civilica.com/doc/1912896 [In Persian]
Zhang, Z. (2025). Performance of long-term continuous hydrological models in fluvial flow simulation in a large-scale river basin. Scientific Reports, 15(1), 22124. doi:10.1038/s41598-025-06387-x
Zumwald, M., Knüsel, B., Baumberger, C., Hirsch Hadorn, G., Bresch, D. N., & Knutti, R. (2020). Understanding and assessing uncertainty of observational climate datasets for model evaluation using ensembles. Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change, 11(5), e654. doi:10.1002/wcc.654