شبیه‌سازی رواناب و رسوب با استفاده از مدل WetSpa

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مرتع و آبخیزداری، دانشگاه شهرکرد

2 گروه مرتع و آبخیزداری، دانشگاه شهرکرد، ایران

چکیده

چکیده
شبیه‌سازی جریان رواناب و رسوب از نقطه نظر درک بهتر مسائل هیدرولوژیکی، پیش‌بینی جریان، مدیریت منابع آب، مهندسی رودخانه، سازه‌های کنترل سیل و ذخیره سیلاب اهمیت بسیار زیادی دارد. هدف از این تحقیق شبیه‌سازی جریان رواناب و رسوب در حوزه آبخیز بهشت آباد و تعمیم نتایج آن به حوزه‌ی آبخیز آلج و محاسبه رواناب و رسوب این حوزه می‌باشد. در این تحقیق از مدل هیدرولوژیکی توزیعی- مکانی WetSpaاستفاده شده است. در این راستا، از داده‌های روزانه (بارش، دما، تبخیر و تعرق و دبی) دوره‌ی آماری (1367-1362) استفاده گردید. برای اعتبارسنجی مدل از داده‌های دوره آماری (1394-1389) استفاده شد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که تطابق قابل قبولی بین داده‌های شبیه‌سازی شده مدل و مشاهدات رواناب و رسوب وجود دارد. براساس معیار ناش- ساتکلیف، دقت 57/57 درصد در شبیه‌سازی‌ رواناب، کارایی قابل قبول مدل را در این حوزه نشان می‌دهد. هم‌چنین با استفاده هیدروگراف تهیه شده از دبی شبیه‌سازی مدل و مقدار رسوب مشاهداتی معادله‌ای تهیه و مقدار رسوب در ماه برای حوزه‌آبخیز بهشت آباد و سپس حوزه‌آبخیز آلج که زیرحوزه کوچکی از حوزه اصلی است، محاسبه شد. نتایج آنالیز حساسیت مدل نشان داد که پارامترهای ksnow، ki، kgو kssبه ترتیب رتبه یک تا چهار حساسیت را دارند و پارامتر krain و Pmax به عنوان پارامترهای غیرحساس در شبیه‌سازی هیدروگراف جریان شناسایی شدند. در این تحقیق با توجه به حساس بودن پارامترهای ksnow و g0می‌توان به اهمیت پارامتر آب زیرزمینی و نقش کلیدی آن در مدل‌سازی این حوضه پی برد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of runoff and sediment using the WetSpa model

نویسندگان [English]

  • Mehdi Pajoohesh 1
  • tayabe Tahmasbi 2
  • khodayar abdollahi 2
1 Assistant Professor, Shahrekord University
چکیده [English]

 
Abstract
Since catchment scale measurement of meteorological and hydrological factors affecting on the basin response in the form of runoff generation and sediment production is not feasible, study of governing processes under a rainfall-runoff modeling framework is necessary. In this reaserch, to understand the relationship between runoff and sediment production in Beheshtabad Basin, and generalizing the results to Alej Watershed a six years daily simulation was performed using a distributed model called WetSpa. For this purpose the basic maps and hydrologic data including peak discharge and hydrographs were used. Spatial distribution of hydrological processes was taken into account in the modeling. Moreover, another 6-years time series (unused for  parametrization), were used for model validation. The simulation results showed a satisfactory good agreement between modeled both simulated runoff and sediment against observations. The Nash-Sutcliffe model efficiency57.6 for runoff and coefficient of determination 0.59 mean that the sediment-runoff relationship for any rainstorm depends on the dynamic of hydrologic processes. The results of sensitivity analysis for WetSpa model showed that ksnow, ki, kg and kss were ranked as the most sensitive parameters correspondingly. While Krain and Pmax parameters were identified as less influential parameters on the simulated hydrograph. Sensitivity of ksnow and g0 parameters is an indication for the importance of baseflow in Beheshtaba basin and the necessity of paying special consideration for its key role in hydrological modeling.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Alej Watershed
  • Beheshtabad Watershed
  • Simulating runoff
  • Hydrological model
  • WetSpa

آذین مهر، مریم.، بهره‌مند، ع.، کبیر، آ. 1395. آنالیز حساسیت و عدم قطعیت مدل WetSpa در شبیه‌سازی هیدروگراف جریان با استفاده از PEST در حوزه‌آبخیز دینور کرخه، پژوهشنامه مدیریت حوزه‌آبخیز، سال هفتم، شماره13، بهار و تابستان1395، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری.

اکبری مجدر، ح.، بهره‌مند، ع. 1391. معرفی روش‌های شبیه‌سازی فرسایش و رسوب در مدل‌های SWAT و WetSpa، هفتمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشگاه صنعتی اصفهان.

الماسی، پ.، سلطانی، س.، گودرزی، م.، مدرس، ر. 139۵. بررسی اثراتتغییر اقلیم بر رواناب سطحی در حوزه آبخیز بازفت، نشریه علوم آب و خاک، سال بیستم، شماره78.ص۵2-39.

زینی‌وند، ح. 1393. تحلیل تأثیر مقادیر مختلف بارش روزانه بر مقدار رواناب در حوزه‌ی آبخیز قره‌سو در استان کرمانشاه، اکوهیدرولوژی، دوره یک، شماره دو، پاییز 1393، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه لرستان.

عرب خدری، م. 1379. تعیین رسوبدهی معلق و بار کف با استفاده از رسوب سنجی مخزن، دومین همایش ملی فرسایش و رسوب، ص8-1.

کبیر، آ.، بهره‌مند، ع. 1392. بررسی عدم قطعیت پارامترهای مدل بارش- رواناب WetSpa با استفاده از روش مونت کارلو، نشریه پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، جلد بیستم، شماره پنجم.

مرادی‌پور، ش.، بهره‌مند، ع.، زینی‌وند، ح.، نجفی‌نژاد، ع. 1394. شبیه‌سازی توزیعی مکانی- زمانی رواناب با استفاده از مدل WetSpa در حوزه‌آبخیز طالقان، پژوهشنامه مدیریت حوزه‌آبخیز، سال ششم، شماره12، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری.

ناصرآبادی، ف.، اسمعلی، ا. 1391. فرآیندهای شبیه‌سازی رواناب و رسوب در مدلWetSpa، اولین کنفرانس ملی راهکارهای دستیابی به توسعه پایدار در بخش‌های کشاورزی، منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل.

Bahremand, A., Corluy J., Liu Y.B., and De Smedt F. 2005. Stream flow simulation by WetSpa model in Hornad river basin, Slovakia, floods, from Defence to management edited by van Alphen, j., van Beek, E., and Taal, M., Taylor- Francis Group, London. pp: 67-74.

Bahremand, A., and De Smedt, F.  2006. Distributd hydrological modeling and Sensitivity and uncertainty analysis in Torysa watershed, Slovakia, Water Resource Management, 22: 393-408.

 

Bates, B. C., and Campbell, E. P. 2001.Runoff modeling.Water ResourceManagement. Res. 37:4. 937-94.

Babinski, Z. 2005. The relationship between suspended and bed load transport in river channels. In: Sediment budgets, Volume 1, Eds: Walling D.E. and A.J. Lorowitz. International Association of Hydrological Sciences, IAHS Press, , 358: 182-188.

De Smedt, F., Y.B. Liu and S. Gebremeskel. 2000. Hydrological modeling on a catchment scale using GIS and remote sensed land use information, in: C.A. Brebbia (ed.), Risk Analysis II, WTI press,Boston, 295-304.

FAO.UNDP and UNEP. 1994. Land degradation in south Asia: 1ts severity, causes and effects upon the people, World Soil Resources, Report No, 78, FAO, Rome.

Harrison C. G. A. 2000. What factor control mechanical erosion rates. Int. J. Earth Sci. (531):78-92.

Jaroslaw C., Batelaan O. 2011. Application of the WetSpa distributed hydrological model for catchment with significant contribution of organic soil. Upper Biebrza case study .Annals of Warsaw University of LifeSciences .Journal Ann. Warsaw Univ. of Life Sci. – SGGW. Land Reclam. 43 : 25–35

Karimi, H., Zeinivand H., Tahmasebipour N., Haghizadeh A., Miryaghoubzadeh M. 2016. Comparison of SRM and WetSpa models efficiency for snowmelt runoff simulation. Enviroment Earth Sci.75:664,p16.

Kalvandi, S.M., S.R. Khodashenas, B. Ghahreman, R. Tahmasebi and A. Boostani. 2010. Analysis of different sediment rating curves in estimation of sediment inflow to reservoirs (Case study: Doosty dam). Irrigation and Water Journal, 1(1): 10-20.

Liu Y.B., De Smedt F. 2004. WetSpa Extension, A GIS-based hydrologic model for flood prediction and watershed management, Documentation and User Manual. Department of Hydrology and Hydraulic Engineering, vrijeuniversiteityBrussel, Brussels, Belgium.

Liu, Y.B., Corluy, J., Y.B., Bahremand , A., De Smedt, F., Poorova, J., and Velcicka, L. 2006. Simulation of runoff and phosphorus transport in a Carpathian catchment, slovakia, river research and Applications gournal. 22: 1009–1022.

Safari, A., F. De Smedt and F. Moreda. 2012. WetSpa model application in the Distributed Model Intercomparison Project (DMIP2). Journal of Hydrology, 418–419, pp 78–89.

Tavakoli, M., De Smedt, F., Vansteenkiste, Th., and Willems, P. 2014.Impact of climate change and urban development on extreme flows in the Grote Nete watershed, Belgium.Natural Hazards, vol 71, pp 2127–2142.

Vali-Khodjeini, A. and A. Mohamed. 1976. Etude du debit solideet de la sedimentation du barrage de Sefidrud. Bulletin des Sciences Hydrologiques, 206: 223-231.

Wang, Z., O. Batelaan and F. De Smedt. 1997. A distributed model for water and energy transfer between soil, plants and atmosphere (WetSpa), Physics and Chemistry of the Earth, 21: 189-193.

Zeinivand, H. and F. De Smedt. 2009. Spatially distributed modeling of soil erosion and sediment transport at watershed scale,World Environmental &Water Resources Congress (EWRI), 17-21 May, Kansas City, USA.