Simulation of Runoff in MAHABAD Basin using SWAT Model

Authors

1 M.Sc. Graduate Student, Dept. of Water Engineering, Urmia University, Iran

2 Associate professor, Department of Water Engineering, Urmia University

3 Prof., Dept. of Water Engineering, Urmia University, Iran

4 Assoc. Prof., Research Center for Agriculture and Natural Resources, Tabriz, Iran

Abstract

Runoff measurement has always been difficult due to financial and time constraints and severe physical conditions. To cope with these problems, the use of hydrological models is very common, which has been developed today. Better simulation of hydrological processes requires that the input data of hydrological models be able to accurately describe the actual conditions of the catchment area. The purpose of this study was to compare the efficiency of SWAT model in simulation of runoff in Mahabad watershed in West Azarbaijan province. Calibration and validation of the model were performed using the SUFI_2 model. The runoff statistics of three hydrometric stations have been used to calibrate and validate the model. The model was performed using temperature and precipitation data for 17 years (1996-2012). Years (1999-2009) for calibration and years (2010-2012) were considered for model validation. The indicators of p-factor, d-factor, R2 and NS were used to assess the ability of the SWAT model to simulate the runoff of the three stations. The results of these simulations to calibrate the outlet of the basin were 0.70, 0.71, 1.3, 0.84, and0.5,0.48,0.85,0.9, and also the results for the basin entrance) in the calibration phase for were 0.79 , 0.70 , 0.97, 89.9 respectively, and for validation 0.65, 0.62 , 0.78, 0.98 and for the Kuter station at the calibration stage, it was equal to 0.84, 0.68, 1.1, 0.86 and 0.6, 0.65, 0.85, 1 for validation. The overall simulation results showed that the SWAT model could be a suitable tool for runoff simulation.

Keywords

Full Text

اغلب آبخیزهای ایران، به­ویژه آبخیزهای کوهستانی، فاقد ایستگاه­های اندازه­گیری، به­میزان مورد نیاز است. از آنجا که از آمار و اطلاعات این ایستگاه­ها در بخش­های مختلف مدیریت آبخیز استفاده می­شود، شبیه­سازی پدیده­های هیدرولوژی آبخیزها راه­حل بهینه­ای برای این مشکل است (رستمیان 2006). مدل­های زیادی برای شرح و پیش­بینی هیدرولوژی حوضه­های آبخیز پیشنهاد شده که، از نظر اهداف، مقیاس زمانی و مکانی، بسیار متفاوت­اند. تفاوت شرایط و اطلاعات ناقص و نامناسب باعث می­شود اعتبار مدل و اثبات تطابق آن با واقعیت امری دشوار و نسبی شود و بیان اینکه مدلی دقیقا بیانگر واقعیت است غیرممکن گردد (عباسپور و همکاران 2007). ﺑـﺎ ﺍﻳـﻦ ﻭﺟـﻮﺩ ﻭﺍﺳـﻨﺠﻲ ﻣﺪﻝ­ﻫﺎﻱ ﻣﻔﻬﻮﻣﻲﻛﻪ ﺑﻪ ﺻﻮﺭﺕ ﺣﻞ ﻣﺴﺄﻟﻪ ﺑﻬﻴﻨﻪﺳﺎﺯﻱ ﺍﺯ ﻃﺮﻳـﻖ ﻣﺪﻝﺳﺎﺯﻱ ﻣﻌﻜﻮﺱ ﺍﺳﺖ، ﺩﺭ ﺩﻫﻪﻫﺎﻱ ﺍﺧﻴﺮ ﺑﻪ ﻋﻨﻮﺍﻥ ﻳﻚ ﭼﺎﻟﺶ ﻣﻄﺮﺡ ﺑﻮﺩﻩ ﺍﺳﺖ (رفاهی 2003). ﺍﻳﻦ ﻣﺪﻝﻫﺎ ﺍﺯ ﺗﻌﺪﺍﺩﻱ ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮ ﺑﺮﺧﻮﺭﺩﺍﺭﻧﺪ ﻛﻪ ﭼﻜﻴﺪﻩﺍﻱ ﺍﺯ ﻭﻳﮋﮔﻲﻫﺎﻱ ﺣﻮﺿﻪ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﻭ ﺍﻏﻠﺐ ﺍﻳﻦ ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮﻫﺎ ﺍﺯ ﻭﻳﮋﮔﻲ ﻫﺎﻱ ﺣﻮﺿـﻪ ﺑـﻪﺩﺳـﺖ ﻧﻤـﻲﺁﻳﻨـﺪ ﻭ ﻻﺯﻡ ﺍﺳـﺖ ﺍﺯ ﺭﺍﻩ ﻭﺍﺳﻨﺠﻲ ﻣﺪﻝ ﺑﺮﺁﻭﺭﺩ ﺷﻮﻧﺪ (نیتچ و همکاران 2003) . نخستین بار اگلیسون (1986) نیاز به مدل­های هیدرولوژیکی بزرگ مقیاس را بیان کرد. این مدل ها علاوه بر اینکه در حوضه های آبخیز با وسعت زیاد کاربرد بسیار مناسبی دارند در سطح حوضه­های مطالعاتی (حوضة کوچک مقیاس) نیز قابلیت خوبی دارند (آرنل و همکاران 1999). مدل SWAT یکی از مدل­هایی است که در کشورهای مختلف محققان از آن در زمینه­های مختلف هیدرولوژی و مدیریت آبخیز استفاده کرده اند، از جمله (هیمانشو و همکاران 2017) به مطالعه رواناب و رسوب حوضه­ها پرداخته­اند. در سال­های گذشته از مدل SWAT در مدیریت حوضه­های آبخیز ایران استفاده شده است. مانند حوضه آبخیز اهرچایی در استان تبریز (عطفی 2014) و حوضه آبخیز هراز در استان مازندران (گلشن 2013).  در حوضة آبخیز اهرچای ( عطفی 2014)، مقادیر مولفـه هـای OV-N بـین 1 تـا  6 و Sol -K بـین 05/0 تـا 2/2 بـرای شبیه سازی رسوب به دست آمد که به مقادیر بهینة مرلفه­های حوضة آبخیز هراز نزدیک است. گلشن و همکاران (2013)  کارایی الگـوی SWAT در شـبیه سـازی دبـی جریان حوضة آبخیز چلاو واقع در حوضة آبخیز هراز را ارزیابی کردند؛ ضرایب R2 و NS به ترتیب 68/0 و 55/0 به دسـت آمد که نشان دهندة قابلیت این الگو برای شبیه سازی رواناب در حوضه­های کوچک است.

الانصـاری و همکاران (2013) با استفاده از الگوی SWAT مقدار بار رسوب و دبی واردشده از ساحل سمت چپ سد موصـل را بـرای دورة آماری 1988 تا 2008 بررسی کردند، نتایج نشان داد که متوسط جریان آب و بـار رسـوب سـالانه بـه ترتیـب 8/13 میلیون مترمکعب و 702 میلیون مترمکعب است که با دادههـای مشـاهداتی مطابقـت داشـت. ون گرینسـون و همکـاران (2013) با استفاده از الگوی SWAT مقدار بار رسوب را در شـاخة اصـلی و فرعـی رودخانـة سـامبیای تانزانیا برآورد کردند. جبرمیکائل و همکاران (2013) در پژوهشی مقدار جریان رواناب و بار رسوب را در بالادست حوضـة نیل آبی بررسی کردند که نتایج رضایت بخش ارزیابی شد.

با توجه به تحقیقات انجام گرفته در اکثر نقاط دنیا در استفاده از مدل نیمه توزیعی SWAT ، کارایی آن به صورت زمانی و مکانی در حوضه بررسی شده است. این تحقیقات در شرایط مختلف حوضه مورد ارزیابی قرار گرفته است. ولی در تحقیقات محدودی، داده­های ناقص ایستگاه­های هیدرومتری، تاثیر مخزن و تغییرات کاربری اراضی مورد استفاده قرار گرفته است. در ضمن می توان گفت که هر کدام از حوضه های استفاده شده در تحقیقات به صورت کامل رفتاری متفاوت از همدیگر دارند. هدف از این تحقیق بررسی کارایی مدل SWAT در شبیه­سازی دبی ماهانه جریان خروجی حوضه مهاباد بوده است. دلیل انتخاب مدل SWAT در این حوضه، مشکل بودن اندازه­گیری مستقیم بسیاری از پارامترها و کمبود ایستگاه­های هیدرومتری بوده است.

References

Abbaspour KC, Yang J, Maximov I, Siber R, Bogner K, Mieleitner J, Zobrist J and Srinivasan R, 2007. Modelling hydrology and water quality in Thepre-Alpine/Alpine Thur watershed using SWAT. Journal of Hydrology 333:413–430.
Al-Ansari N, Ezz-Aldeen M and Knutsson S, 2013. Application of swat model to estimate the sediment load from the left bank of Mosul Dam. Advanced Science and Engineering Research 3:47-61.
Arnell NW, 1999. Water balance model for the simulation of stream flow over a large geographic domain. Journal of Hydrology 3:314-335.
Arnold JG, Muttiah RS, Srinivasan R and Allen PM, 2009. Regional estimation of base flow and groundwater recharge in the Upper Mississippi river basin. Journal of Hydrology 227:21-40.
Atfi Gh, 2014. Flow and sediment yield prediction using SWAT model and ArcGIS in Ahar chai. Pp. 60-200, M.Sc. Thesis, University of Ardabil, Mohaghegh Ardabili.
Eagleson PS, 1986. The emergence of global‐scale hydrology. Water Resources Research 10.1029.
Gebremicael TG, Mohamed YA, Betrie GD, van der Zaag P and Teferi E, 2013. Trend analysis of runoff and sediment fluxes in the Upper Blue Nile basin: A combined analysis of statistical tests. Physically- based models and land use maps. Hydrology 482:57-68.
Golshan M, 2013. Flow and sediment yield prediction using SWAT model in Haraz watershed, Mazandaran Province, M.Sc. Thesis, University of Sari, Agriculture Science and Natural Resources.
Himanshu SK, Pandey A and Shrestha P, 2017. Application of SWAT in an Indian river basin for modeling runoff, sediment and water balance. Environmental Earth Sciences 17:76:99.
Neitch SL, Arnold JG, Kiniry J and Williams JR, 2003. Soil and Water Assessment Tool, User’s Manual, Version, 2000.
Noreika N, Li T, Zumr D, Krasa J, Dostal T and Srinivasan R, 2020. Farm-scale biofuel crop adoption and its effects on in-basin water balance. Sustainability 12:105-96.
Refahi H, 2003. Water Erosion and Conservation, University of Tehran Press.
Rostamian R, 2006. Assessment of runoff and sediment in Beheshtabad watershed, Northern Karun by SWAT 2000. M.Sc. Thesis. Irrigation and Drainage Faculty, Isfahan University of Technology.
Salmani H, Rostamikhalaj M, Mohseni Saravi R and Salajeghe A, 2010. Optimization of affect parameter on runoff-precipitation in SWAT model (case study: Ghazaghely Watershed of Golestan Province). Quarterly Natural Ecosystemsofiran. l3:85-100.
Sao D, Kato T, Tu LH, Thouk P, Fitriyah A and Oeurng Ch, 2020. Evaluation of different objective functions used in the SUFI-2 calibration process of SWAT-CUP on water balance analysis: A Case Study of the Pursat River Basin, Cambodia. Water 12:1-22.
Van-Griensven A, Popescu I, Abdelhamid MR, Ndomba P and Beevers L, 2013. Comparison of sediment transport computations using hydrodynamic versus hydrologic models in the Simiyu River in Tanzania. Physics and Chemistry of the Earth 61:12–21.
Wang X and Melesse A, 2005. Evaluation of the SWAT models snowmelt hydrology in a northwestern Minnesota watershed. Transactions of the ASABE 48:1359-1376.
Water and Soil Science
Volume 32, Issue 3
September 2022
Pages 91-101

Files

Share

How to cite

Statistics