بررسی تأثیر سناریوهای آبخیزداری بر دبی و رسوب با استفاده از مدل SWAT در مناطق خشک و نیمه‌خشک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 استادیار، گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

3 استادیار، بخش حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران

10.29252/aridbiom.2023.20269.1937

چکیده

سیل و فرسایش خاک از مهم‌ترین مشکلات حوزهای آبخیز کشور است که باعث هدر رفت خاک، کاهش حاصلخیزی خاک، کاهش پوشش گیاهی، افزایش رواناب و سیلاب‌­های شدید می­گردد. عملیات‌­های آبخیزداری شامل عملیات بیولوژیکی و میکانیکی می‌­شوند که باعث حفاظت آب و خاک می­‌شود، ولی برای این­که مشخص شود در یک منطقه کدام روش و چه تعداد سازه تأثیرگذارتر است، نیاز به بررسی دارد. در این تحقیق برای بررسی تأثیر طرح­‌های آبخیزداری بر فرسایش و رسوب در حوزه آبخیز رودخانه سرباز استان سیستان و بلوچستان از مدل هیدرولوژیکی SWAT و سناریوسازی ساخت سازه­‌های آبخیزداری در آبراهه‌­ها استفاده شد. پس از آماده‌سازی مؤلفه­‌ها و داده‌های ورودی، مدل برای یک دوره 17 ساله (1999تا 2016) واسنجی‌شد. سپس طی یک دوره پنج ساله (2017 تا 2021) صحت سنجی گردید. نتایج آنالیز حساسیت نشان داده پارامترهای آلفا در جریان برگشتی و  شماره منحنی اولیه برای شرایط رطوبتی متوسط در روش SCS بیشترین تاثیر را در واسنجی و صحت­سنجی شبیه‌سازی داشته‌­اند. نتایج بدست آمده از واسنجی رواناب با ضریب نش-ساتکیف 76/0‌ و ‌ضریب تبیین 86/0 و برای رسوب به ­ترتیب 53/0 و 58/0 بدست آمد. نتایج سناریو تأثیر سازه­‌های آبخیزداری نشان‌دهنده کنترل نزدیک 15 درصد رسوب و تأییدکننده آن است که اقدامات آبخیزداری قادرند رواناب، فرسایش خاک و انتقال رسوب در منطقه را کاهش داده و کنترل نمایند. در این میان توجه به مسائل مالی طرح را باید در انتخاب سناریوهای آبخیزداری نیز در نظر داشت. 

کلیدواژه‌ها


[1]. Abbasi, H., Aalami, M., faraji, M. (2022). Investigation of the Discharge and Sediment Load Trend in Mordaghchai Using Non-Parametric Tests. Hydrogeomorphology, 9(32), 104-87. doi: 10.22034/hyd.2022.50176.1626. [in Farsi]
[2]. Abbaspour, K. C., Rouholahnejad, E., Vaghefi, S., Srinivasan, R., Yang, H., Klove, B. A.  (2015). Continental-scale hydrology and water quality model for Europe: calibration and uncertainty of a high-resolution large-scale SWAT model. Journal of Hydrology, 524, 733–752. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.03.027
[3]. Aghakhani, M., Nasrabadi, T., & Vafaei Nejad, A. (2019). Hydrological Simulation of Taleqan Watershed Using SWAT. Journal of Environmental Science and Technology21(9), 147-159. doi: 10.22034/jest.2020.26325.3576 [in Farsi]
[4]. Ahmedabadi, A., Kayani, T., Ghafurpour Anbaran, P. (2017). The effects of watershed management practices in Hydro-geomorphological characteristics in Anbaranchay watershed. Journal of Spatial Planning, 21(2), 35-55. [in Farsi]
[5]. Anteneh, Y., Alamirew, T., Zeleke, G. Kassawmar, T. (2023). Modeling runoff-sediment influx responses to alternative BMP interventions in the Gojeb watershed, Ethiopia, using the SWAT hydrological model. Environmental Science and Pollution Research, 30, 22816–22834. https://doi.org/10.1007/s11356-022-23711-4
[6]. Arnold, J. G. (2001). Soil and water Assessment tool (Appendix A: Model fact sheets), http:// www. brc.tamus.edu/ SWAT /index.htm.
[7]. Arnold, J. G., and Fohrer, N. (2005) SWAT2000: Current Capabilities and Research Opportunities in Applied Watershed Modeling. Hydrological Processes, 19, 563-572. https://doi.org/10.1002/hyp.5611
[8]. Barati, F., Hosseini, M., Sarmi, A., Mokhtari, A. (2019). Simulation of hydrological balance of Eskandari watershed using SWAT model and SUFI algorithm. Iranian Journal of Watershed Science and Engineering, 14(48), 90-99. [in Farsi]
[9]. FAO and ITPS. (2015). Status of the World’s Soil Resources (SWSR)-Main Report. Food and Agriculture Organization of the United Nations and Intergovernmental Technical Panel on Soils, Rome, Italy. http://www.fao.org/3/a-i5199e.pdf.
[10]. Giri, S., Nejadhashemi, A.P., Woznicki, S.A., Zhang, Zh. (2014). Analysis of best management practice effectiveness and spatiotemporal variability based on different targeting strategies. Hydrological Processes, 28, 431–445
[11]. Gorgij, K. (2018). Hydrological simulation of Sarbaz watershed using SWAT model. Master's thesis, Zabul University. 123 p. [in Farsi]
[12]. Gull, S., MA, A., Dar, A.M., (2017). Prediction of Stream Flow and Sediment Yield of Lolab Watershed Using SWAT Model. Hydrology Current Research, 8(1), 1-9.
[13]. Heshmati, M., Gheitouri, M., Shadfar, S. (2019). Technical Evaluation of Watershed Management Measures in Razin Watershed, Kermanshah, Iran. Journal of Watershed Management Research, 9(18), 26-35.
[in Farsi]
[14]. Himanshu, S. K., Pandey, A., Yadav, B., Gupta, A. (2019). Evaluation of best management practices for sediment and nutrient loss control using SWAT model. Soil and Tillage Research, 192, 42-58. https://doi.org/10.1016/j.still.2019.04.016
[15]. Karam, A., Safarian, A., Hajjafarushnia, Sh. (2010). Estimation and zoning of soil erosion in Mamlo basin (east of Tehran) using the methods of modified global equation of soil erosion and hierarchical analysis process. Researches in Earth Sciences, 1(2), 73-86. [in Farsi]
[16]. Maringanti, C., Chaubey, I., Popp, J. (2009). Development of a multiobjective optimization tool for the selection and placement of best management practices for nonpoint source pollution control. Water Resources Research, 45, 1-15.
[17]. Moriasi, D., Arnold, J., Van Liew, M., Bingner, R., Harmel, R., Veith, T. (2007). Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Transactions of the ASABE 50(3), 885- 900.
[18]. Nash, J., Sutcliffe, J. (1970). River flow forecasting through conceptual models part I – a discussion of principles. Journal of Hydrology, 10, 282-290.
[19]. 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.
[20]. Panagopoulos, Y., Makropoulos, C., Mimikou, M. (2012). Decision support for diffuse pollution management. Environmental Modelling and Software, 30, 57-70.
[21]. Parvizi, S., Talebi, A., & Mandegar, A. (2022). Investigation of the water balance of Fakhrabad watershed using SWAT model. Journal of Arid Biome12(1), 21-33. doi: 10.29252/aridbiom.2022.16619.1852 [in Farsi]
[22]. Pradhanang, S. M., Anandhi, A., Mukundan, R., Zion, M. S., Pierson, D. C., Schneiderman, E. M., Matonse, A., Frei, A. (2011). Application of SWAT model to assess snowpack development and streamflow in the Cannonsville watershed, New York, USA. Hydrological Processes, 25(21), 3268-3277. https://doi.org/10.1002/hyp.8171
[23]. Rahman, K., Maringanti, C., Beniston, M., Widmer, F., Abbaspour, K., Lehmann, A. (2013). Streamflow Modeling in a Highly Managed Mountainous Glacier Watershed Using SWAT: The Upper Rhone River Watershed Case in Switzerland. Water Resources Management, 27, 323-339.
[24]. Sadoddin, A., Sheikh, V., Mostafazadeh, R., & Halili, M. (2012). Analysis of vegetation-based management scenarios using MCDM in the Ramian watershed, Golestan, Iran. International Journal of Plant Production4(1), 51-62. doi: 10.22069/ijpp.2012.681.
[25]. Santos, F. M, Natália, S. P., Rodrigo, P. O., Lollo, J. A. D. (2023). Using the SWAT model to identify erosion prone areas and to estimatesn soil loss and sediment transport in Mogi Guaçu River basin in Sao Paulo State, Brazil, CATENA, 222, 106872. https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106872
[26]. Tripathi, M. P., Panda, R. K., Raghuwanshi, N. S. (2005). Development of effective management plan for critical subwatersheds using SWAT model. Hydrological Process, 19(3), 809-826. https://doi.org/10.1002/hyp.5618
[27]. Wang, W., Yujing Xie, Y., Xie, Mengfei Bi, M. Bi, Xiangrong Wang, X. Wang, Yi Lu, Y. Lu, & Zhengyi Fan, Z. Fan. (2018). Effects of best management practices on nitrogen load reduction in tea fields with different slope gradients using the SWAT model. Applied Geography, 90, 200-213. doi: 10.1016/j.apgeog.2017.08.020
[28]. Zare Garizi, A., Talebi, A., & Faramarzi, M. (2016). Identification and prioritization of critical areas of soil erosion and sediment using SWAT model. Watershed Engineering and Management8(4), 350-361. doi: 10.22092/ijwmse.2016.107183 [in Farsi]
[29]. Zarezade Mehrizi, S. O., Khoorani, A., Bazrafshan, J., & Bazrafshan, O. (2017). Assessing the efficiency of SWAT model for runoff simulation in Gamasiyab basin. Journal of Range and Watershed Managment70(4), 881-893. doi: 10.22059/jrwm.2018.243898.1174 [in Farsi]