شبیه‏ سازی هیدرولوژیکی حوضۀ آبریز سد نهند و شناسایی مناطق بحرانی حوضه از نظر فرسایش با استفاده از مدل SWAT

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه تبریز، تبریز

2 استاد گروه آب دانشکدۀ عمران، دانشگاه تبریز، تبریز

3 استادیار گروه عمران، دانشکدۀ فنی و مهندسی مرند، دانشگاه تبریز، تبریز

10.22059/ije.2022.328000.1529

چکیده

با توجه به قرارگیری کشور ایران در منطقۀ خشک و نیمه‏خشک و جنس خاک‌های متداول در ایران، یکی از معضلات کشورمان میزان زیاد فرسایش و رسوب است. میزان رسوب تولیدی از حوضه‏های آبریز در نتیجۀ اندرکنش پیچیدۀ اقلیم، نوع خاک، کاربری اراضی و فعالیت‌های بشری حاصل می‏شود. بر این اساس، حصول روش‏های مناسب و دقیق در پیش‏بینی بار رسوبی رودخانه‏ها را می‏توان به عنوان یکی از چالش‌های مهم دانست. هدف اصلی این مطالعه، شناسایی مناطق بحرانی از نظر فرسایش و رسوب در حوضۀ بالادست سد نهند واقع در استان آذربایجان‏ شرقی است. در این راستا، مدل SWAT برای پیش‏بینی دبی و بار رسوب ماهانه با استفاده از الگوریتم SUFI-2 واسنجی و صحت‏سنجی شد. ضریب نش‏ساتکلیف (NS) به عنوان تابع هدف برای دبی در دورۀ واسنجی و صحت‏سنجی به‌ترتیب 84/0 و 75/۰ به دست آمد. مقدار ضریب نش‏ساتکلیف بار رسوب در دورۀ واسنجی 65/0 و در دورۀ صحت‏سنجی 8/0 محاسبه شد. در ادامه، با استفاده از نتایج مدل SWAT، میزان متوسط رواناب و رسوب خروجی زیرحوضه‏ها با روش گروه‏بندی شکست طبیعی کلاس‏بندی شده و مناطق بحرانی فرسایش تعیین شد. بر این اساس، 52 کیلومتر مربع (25 درصد) از مساحت حوضه که در کلاس با تولید رسوب بیشتر طبقه‏بندی شده‏اند، جزء مناطق بحرانی از نظر فرسایش و رسوب هستند و بنابراین، در اولویت نخست برای انجام عملیات کنترل فرسایش قرار دارند. از آنجا که فرسایش باعث از بین ‏رفتن و کاهش حاصلخیزی خاک می‏شود و از طرفی، رسوبات تولیدی در مخزن سد رسوب‌گذاری می‏کنند، انجام عملیات کنترل فرسایش در این زیرحوضه‏ها ضروری است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Hydrological simulation of Nahand Watershed and Identification of critical erosion areas using SWAT model

نویسندگان [English]

  • Farzad Rostami 1
  • M.T Alami 2
  • habibeh abbasi 3
  • Leila Malekani 3
1 Master's student at Tabriz University
2 Professor,, Department of Civil Engineering, University of TAbriz
3 Assistant Professor, Department of civil Engineering, Marand Faculty of Technical and Engineering, University of Tabriz
چکیده [English]

Due to the location of Iran in arid and semi-arid regions and type of soils common in Iran, the high rate of erosion and sediment is one of our country problems. The amount of sediment produced is the result of complex interactions between climate, soil type, landuse and human activities. Therefore, obtaining appropriate methods in predicting sediment load can be considered as one of the most important challenges. The main purpose of this study is to identify critical areas in terms of erosion and sediment in upstream watershed of Nahand Dam located in East-Azarbaijan province. In this regard, SWAT model was calibrated and validated using SUFI-2 algorithm to predict monthly discharge and sediment load. Nash-Sutcliffe (NS) as the objective function for discharge in the calibration and validation periods were 0.84 and 0.75, respectively. The Nash-Sutcliffe coefficient of sediment load was calculated to be 0.65 in the calibration period and 0.8 in the validation period. Then, using the results of the SWAT model, the average runoff and sediment outflow of the sub-basins were classified by method of Natural Breaks (Jenks) and the critical areas of erosion were determined. Accordingly, 5,200 square kilometers (25%) of the watershed area, which are classified in the class with more sediment production, are critical areas in terms of erosion and sediment. Since erosion causes the destruction and reduction of soil fertility and on the other hand, the produced sediments are deposited in dam reservoir, so it is necessary to perform erosion control operations in these sub-basins.

کلیدواژه‌ها [English]

  • simulation
  • Runoff
  • basin sediment load
  • critical areas
  • SWAT Model
[1]. Shirzadi h. Landslide potential on the new Sanandaj-Marivan road. M.Sc. Thesis, Tehran University 1388 [Persian].
[2]. Feiznia S. Applied sedimentology with emphasis on soil erosion and sediment production. Gorgan. University of agricultural sciences and natural resources press; 2008 [Persian].
[3]. Refahi H G. Water erosion and its control. Tehran: Tehran University Press; 2006 [Persian].
[4]. Nourani S N. Evaluation of four methods for selecting the best SDR method, (Case study: Taleghan watershed). M.Sc. Thesis, Azad University, Science and Research Branch 2005 [Persian].
[5]. Atfi G. Simulation of Ahar Chay Water and Sediment Balance Using SWAT and ArcGIS Model. M.Sc. Thesis, University of Mohaghegh Ardabili, Faculty of Agricultural Technology and Natural Resources, Department of Range land and Watershed Management 2015 [Persian].
[6]. Amirsardar A. Estimation of soil erosion and sediment yield by using GIS and remote sensing in a SWAT model framework. M.Sc. Thesis, University of Ayatollah Alozma Boroujerdi, Faculty of Engineering, Department of Civil engineer 2017 [Persian].
[7]. Bagheri M. The study of Basin runoff and sediment using the SWAT model, case study of Mulla Sadra dam. M.Sc. Thesis, Islamic Azad University Marvdasht Branch 2017 [Persian].
[8]. Gyamfi C, Ndambuki JM, Salim RW. Application of SWAT model to the Olifants Basin: calibration, validation and uncertainty analysis. Journal of Water Resource and Protection. 2016; 8(03): 397-410.
[9]. Ghoraba S M. Hydrological modeling of the Simly Dam watershed (Pakistan) using GIS and SWAT model. Alexandria Engineering Journal. 2015; 54(3): 583-594.
[10]. Jaiswal RK, Yadav RN, Lohani AK, Tiwari HL, Yadav S. Water balance modeling of Tandula (India) reservoir catchment using SWAT. Arabian Journal of Geosciences. 2020; 13(4): 1-13.
[11]. Arnold JG, Srinivasan R, Muttiah RS, Williams JR. Large area hydrologic modeling and assessment – Part1: Model development. Journal of the American Water Resources Association. 1998; 34(1): 73–89.
[12]. Zhang Y, You Q, Chen C, Ge J. Impacts of climate change on streamflows under RCP scenarios: A case study in Xin River Basin, China. Atmospheric Research. 2016; 178: 521-34.
[13]. Aalami M. T, Abbasi H, Niksokhan M. H. Comparison of two Calibration-Uncertainty Methods for Soil and Water Assessment Tool in Stream Flow and Total Suspended Solids Modeling. WATER AND SOIL SCIENCE (AGRICULTURAL SCIENCE). 2018; 28(3): 53-64 [Persian].
دوره 8، شماره 4
اسفند 1400
صفحه 975-988
  • تاریخ دریافت: 10 مرداد 1400
  • تاریخ بازنگری: 31 شهریور 1400
  • تاریخ پذیرش: 31 شهریور 1400
  • تاریخ اولین انتشار: 01 اسفند 1400