برآورد تغییرات مکانی و زمانی رطوبت خاک در حوضه آبخیز مرغاب با استفاده از SWAT

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

2 گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

3 پژوهشگر ارشد، موسسه مدیریت منابع inter 3، برلین آلمان

4 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه گیلان

10.22059/ijswr.2022.348271.669353

چکیده

تهیه نقشه یکپارچه رطوبت خاک با وضوح مکانی بالا و کیفیت مناسب اهمیت زیادی در مدیریت اراضی دارد. با توجه به کمبود ایستگاه‌های پایش در حوزه‌های آبخیز به‌ویژه در مناطق کوهستانی، مطالعات میدانی پایش رطوبت خاک فرآیندی زمان‌بر، پرهزینه و با خطا است. جهت دستیابی به روشی مناسب برای شبیه‌سازی مکانی و زمانی رطوبت‌ خاک در حوضه‌ آبریز مرغاب استان خوزستان با مساحت 690 کیلومترمربع، از مدل SWAT استفاده شد. از داده‌های هواشناسی روزانه ایستگاه باران‌سنجی بارانگرد و سینوپتیک ایذه، و نقشه‌های خاک، کاربری اراضی و رقومی ارتفاع به‌عنوان ورودی مدل استفاده شد. جهت تحلیل حساسیت، واسنجی، عدم قطعیت و اعتبار‌سنجی مدل از برنامهSUFI-2 و آمار رواناب ایستگاه هیدرومتری جلوگیر- مرغاب استفاده گردید. سال‌های 2019 -2003 میلادی برای واسنجی و سال‌های 2002-1995 میلادی برای اعتبار‌سنجی مدل با سه سال دست‌گرمی 1994-1992 به کار گرفته شد. برای تعیین نکویی برازش مدل در شبیه‌سازی رواناب از ضرایب نش‌ساتکلیف NSE)) و ضریب تبیین (R2)، برای تعیین درجه عدم قطعیت از شاخص‌های P-Factor وR-Factor استفاده شد. با توجه به هیدروگراف‌های شبیه‌سازی‌شده و مشاهده‌ای رواناب ماهانه و معیارهای آماری، مدل SWAT در هر دو دوره واسنجی و اعتبارسنجی دارای نتایج خوب در شبیه‌سازی رواناب بود. مقادیر ضرایب NSE, R2،P-Factor وR-Factor در دوره واسنجی به ترتیب 76/0، 73/0، 68/0 و62/0، و در دوره اعتبار سنجی به ترتیب 73/0، 71/0، 60/0 و 65/0 بود. پس از واسنجی و اعتبار سنجی مدل، نقشه‌های رطوبت خاک در سری زمانی 2019-1995 استخراج گردید. نتایج نشان داد، مدل‌سازی SWAT ابزاری امیدوارکننده‌ای جهت شبیه‌سازی رطوبت خاک در حوضه آبریز با توزیع مکانی )مقیاس زیر حوضه و واحدهای پاسخ هیدرولوژی) و نیز زمانی )مقیاس ماهیانه و سالیانه) مناسب است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Prediction of spatial and temporal variability of soil moisture in Marghab watershed using SWAT

نویسندگان [English]

  • Padideh Javadi 1
  • Hossein Asadi 2
  • Aliasghar Besalatpour 3
  • Majid Vazifehdoust 4
1 Department of Soil Sciences and Engineering, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
2 Department of Soil Sciences and Engineering, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
3 Senior Researcher, inter 3 - Institut für Ressourcenmanagement, Berlin, Germany
4 Associate professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agricultural Science, University of Guilan,
چکیده [English]

The integrated maps of soil moisture having high spatial resolution and appropriate quality are of great importance in land management. Due to the lack of monitoring stations in watersheds, especially in mountainous areas, field monitoring of soil moisture is a time-consuming, costly and error-prone process. SWAT model was used to obtain a suitable method for spatial and temporal simulation of soil moisture in the Marghab watershed of Khuzestan province with an area of 690 km2. The daily meteorological data of Barangard and Izeh synoptic stations, soil and land use maps, and digital elevation model were used as inputs to the model. The SUFI-2 program was used for calibration, sensitivity and uncertainty analysis, and validation of the model using the runoff data of Jologir-Marghab hydrometric station. The model was run from 2003 to 2019 for calibration and from 1995 to 2002 for validation, with a three-year warm-up of 1992-1994. Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) and determination coefficient (R2) were used to determine the goodness of fit of the model, and P-Factor and R-Factor indices were used to determine the degree of uncertainty. Based on the simulated and observed monthly runoff hydrographs as well as the statistical criteria, the SWAT performance in simulating of monthly runoff was acceptable both in the calibration and validation periods. The NSE, R2, P-Factor and R-Factor were 0.76, 0.73, 0.68 and 0.62, respectively in the calibration period, and 0.73-0.71-0.60 and 0.65, respectively in the validation period. After model calibration and validation, soil moisture maps were obtained for the 1995-2019 period. The results indicated that SWAT modeling is a promising tool for simulating soil moisture in the catchment area with appropriate spatial (sub-basin scale and hydrological response units) and temporal (monthly and annual scale) distributions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • runoff
  • model sensitivity analysis
  • uncertainty
  • land use
  • digital elevation model