ارزیابی کارایی مدل ⁺SWAT در حوزه های آبخیز کوهستانی مناطق خشک و نیمه خشک (مطالعه موردی: حوضه میمه، ایلام)

چکیده مبسوط مقدمه: سیستم حوزه آبخیز، تنظیم ­کننده کمیت و کیفیت چرخه آب می­باشد. مشکلاتی که در عصر حاضر در این چرخه پدید آمده است (وقوع سیلاب، کم آبی و...)، هزینه­ای است که بشر به دلیل عدم درک صحیح از این چرخه پیچیده و عدم برنامه­ریزی در پروژه­های مرتبط با مدیریت آب و توسعه جوامع، متحمل شده است. لذا مدیریت صحیح حوضه، مستلزم داشتن اطلاعات جامع و کامل از تکنیک­های مختلف اجرایی و مدیریتی است. اعتقاد بر این است که شبیه­سازی پدیده­های هیدرولوژیکی در حوزه آبخیز می­تواند راه حلی بهینه برای مدیریت صحیح آن­ها باشد. هدف از پژوهش حاضر توسعه و ارزیابی یک مدل نسبتا جدید بارش-رواناب در حوضه رودخانه میمه به عنوان یک حوضه کوهستانی با اقلیم خشک و نیمه­خشک در استان ایلام می­باشد. مواد و روش ها: این مطالعه با استفاده از مدل جدید SWAT+ انجام گرفت. مدل SWAT+ به دلیل فراهم نمودن یک نمایش مکانی انعطاف­پذیر از واکنش­ها و فرآیندهای حوضه، استفاده از تعداد زیادی پارامتر، نرم افزار رایگان QGIS و رابط گرافیکی قدرتمند، ابزار بسیار مفیدی برای دستیابی به اهداف مدیریتی می­باشد. داده­های موردنیاز این تحقیق شامل داده­های هواشناسی حوضه و مناطق اطراف آن، داده­های تاریخی و ثبت شده جریان رودخانه، مدل رقومی ارتفاعی، نقشه­های خاک و زمین­شناسی است. داده­های هواشناسی دو ایستگاه سینوپتیک واقع در اطراف حوضه و ۲۰ دستگاه باران­سنج در داخل و اطراف حوضه از سازمان­های دولتی اخذ شد. داده­های تاریخی و مشاهده­ای جریان روزانه در یک ایستگاه هیدرومتری واقع در خروجی حوضه (ایستگاه پل میمه) نیز از شرکت آب منطقه­ای تهیه گردید. برای شبیه­سازی جریان در حوضه مورد مطالعه، داده­های روزانه هواشناسی و هیدرولوژیکی دوره زمانی ۲۰۱۰ تا ۲۰۲۰ میلادی مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به این که انتخاب شاخص آماری چندگانه «احتمال تفسیر ترکیبی، عملکرد مدل را افزایش می­دهد» آماره­های ضریب تعیین (R۲)، نش ساتکلیف (NSE)، میانگین خطای مطلق (MAE) و میانگین خطای اریب (MBE) جهت ارزیابی عملکرد مدل مورد استفاده قرار گرفت. نتایج و بحث: بر اساس نتایج، ضرایب نش ساتکلیف، تعیین، MAE و MBE در اولین اجرای مدل و با استفاده از ضرایب بهینه نشده به­ترتیب ۳۸/۰- ، ۳۹/۰ ، ۱/۱۱ و ۴/۸ به دست آمدند. با توجه به مقدار توابع هدف در اجرای اول، مشخص شد که مدل SWAT+ فاقد دقت برای شبیه سازی رواناب حوضه است، بنابراین عملیات واسنجی برای بهبود دقت آن ضروری است. برای واسنجی، ده ضریب و پارامتر موثر تولید رواناب حوضه تعیین و این پارامترها به همراه محدوده مجاز تغییرات آنها (به لحاظ نظری) وارد مدل شدند و در طی ۲۰۰۰ تکرار، واقعی و بهینه شدند. پس از این فرآیند، ضرایب تعیین، نش-ساتکلیف و مقادیر MAE و MBE برای دوره واسنجی (۲۰۱۸-۲۰۱۰) به­ترتیب ۷۲/۰ ، ۷۰/۰ ، ۹۷/۲ ، ۵۸/۰ و برای دوره اعتبارسنجی (۲۰۲۰-۲۰۱۹) به­ترتیب ۷۸/۰ ، ۷۷/۰ ، ۶/۷ و ۳۸/۰ به دست آمدند. به منظور ارزیابی توانایی مدل در شبیه­سازی دبی­های پایه و دبی اوج و همچنین بررسی سازگاری زمانی آنها با داده­های مشاهده شده، نمودارهای پراکندگی و سری زمانی مقادیر جریان روزانه مشاهده شده و شبیه­سازی شده برای دوره­های واسنجی و اعتبارسنجی ترسیم شد. بررسی دقیق نمودارهای ترسیم شده نشان داد که این مدل، زمان پیک دبی­ها را به درستی شبیه­سازی کرده است. همچنین نوسانات روزانه جریان رودخانه به درستی مدل­سازی شده است. از نقطه نظر گرافیکی، مقایسه نمودارهای سری زمانی در طول دوره اعتبارسنجی نشان می­دهد که مدل SWAT+ جریان­های پیک و پایه را نزدیک به مقادیر واقعی تخمین زده است. نتیجه گیری: نتایج این مطالعه نشان داد که مدل SWAT+ توانایی مناسبی برای شبیه­سازی دبی روزانه در حوزه آبخیز رودخانه میمه دارد و می­تواند برای شبیه سازی رواناب تحت سناریوهای مدیریتی مختلف و همچنین در حوضه­های با شرایط طبیعی مشابه مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

رواناب ، واسنجی ، اعتبارسنجی ، SWAT+ ، حوضه میمه