پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز

مقدمه: کاربرد مدل­های هیدرولوژیکی در حوزه­های آبخیز همواره مورد توجه محققین منابع آب بوده است. این موضوع در مناطق خشک و نیمه­خشک به دلیل پیچیدگی بیشتر فرآیندهای هیدرولوژیکی در این مناطق، از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. بهره­برداری و استفاده مطلوب از منابع آب و مدیریت بهینه آن مستلزم شناخت بهتر مدل­های هیدرولوژیکی است. بارش و به دنبال آن تشکیل رواناب سطحی از فازهای مهم چرخه­ی هیدرولوژیکی است. با توجه به شرایط موجود در بسیاری از حوزه­های آبخیز کشور از لحاظ کمبود آمار و پیچیدگی زیاد اکوسیستم­های هیدرولوژیکی و عدم امکان شناخت کامل آن­ها، استفاده از روش­هایی که بتوانند با کمک آن­ها میزان رواناب حاصل از بارندگی را درحوزه­های آبخیز فاقد آمار یا آمار ناقص تخمین زد از اهمیت قابل توجهی برخورداراست. مدل­های بارش – رواناب توانایی شبیه­سازی فرآیندهای داخل حوضه را دارا بوده و ابزاری جهت تعیین رواناب و مطالعه فرایندهای هیدرولوژیکی هستند. هدف از تحقیق حاضر ارزیابی کارایی مدل هیدرولوژیکی- توزیعیWetSpa  برای شبیه­سازی رواناب در حوزه آبخیز سرباز سیستان و بلوچستان می­باشد.
مواد و روش­ها: حوزه آبخیز سرباز با مساحت 29/6324 کیلومتر مربع در استان سیستان و بلوچستان واقع شده است. دبی پایه رودخانه سرباز کم ولی دبی سیلابی آن حتی برای دوره­های بازگشت پایین قابل توجه می­باشد. جهت شبیه­سازی رواناب این حوضه از مدل WetSpaاستفاده شد. WetSpa یک مدل توزیعی، پیوسته و فیزیکی با گام زمانی روزانه یا ساعتی است که فرآیندهای بارش، رواناب و تبخیر و تعرق را برای هر دو زمینه ساده و پیچیده شرح می­دهد. این مدل ابتدا تعادل آب در زون ریشه را محاسبه می­کند، چون این مهمترین بخش در نگهداشت آب است و همچنین این بخش کنترل­کننده حجم رواناب سطحی و زیرسطحی، تبخیر و تعرق و دبی آب زیرزمینی است. WetSpa برای محاسبه رواناب از روش استدلالی اصلاح شده و برای تخمین رواناب ناشی از ذوب برف از روش ضریب روز- درجه استفاده می­نماید. در این مطالعه، ابتدا مقادیر اولیه پارامترها تعیین و مدل به صورت دستی واسنجی شد سپس از نرم افزار PEST جهت حصول نتایج دقیق­تر در واسنجی استفاده گردید. نرم افزار PEST طبق الگوریتم موجود در خود به صورت مرحله به مرحله پارامترها را مطابقت داده و اجرای برنامه به روش جستجوی محلی تکرار می­شود تا زمانی که بهترین مقدار پارامترها به دست آید. برای اجرای مدل از داده­های روزانه بارش، دما و تبخیر برای سال­های آماری 1401-1397 استفاده گردید. از این دوره آماری، سال­های 1399-1397 برای واسنجی مدل و سال­های 1401-1399 برای ارزیابی مدل در نظر گرفته شد. به منظور ارزیابی کارایی مدل در مرحله واسنجی و اعتبارسنجی از شاخص­های ارزیابی نش-ساتکلیف، مجذور میانگین مربعات خطا و بیاس مدل استفاده شد.
یافته­ها: پس از آماده­سازی مدل WetSpa براساس داده­های روزانه دبی، بارش، دما، تبخیر و نقشه­های کاربری اراضی، بافت خاک و نقشه رقومی ارتفاع، مدل برای دو دوره واسنجی و اعتبارسنجی اجرا گردید. نتایج شبیه­سازی تطابق نسبتا خوبی بین هیدروگراف­های محاسبه شده و اندازه­گیری شده بخصوص در دوره واسنجی در خروجی حوضه نشان داد. مدل براساس معیار نش- ساتکلیف کلی، هیدروگراف­های روزانه را با دقتی بیش از 02/69 درصد برای دوره واسنجی و براساس معیار تطبیق داده شده نش- ساتکلیف برای دبی­های حداکثر با دقت 18/88 درصد را نشان داد. در دوره اعتبارسنجی نیز مدل براساس معیار نش- ساتکلیف کلی، هیدروگراف­های روزانه را با دقتی بیش از 4/57 درصد و براساس معیار تطبیق داده شده نش- ساتکلیف برای دبی­های حداکثر جریان را با دقتی برابر 39/69 درصد شبیه­سازی کرده است. نتایج نشان داد مدل در برآورد جریان­های بالا کاراتر از جریان­های با دبی کم است ولی در مجموع مدل جریان کل را با دقت قابل قبولی شبیه­‌سازی کرده است. نتایج نشان داد مدل در مرحله اعتبارسنجی در برخی مقاطع دبی را به خوبی شبیه­سازی نکرده است که این موضوع می‌­تواند ناشی از ساختار مدل یا به شرایط حوزه و یا داده­‌ها مربوط ‌شود. نتایج نشان داد پاسخ مدل به بارش در حوزه منطقی است. بنابراین عدم شبیه‌­سازی در نواحی مشخص شده می­‌تواند ناشی از شرایط حوزه و یا اشکال در داده­های ثبت شده باشد. با بررسی‌­های صورت گرفته در سطح حوزه مشخص شد که قبل از ایستگاه هیدرومتری خروجی، بند انحرافی جهت استحصال آب احداث شده است که این امر باعث شده میزان دبی شبیه‌­سازی شده بیشتر از میزان مشاهداتی است که این عدم شبیه­سازی دقیق ناشی از احداث همین بند می­باشد و این نشان­دهنده آن است که در مورادی که نتایج شبیه­سازی مناسب نبوده مربوط به عدم کارایی مدل نمی­باشد.
نتیجه­گیری: با توجه به نتایج شاخص­های ارزیابی در مرحله واسنجی و اعتبارسنجی مشخص گردید که مدل از کارایی لازم جهت شبیه­سازی جریان در حوزه آبخیز سرباز برخوردار می­باشد. با توجه به بررسی­های انجام شده، اکثر مطالعات مربوط به مدل WetSpa در شرایط مرطوب و نیمه­مرطوب بیشتر کشورهای اروپایی استفاده و کارایی مناسب مدل در این شرایط تایید شده است. اما با توجه به اینکه بخش عظیمی از کشور ما دارای اقلیم خشک و نیمه­خشک می­باشد، ضروری است کارایی این مدل در مناطق خشک و نیمه­خشک کشور نیز ارزیابی گردد. از آن جهت که شرایط اقلیمی حوزه آبخیز سرباز خشک تا نیمه­خشک بوده نتایج تحقیق حاکی از آن است که مدل WetSpa در این شرایط اقلیمی نیز از کارایی لازم جهت شبیه­سازی هیدروگراف برخوردار می­باشد.