b DOI: http://dx.doi.org/1.2292/wmej.214.16267 b 1393 تابستان 13 شماره سازندگی( و )پژوهش رواناب برآورد در ماهانه آبي بيالن توزيعي مدل ارزيابي RS و GIS از استفاده خشكبا مناطق در حوضه يزد-اردكان آبخيز حوزه موردي: مطالعه برخورداری جالل مسئول( )نویسنده یزد طبیعی منابع و کشاورزی آموزش و تحقیقات مرکز مربی وارتانیان تراحل ارمنستان ایروان دولتی دانشگاه زمینشناسی و جغرافیا دانشکده دانشیار 1392 ماه خرداد پذیرش: تاریخ 1391 ماه آبان دریافت: تاریخ 91325557 مسئول: نویسنده تماس تلفن Email: jbarkhordary@yahoo.com 1384 ماه بهمن پذيرش: تاريخ 1384 ماه آبان دريافت: تاريخ Email: mahdymortazavi@yahoo.com چکیده حفاظت اينمشكل براي حل راه بهترين مي باشد. خشك مناطق آبخيز حوزههاي در محدوديت مهمترين شيرين آب منابع كمبود استفاده قابل آب دارد سطححوضه در زيادي تغييرات تعرق و تبخير و بارش مقدار كه آنجايي از باشد مي موجود آب منابع بهتر حوزه سطح در اراضي پوشش نوع و بافتخاك نوع به توجه با مكاني و زماني نظر از زيرسطحي( و سطحي رواناب قالب )در نيز تعرق و تبخير بارش ماهانه نقشههاي اساس بر كه وايت-ماتر تورنت آبي بيالن توزيعي مدل تحقيق اين در ميباشد. متغير آبخيز مدل نتايج شد. استفاده توزيعي بهصورت يزد-اردكان حوضه است براي خاك در آب نگهداري ظرفيت نقشه و حوضه پتانسيل ميباشد زيرسطحي جريان بهصورت آن از نيمي كه است ميليمتر 66/7 ساالنهحوضه رواناب ارتفاع متوسط مقدار كه داد نشان رد هدش مشاهده و محاسبه دبي دادههاي آماري مييابد. مقايسه جريان سياهكوه كوير و سمتدشت به ارتفاعات از رواناب اين كه درصد 9 اطمينان فاصله محدوده در شده مشاهده و محاسبه دبي ميانگين بين همبستگي ضريب كه داد پيشكوهنشان حوضه زير همچنين يباشد. م قبول قابل درصد 9 اطمينان سطح در مدل نتايج كه نمود اظهار ميتوان لذا دارد قرار شده مشاهده دادههاي نمود. برآورد را مذكور حوضه مشابه حوضههاي ماهانه رواناب ميزان ميتوان روش اين از استفاده با خاک. در آب ذخیره ظرفیت وايت-ماتر تورنت روش زیرسطحی رواناب واقعی تعرق و تبخیر مازاد آب كليدي: کلمات 154
1393 تابستان آبخیزداری پژوهشهای 13 شماره Watershed Management Research (Pajouhesh & Sazandegi) No 13 pp: 154-164 Evaluation of a distributed monthly water balance model to determine catchment runoff in arid region using RS and GIS (A case study in Yazd-Ardakan basin) By: J. Barkhordari, Scientific Board, Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Yazd, Iran. (Corresponding Author; Tel: +9891325557). T. Vartanian, Associate of Prof., Geography and Geology department, Yerevan State Unversity, Armania. Fresh water is becoming a scarce resource of the arid region. The only option left to manage with this situation is to conserve water resources. Since the amount of rainfall and evapotranspiration rate vary within a watershed, available water for surface and groundwater recharge also varies both on spatial and temporal scales. Moreover, groundwater recharge (and ultimately the total water yield) is directly influenced by the soil texture and land cover in the watershed. In this study, the distributed Thornthwaite-Mather water balance model for the Yazd-Ardakan catchment in Iran was developed based on monthly precipitation, potential evapotranspiration maps and water holding capacity map. The amount of annual runoff from the catchment predicted by the model is 66.7 which,mm is accumulated in the plain and then salt desert. Half of discharge is contributed by the direct runoff and the groundwater contribution is significant. A statistical comparison of the estimated and the measured stream flow of Pishkouh show the mean monthly and mean annual estimated and measured stream flows, the correlation coefficient between measured and estimated stream flows, the mean monthly and annual percentage error of estimation and the 9% confidence interval for the mean stream flow. Since the study of water balance using the TM method with the help of remote sensing and GIS was found to be very helpful in determining the amount of monthly runoff in an arid region like the Yazd-Ardakan catchment. Keywords: Thornthwaite-Mather method, surplus water, Water Holding Capacity, actual evapotranspiration, runoff, subsurface.. مقدمه است. گرفته قرار جهان نيمهخشك و خشك مناطق از يكي در ایران باال پتانسيل تعرق و ميزانتبخير بارش زماني و مكاني زياد تغييرات حوضههاي زير در دبي دادههاي كمبود و آبخيز حوزههاي گستردگي برای است الزم ميباشد. مناطق اين خصوصيات از باالدستي كوچك داشتهباشد وجود کاملی اطالع آب بيالن از آب منابع پايدار مديريت شود. جلوگيري آب منابع رفت هدر از و گیرد صورت بهتر آب از استفاده بهصورتهاي رفت هدر وخروج ورود ميزان بررسي واقع در آب بيالن بارش بهصورت آبخيز سامانه به ورود هنگام از آب ذخيره و مختلف رخ آن مورد در كه اتفاقاتي و خاك در آب ذخيره و وتعرق تبخير رواناب مديريت واساسي الزم ابزارهاي از آن دانستن و ميگيرد بر در را ميدهد وايت تورنت شايسته كار با خاك و آب بيالن است. آبخيز حوزه اصولي سعي دنيا سراسر از زيادي محققين بعد آنبه از و شروع 195 سال در و سادگي خاطر به روش اين بستهاند. بهكار آن توسعه و بهكارگيري در آبخيزها مديريت حوضهها هيدرولوژي در آن كاربردي و مختلف جنبههاي پايش و تقاضا و عرضه موازنه و منابعآب مديريت كشاورزي اراضي آبياري قرار استفاده مورد دنيا كل و قارهها تا مزرعهاي سطوح در آب منابع تغييرات كاربرد با اخير سالهاي در البته 213(. )Barkhordari است گرفته توزيعي بحث وجهتگيري جغرافيايي اطالعات سامانه و دور از سنجش و است.Jasrotia يافته افزايش چشمگيري بهطور مدل كارايي و دقت آن تورنت ماهانه آبي بيالن مدل از كشمير جامو منطقه ) 29 (در همكاران نمودند رواناباستفاده پتانسيل توزيعي نيمه نقشه تهيه براي وايت-ماتر از حاصل مازاد روانابهاي ذخيره طرحهاي اجراي براي مناسب نقاط و تعيين مختلف حوضههاي زير براي دقتمناسبي با را موسمي بارشهاي رد روكسو آبخيز حوزه در )25( Kumar Sen و Giskeh نمودند. نيمه بهصورت وايت-ماتر تورنت بيالنآبي مدل از استفاده با كشورپرتقال رواناب مجموع و برآوردنمود را محدوده هر ماهانه رواناب مقدار توزيعي پاييندست سد درياچه آب حجم تغييرات با را شده شبيهسازي ماهانه بودهاست. برخوردار مناسب دقت از آماده نتايجبهدست كه كرد ارزيابي تورنتوايت ماهانه بيالنآبي مدل از )24( A وzarashi Mahdavi آذربايجان منطقه حوضه 12 ماهانه دبي برآورد براي يكپارچه بهصورت دادههاي سپس نمود. نيمهخشكاستفاده اقليم در خراسان شمال و آزمون از استفاده با شده مشاهده دادههاي و مدل بهوسیله شده پيشبيني 155
... ماهانه آبي بيالن توزيعي مدل ارزيابي هك داد نشان نتايج دادند. قرار تحليل تجزيه و آزمون استيودنتمورد t مشاهده بيندادههاي اختالفي درصد پنج اعتماد سطح در آماري نظر از بيالنآبي مدل از استفاده ميتوان لذا ندارد. وجود شده محاسبه و شده مشابه آمار فاقد حوضههاي ماهانه برآوردرواناب براي را مذكور ماهانه اروميه چاي نازلو حوضه در تحقيقي در )211( H نمود.essari توصيه نرمافزارArcGIS محيط در توزيعي صورت به وايت-ماتر تورنت باروش برآورد ماهانه ورواناب نمود برآورد را حوضه مدت دراز ماهانه بيالنآبي نتايج كه نمود مقايسه هيدرومتري در ايستگاه شده مشاهده آمار با را شده توجه با يزد-اردكان آبخيز حوزه است. بوده درصدمعنيدار پنج سطح در يزد مهماستان شهرهاي محدوده در گرفتن قرار نظر از آن زياد اهميت به صورت آبي بيالن بررسي و رواناب برآورد برای مختلفي مطالعات تاكنون عمران مشاور مهندسين بهوسیله سيل طرحجامع جمله آن از است گرفته حوزهآبخيز هفتگانه حوضههاي زير از يك هر براي كه )1372( كويريزد ميزان يكپارچه بهصورت آمريكا خاك سازمانحفاظت روش از اردكان يزد- اب )27( همكاران و Eslamian همچنين است. شده برآورد رواناب تعيين را يزد-اردكان حوضههاي زير رواناب ضريب منطقي روش از استفاده ميزان بارش ميزان روي از و نمودند برآورد را موجود رواناب حجمكل و نمود. يكپارچهبرآورد بهطور را يزد-اردكان دشت طبيعي تغذيه مدل از بيالنآبي عوامل آماري كمبودهاي به توجه با تحقيق اين در اراضي كاربري نقشه بارشماهانه و )دما وايت-ماتر تورنت پارامتره چهار هدف شد. استفاده حوضه از خروجي دبي برآورد براي خاك( بافت نقشه دبي پيشبيني و بازسازي براي ساده مدلي تعيين اينتحقيق از اصلي توزيعيبيالنآبي مدل از استفاده با كشور مركزي حوضههاي در ماهانه است. ماهانه روشها و مواد كيلومتر 1595 وسعت با يزد-اردكان آبخيز حوزه پژوهش: مورد منطقه رتم 15 متوسط ارتفاع ميباشد. يزد استان آبخيز حوزه بزرگترين مربع 'ضرع و ' 59 54 تا ' 57 52 طول جغرافيايي محدوده در و دريا سطح از هك بوده دشتي مطالعه مورد منطقه اراضي اكثريت و 32 تا' 48 31 13 شمال به غرب ازجنوب عمومي شيب با و شده احاطه ارتفاعات بهوسیله روش از استفاده با منطقه غالب اقليم 1(. )شكل است شده گسترده شرق 42 از منطقه بارندگي متوسط و سرد و شده خشك اصالح دومارتن سياهكوه كوير محدوده در ميليمتر 5 تا شيركوه ارتفاعات در ميليمتر كه بوده مختلفي حوضههاي زير داراي مطالعه مورد منطقه است. متغير دشت رواناب تامين نظر از مهمترينآنها خضرآباد و پشتكوه پيشكوه ميباشند. يزد-اردكان پژوهش مورد منطقه موقعيت 1- شكل 156
1393 تابستان آبخیزداری پژوهشهای 13 شماره استفاده با )1955( وايت-ماتر تورنت مدل از تحقيق اين در پژوهش: روش ILWIS نرمافزار محيط در نسخهنويسي و لندست ماهوارهاي تصاوير از يافته توسعه يزد-اردكان حوزهآبخيز بيالنآبي برآورد براي توزيعي بهصورت 12 ماهانه بارش متوسط نقشه شامل 12 مدل به ورودي دادههاي است. رد ميباشد. خاك در موجود ظرفيتآب نقشه و ماهانه دماي متوسط نقشه شد. انجام كاري مرحله چهار نظر مورد اهداف به رسيدن براي تحقيق اين دادهها جمعآوري شامل مرحله اين اقليمي: دادههاي تنظيم و 1 -تهيه نسبت روش به آمار بازسازي و توالي آزمون روش به آمار كيفيت كنترل و تفاضل روش از دما و بارش دادههاي بازسازي براي و است بوده نرمال و دادهها ماهانه ميانگين از استفاده با سپس است. شده استفاده گراديان حوضه در دما و بارش ماهانه گراديان معادله دريا سطح از ايستگاهها ارتفاع آمده 2 و 1 جداول در كه شد محاسبه مختلف ماههاي براي اردكان يزد- است. بارش ماهانه گراديان معادالت 1- جدول ماهها معادالتگراديانبارش همبستگی ماهها معادالتگراديانبارش همبستگی /874 P=.33H-33.12 /71 P=.16H-.48 مهر فروردين /84 P=.11H-9.6 /773 P=.47H-2.78 آبان ارديبهشت /749 P=.3H-2.78 /917 P=.16H-1.84 آذر خرداد /62 P=.7H-.49 /885 P=.18H-9.1 دي تير /456 P=.4H-.31 /881 P=.21H-11.26 بهمن مرداد /554 P=.2H-.21 /772 P=.17H-.5 اسفند شهريور دما ماهانه گراديان معادالت 2- جدول ماهها معادالتگراديانبارش همبستگی ماهها معادالتگراديانبارش همبستگی -/942 T=.72-H+27.35 -/942 T=.48-H26.1+ مهر فروردين -/968 T=.73-H+33.6 -/94 T=.35-H18.1+ آبان ارديبهشت -/985 T=.79-H+39.1 -/945 T=.3-H12.31+ آذر خرداد -/987 T=.76-H+41.37 -/96 T=.29-H9.68+ دي تير -/971 T=.69-H+38.97 -/988 T=.51-H14.24+ بهمن مرداد -/957 T=.57-H+33.83 -/898 T=.57-H18.89+ اسفند شهريور مدل شماتيك نماي 2- شكل 157
... ماهانه آبي بيالن توزيعي مدل ارزيابي )4( )5( )1( ماهانه نقشههاي حوضه: ماهانه پتانسيل تعرق و تبخير نقشه تهيه 2- زير معادله از استفاده با وايت تورنت روش از حوضه ماهانه تعرق و تبخير شد. تهيه جغرافيايي اطالعات سامانه در ET P 1Ti = 16.2 I a Ti )ميليمتر( حوضه ماهانه پتانسيل تعرق و تبخير نقشه ETP آن در كه گراديان معادالت از استفاده با كه )سانتيگراد( ماهانه متوسط دماي نقشه حرارتي شاخص I و شد تهيه حوضه محدوده در ارتفاعي مدل نقشه و دما از نيز a مقدار و ماهانه حرارتي شاخصهاي مجموع از عبارتست كه ساالنه ميشود. محاسبه زير رابطه 7 3 5 2 2 )2( ( ) ( ) ( ) a = 6.75 1 1 + 7.71 1 I + 1.792 1 I.49239 i= 12 Ti I = )3( 5 i= ظرفيت نقشه :)AWC( خاك در موجود آب ظرفيت نقشه تهيه 3- و ريشه عمق نقشه خاك بافت نقشه از استفاده با خاك موجوددر آب )1964( آمريكا خاك حفاظت سازمان وسیله به شده ارائه جداول از استفاده هاي خاك در دسترس قابل رطوبت نگهداري ظرفيت جداول اين شد. تهيه پوشش نقشه روي از نيز ريشه عمق نقشه دهد. مي نشان را مختلف بافت با تهيه زميني كنترل و موجود منابع روي از كه 3 جدول از استفاده و اراضي شد. تعيين شده آبي بيالن ساخت وايت-ماتر: تورنت آبي بيالن توزيعي مدل محاسبات - بهصورت زماني گام است. مشخص ناحيه يك در آب رژيم فهم در گام اولين زماني سري ماهانه مدت دراز متوسط ساالنه زماني سري ساالنه مدت دراز در 26(. همکاران و Mehta( ميگيرد قرار استفاده مورد روزانه و ماهانه بررسي مورد ساالنه و ماهانه گام در حوضه آورد محاسبه نحوه و ساختار زير از پس مينمايد. ارائه را مدل اين از كلي نمايي 2 شكل است. گرفته قرار خارج منطقه از مستقيم رواناب بهصورت بارش از قسمتي بارندگي وقوع بهدست رواناب ضريب در P بارش ميزان ضرب از آن مقدار كه ميشود و بارش ماهانه گراديان معادالت از بارش نقشه تحقيق اين در ميآيد. اراضي پوشش و شيب نقشههاي از استفاده با )C1( رواناب ضريب نقشه از )Peff( موثر بارش نقشه سپس است. گرفته قرار استفاده مورد و تهيه )ماههاي آمد. دست به )DRO( مستقيم رواناب ميزان از بارش ميزان كسر i( سال= DRO = C P i Peff = Pi DROi 1 i اراضي پوشش نوع اساس بر ريشه عمق ميانگين تعيين 3- جدول رديف 1 2 3 4 5 6 7 8 اراضي پوشش نوع شده جنگلكاري مناطق كشاورزي اراضي باير اراضي باغات مراتع سنگي مناطق مرطوب و شور اراضي مسكوني اراضي )m( ريشه عمق 1-1/2 /4-1 /1-/2 1-1/5 /1-/3 /1-/2 /75-1 /15-/25 )7( )6( باقيمانده و ميگردد باز جو به تعرق و تبخير بهصورت موثر بارش از بخشي ميزان اختالف ميشود. خاك وارد )SRECH( سطحي نفوذ بهصورت آن تعيين را خاك به سطحي نفوذ ميزان پتانسيل تعرق و تبخير و موثر بارش )Peff >ETp )اگر مينمايد. بيشتر موثر بارش است. مثبت سطحي نفوذ ميزان كه محلهايي و زمان در نشده پر خاك آب نگهداري ظرفيت و است پتانسيل تعرق و تبخير مقدار از )SM( خاك رطوبت شدن اضافه صرف سطحي نفوذ از مقداري است آيد. مي دست به ذيل معادله وسیله به آن مقدار كه ميشود SM = SM + SRECH ( i) ( i 1) ( i) يافته نفوذ رواناب وسیله به خاك در آب نگهداري ظرفيت شدن پر از پس شكل زيرسطحي رواناب بهصورت باقيمانده رواناب از قسمتي سطحي صورت سال مرطوب ماه اولين از بايد زيرسطحي رواناب محاسبه ميگيرد. موثر بارش است. منفي سطحي نفوذ ميزان كه محلهايي و زمان در پذيرد. SRECH = P ET ( i) eff ( i) P( i) 158
1393 تابستان آبخیزداری پژوهشهای 13 شماره )8( )9( خاك رطوبت افزايش براي آبي است پتانسيل تعرق و تبخير مقدار از كمتر با كه ميشود انجام تواني خاك رطوبت تخليه حالت اين در ندارد. وجود است. برآورد قابل زير معادله منفي مقداري هميشه APWL آب كاهش پتانسيل مجموع اينجا در خشك ماههاي براي است. خاك خشكي تغييرات نشاندهنده كه است دست به زير معادله از آب كاهش پتانسيل مجموع مقدار )<SRECH( ميآيد. آب كاهش پتانسيل مجموع مقدار )>SRECH( مرطوب ماههاي براي بارش اگر ميباشد. خاك خشكي عدم نشاندهنده كه ميباشد صفر برابر واقعي تعرق تبخير مقدار باشد پتانسيل تعرق و تبخير از بيشتر موثر گرنه و ميگيرند درنظر )ETp( پتانسيل تعرق و تبخير برابر را )ETa( ميآيد. دست به زير معادله از واقعي تعرق و تبخير مقدار )1( ميزان اختالف معادل )ΔSM( خاك رطوبت تغييرات ميزان اينجا در معادله از كه قبل ماه در خاك رطوبت ميزان به ماه اين در رطوبتخاك ميآيد. بهدست زير )11( و پتانسيل تعرق و تبخير مقدار ميان اختالف از نيز رطوبتخاك كسري ميآيد. بهدست زير معادله طريق از مشابه ماههاي در واقعي )12( تغيير مجموع و موثر بارش ميان اختالف حاصل از خاك اضافي رواناب معادله از واقعي تعرق و تبخير مقدار و ماه هر در خاك رطوبت ذخيره كاخ اليههاي فرج و خلل پركردن از پس آبمازاد ميآيد. بهدست زير ميكند. حركت پايين بهطرف ثقلي بهصورت )13( رطوبت به ميشود اضافه خاك بااليي اليههاي از كرده نفوذ مازاد آب )TARO( دسترس قابل آب مجموع و خاك در قبل ماه از شده نگهداشته بهدست زير معادله از و مينمايد ايجاد را زيرسطحي جريان كه است ماه هر ميآيد. )14( دادن شكل در را نقش مهمترين )TARO( رواناب زيرسطحي ذخيره جريان بهصورت آب زيرسطحي ذخيره از قسمتي دارد. زيرسطحي جريان ميشود. نگهداشته بعد ماههاي تا آن از مقداري و ميشود خارج زيرسطحي خارج منطقه از زيرقشري جريان بهصورت كه شده ذخيره آب از درصدي گرفته درنظر درصد 5 معموال مختلف منابع در كه بوده متغيير ميشود آب مابقي.)25 Gieske و Kumar Sen 211 Assari( ميشود اضافه قبل ماه مازاد رواناب به كه ميماند باقي خاك در نگهداشت بهصورت رواناب مجموع درنهايت مييابد. ادامه منوال همين به ماه هر و شود مي رواناب كل ميزان ماه هر )GWF( زيرسطحي رواناب ) DRO (و مستقيم مينمايد. مشخص را حوضه رواناب DRO+GWF =حوضه (15) بحث و نتايج خاك طبقهبندي نقشه براساس رطوبت: ذخيره حجم و خاك بافت نقشه لپتوسل شامل مطالعه مورد محدوده در موجود خاكهاي نوع استان و شني بافتهاي داراي لپتوسل خاكهاي ميباشد. كمبيسل و رگوسل ذخيره توان متر بر ميليمتر 1 ميتواند كه بوده كم عمق و شنيلومي غرب جنوب و شرق مناطق در خاكها اين باشد. داشته )TAM( رطوبت ميدهد پوشش را منطقه غالب كه رگوسل خاكهاي دارد. گسترش منطقه و متوسط خاكها اين عمق ميشود. ديده غرب شمال تا غرب جنوب از متر بر ميلیمتر 2 رطوبت ذخيره توان داراي و لومي و لوميرسي بافت شمال و مركزي شور مناطق در بيشتر كه كمبيسل خاكهاي هستند. رطوبت ذخيره توان داراي و زياد خاكها اين عمق دارد. گسترش حوضه 1986(. Kassam و Doorenbos( هستند متر بر ميليمتر 25 باالي نشان را مطالعه مورد حوضه خاك بافت مكاني تغييرات نقشه 3 شكل ميدهد. يزد-اردكان حوضه در خاك بافت نقشه 3- شكل )شكل حوضه اراضي پوشش نقشه ريشه: عمق و اراضي پوشش نقشه دادههاي جمعآوري و جوالي 27 تاريخ لندست تصاوير از استفاده با 4( در ريشه عمق شد. تهيه طبقهبندي تركيبي روش از استفاده با زميني خاك در موجود آب مقدار با مستقيمي رابطه حوضه اراضي پوشش انواع /1 )بين كمي بسيار عمقريشه داراي مسكوني و باير اراضي مراتع دارد. نمايند ذخيره خود داخل در ميتوانند كه آبي مقدار و هستند متر( /4 تا باغات و كشاورزي اراضي شده جنگلكاري مناطق ديگر سوي از است. كم SM ( i) = WHC ( ( )/ ) exp APWL i WHC APWL = APWL SRECH ( i) ( i 1) ( i) ET = P SM a eff ( i) SM = SM SM ( i) ( i) ( i 1) Deficit = ETp ET ( i) ( i) ai ( ) Surplus( ) = P ( ) SM i eff i ( i) ETa ( i + 1) TARO = Surplus + Detention ( i) ( i) ( i 1) 159
ارزيابي مدل توزيعي بيالن آبي ماهانه... داراي عمق ريشه نسبتا زياد )بين یک تا 1/5 متر( هستند كه مقدار آب ذخيره شده در آنها هم زياد است )شكل 5(. ذخيره كنند. از اينرو ظرفيت آب موجود در خاك )WHC( ميتواند از حاصلضرب كل ذخيره آب خاك )TAM( در عمق ريشه كه با نوع پوشش اراضي هر محدوده تعيين شود )شكل 6(. نقشه ظرفيت آب موجود در خاك : ظرفيت آب موجود در خاك بستگي به بافت خاك و نوع پوشش اراضي دارد. بافتهاي متفاوت خاك داراي توان ذخيره آب متفاوت در واحد عمق هستند. در شرايط مشابه پوششهاي اراضي مختلف داراي عمق ريشه متفاوت هستند كه ميتوانند آب را در خود ذخيره كنند. از اينرو ظرفيت آب موجود در خاك )WHC( ميتواند از حاصلضرب كل ذخيره آب خاك )TAM( در عمق ريشه كه با نوع پوشش اراضي هر محدوده تعيين شود )شكل 6(. شكل 4- نقشه پوشش اراضي در حوضه يزد-اردكان شكل 6- نقشه ظرفيت آب موجود در خاك )به ميليمتر( شكل 5- نقشه عمق ريشه در حوضه يزد-اردكان)به متر( نقشه ظرفيت آب موجود در خاك : ظرفيت آب موجود در خاك بستگي به بافت خاك و نوع پوشش اراضي دارد. بافتهاي متفاوت خاك داراي توان ذخيره آب متفاوت در واحد عمق هستند. در شرايط مشابه پوششهاي اراضي مختلف داراي عمق ريشه متفاوت هستند كه ميتوانند آب را در خود بيالن آبي حوضه: مقدار پارامترهاي بيالن آبي حوضه براي هر يك از سلولهاي 6 6 متر داخل محدوده مورد مطالعه تعيين كه بهصورت نقشههاي توزيعي ارائه شد. در نهايت ميانگين اعداد نقشه براي تعيين پارامترهاي هيدرولوژيكي حوضه بهصورت خالصه در جدول 4 ارائه شد. ميزان ماهانه رواناب سطحي زيرسطحي و کل رواناب خروجی حوضه مهمترين نتایج مدل بوده است. بهمنظور محاسبه رواناب سطحی از نقشه C( 1 که از نقشه شیب و کاربری اراضی استفاده شد و ضریب رواناب ( متوسط ضریب رواناب حوضه یزد-اردکان در این روش /31 بهدست آمده که با نتایج مطالعه Eslamian و همکاران )27( تقريبا نزدیک است عالوه بر این که تأثیر تغییرات مکانی مقدار ضریب رواناب را در محاسبات لحاظ و دقت محاسبات را افزايش ميدهد. 16
1393 تابستان آبخیزداری پژوهشهای 13 شماره )میلیمتر( یزد-اردکان آبخیز حوزه در آبی بیالن پارامترهای ساالنه و ماهانه متوسط 4- جدول TRO WGL Surplus Deficit ETa SM APWL SRECH ETp DRO P ماهها 1/45 5/22 17/2 11/73 3/1 6/78 18/1 7/42 5/235 34/9 دی 11/89 5/94 15/68 6/3 19/1 6/44-11/41 18/8 12/11 5/955 39/7 بهمن 12/44 6/22 7/99 15/29 25/62 6/27-29/78 1/86 21/5 6/225 41/5 اسفند 12/63 6/2 46/25 31/88-68/6 43/47 6/435 42/9 فروردین 5/12 2/44 79/94 33/35-155/77 75/9 2/685 17/9 اردیبهشت 1/31 /61 13/94 25/92-284/7 111/46 /75 4/7 خرداد /36 /17 157/64 18/73-436/71 133/55 /195 1/3 تیر /19 /9 143/67 11/84-571-28 12/72 /15 /7 مرداد /8 /4 114/61 7/37-676/5 97/47 /45 /3 شهریور 1 /48 63/25 4/94-73/69 54/43 /525 3/5 مهر 2/51 1/18 29/2 5/57-757/2 28/44 1/335 8/9 آبان 8/59 4/29 8/53 13/63 8/27 14/13-111/2 8/22 11/55 4/35 28/7 آذر 66/57 32/82 49/22 812/18 195/7 33/62-4732/7 55/89 717/57 33/75 225 ساالنه مطالعات از شده برآورد رواناب کل حجم ميدهد نشان مدل نتايج Consulting( استان سيل جامع طرح و )27( همکاران و Eslamian از است. بيشتر )1993 Engineers of Yazd Omran Kavir رواناب تنها و شده استفاده يكپارچه روش از قبلي روشهاي در كه آنجايي ميتواند كه نشده گرفته نظر در زيرسطحي رواناب شده برآورد سطحي تورنت مدل از استفاده با آبي بيالن مطالعه نمايد. موجه را اختالف اين اطالعات سامانه از استفاده با كه توزيعي نيمه و توزيعي بهصورت وايت-ماتر بخشي رضايت نتايج كه داد نشان شده انجام دور از سنجش و جغرافيايي )24( Azarakhshi و Mahdavi نتايج با كه آمد خواهد بهدست )25( Giskeh و Kumar Sen و )29( همكاران و Jasrotia در )211( Hessari تحقيقات با تحقیق این تمایز وجه دارد. تشابه خشك منطه در يزد-اردكان حوضه اقليمي محدويتهاي و خصوصيات ILWIS نرمافزار محيط در نسخهنويسي روش از استفاده كشور مركزي است. بوده محاسبات دقت باالبردن براي كوچكتر سلولهاي از استفاده و )32/8 است سطحي زير جريان صورت به حوضه رواناب از نيمي قريب لذا حاصل آب دارد. جريان دشت طرف به كوهستاني مناطق از كه متر( ميلي ظرفيت ميزان تا خاك فرج و خلل پرشدن باعث طبيعي بهصورت بارش از ميزان معموال خشك ماههاي در ولي ميشود. ها آن )WHC( نگهداشت رطوبت و بارندگي از مقداري بنابراين است. ميزان اين از كمتر خاك رطوبت براي مينمايد. ايجاد را حوضه رواناب قبل ماه از خاك در شده ذخيره دبي دادههاي با حوضه بارندگي ميانگين دادههاي نظريه اين از اطمينان با پيشكوه( )زيرحوضه اسالميه هيدرومتري ايستگاه در شده اندازهگيري شد. تعيين ها آن همبستگي ضريب و مشخص ماهه دو و یک صفر تاخير یکماهه تاخير به مربوط همبستگي ميزان بيشترين كه داد نشان نتايج دوماهه تاخير و R( 2 )/843= صفرماهه تأخير سپس R( 2 )/8188= و ماهانه بارندگي كه نمود استنباط ميتوان لذا است. R( 2 )/4666= حوضه ماهانه رواناب در نقش مهمترين قبل ماه از شده ذخيره رطوبت رواناب در تنها مشخص بهطور درخاك شده ذخيره رواناب همچنين دارند. زيرسطحي جريان ميزان بيشترين مدل نتايج طبق دارد. نقش بعد ماه يك ميزان بيشترين و ميباشد ماه فروردين تا اسفند به مربوط میلیمتر( )12 ميباشد. فروردين و اسفند ماههاي به مربوط میلیمتر( )42 ماهانه بارندگي بهطبع و بارندگي ميزان ماه( آبان تا )ارديبهشت خشك ماههاي طول در آن قبل ماه و ماه هر بارش ميزان لذا دارد. زيادي كاهش رواناب ميزان آن نقشههاي از استفاده ولي بود. خواهد رواناب ميزان تعيين در عامل مهمترين يا و اضافي رواناب مناطقي چه در ماه هر در كه ميدهد را امكان اين توزيعي در شد. خواهد فراهم آن بهتر مديريت امكان كه دارد وجود رطوبت كمبود گستردگي بهعلت يزد-اردكان( حوضه )مشابه خشك مناطق آبخيز حوزه مديريت براي كمي فرصت پتانسيل تعرق و تبخير ميزان بودن باال و زياد مكاني و زمان وضعيت در بايستي و دارد وجود آنها تمركز و رواناب جامع نمود. حفاظت شدن خارج دسترس از قبل را اضافي رواناب بارندگي ميزان بودن باال نسبت به رواناب فروردين و اسفند ماههاي در پتانسيل تعرق و تبخير ميزان بودن باال به مربوط كه است نداشته افزايش 161
... ماهانه آبي بيالن توزيعي مدل ارزيابي ماهانه پتانسيل تعرق و تبخير ميزان 4 جدول اطالعات طبق ميباشد. باال تعرق و تبخير نقش بنابراين است. داشته شديدي افزايش فروردين ماه از نقشههاي است. موثر بسيار خشك فصل شروع هاي ماه در رواناب ميزان در بهسمت ارتفاعات از زيرسطحي جريان كه ميدهد نشان مدل خروجي مناطق اين در كوهستاني قناتهاي زياد تمركز با كه دارد امتداد دشت دارد. تطابق دادههاي ماهانه ميانگين از مدل دقت ارزيابي بهمنظور مدل: دقت ارزيابي خروجي در كه اسالميه هيدرومتري ايستگاه در شده اندازهگيري مدت دراز محاسبه دادههاي آماري مقايسه شد. استفاده دارد قرار پيشكوه زيرحوضه ارائه 5 جدول در خالصه بهصورت زيرحوضه اين در شده مشاهده و شده محاسبه دبي ميانگين بين همبستگي ضريب كه داد نشان نتايج است. شده مشاهده دادههاي درصد 9 اطمينان فاصله محدوده در شده مشاهده و 9 اطمينان سطح در مدل نتايج كه اظهارنمود ميتوان لذا دارد. قرار شده ميباشد. قبول قابل درصد پيشكوه حوضه زير در شده محاسبه و شده مشاهده ماهانه رواناب دادههاي مقایسه 5- جدول همبستگي ضريب )R 2 ( ماهها شده مشاهده رواناب )mm( شده محاسبه رواناب )mm( براي درصد 9 اطمینان فاصله شده مشاهده دبي خطا درصد میانگین معيار استاندارد میانگین معيار استاندارد بااليي حد پاييني حد /63-8/61 /98 1/3 /24 1/5 /35 1/1 دی /49-14/61 1/37 1/69 /185 1/3 /36 1/5 بهمن /37-1/66 1/37 1/71 /21 1/35 /38 1/54 اسفند /44-6/55 1/34 1/67 /19 1/4 /37 1/5 فروردین /47 4/96 /98 1/22 /25 1/15 /26 1/1 اردیبهشت /87-2/1 /8 1/67 /355 /85 /96 1/23 خرداد /74-1/48 /52 /79 /23 /55 /3 /66 تیر /57 2/4 /35 /52 /145 /35 /19 /43 مرداد /72-34/87 /27 /36 /1 /2 /11 /31 شهریور /76-46/6 /21 /62 /215 /2 /45 /41 مهر /4 2/1 /47 /81 /225 /65 /38 /64 آبان /72 13-1 /97 1/32 /255 /95 /39 1/15 آذر /51-12/55 1/55 12/76 1/44 1/19 2/45 11/65 ساالنه دوره در مطالعه مورد منطقه در دشت: زميني زير آب تغذيه مناطق ميزان ماهها اين در ندارد. وجود اضافي رواناب معموال ماه آبان تا فروردين مقدار ماه اسفند تا آذر ماه از است. پتانسيل تعرق و تبخير از كمتر بارش كه دارد وجود حوضه غرب و غرب جنوب مناطق در زيرزميني آب تغذيه مناطق و ميزان داد. افزايش را آنها بهرهوري بهتر حفاظت با ميتوان ات 2 بين كه بوده متغير مختلف ماههاي در حوضه زيرزميني آب تغذيه ميزان و محدوده 8 و 7 شكل مينمايد. تغيير حوضه سطح از درصد 5 ميشود زيرزميني آب تغذيه صرف كه بهمن و آذر ماههاي در اضافي رواناب اتفاق اسفند تا آذر ماههاي در تنها زيرزميني آب تغذيه ميدهد. نشان را يد در ميليمتر 17 تا ماه آذر در ميليمتر 8/5 بين آن مقدار كه ميافتد ميباشد. متغير ماه 162
شماره 13 پژوهشهای آبخیزداری تابستان 1393 شبيهسازي شده به وسیله مدل تطابق خوبي با دادههاي ماهانه اندازهگيري شده در ايستگاه اسالميه در خروجي زيرحوضه پيشكوه داشته است. با توجه به نتايج به دست آمده از اين تحقيق متوسط ارتفاع رواناب ساالنه حوضه یزد-اردکان 66/7 میلی متر ميباشد. با توجه به این که مدل قابلیت شبیهسازي رواناب در تمام شبکه سلولی حوضه را دارد این قابلیت مدل براي مدیران و کارشناسان این امکان را فراهم مینماید که قبل از اجراي هر گونه عملیات مناطق مختلف را از نظر پتانسیل ایجاد رواناب شناسایی نمایند. مدل مورد استفاده در این پژوهش را میتوان براي سایر آبخیزهاي با وضعیت هیدرولوژیک مشابه مورد استفاده قرار داد. همچنين پیشنهاد میشود در مطالعات آینده اين مدل را در گامهاي زماني كوتاهتر بهکار برد تا توانایی مدل بهتر بررسی شود. منابع مورد استفاده 1. Barkhordari, J. 213. The calculation of potential Runoff and Selection of the sites for underground dams in Yazd region of Iran (with use of RS, GIS and DSS). PhD Thesis, Yerevan State University, 151 pages. 2. Eslamian, S., A. Khatounabadi and H. Houzi. 27. Estimation of natural aquifer recharge in Yazd Ardakan plain. proceeding of 9th national Irrigation and reduce evaporation conference, Shaid Bahonar University. 3. Hessari, B. 212. Evaluation of soil water balance model using GIS, case study: Nazlouchai Watershed. Final Research Report, No.39414, Technical and Engineering Agricultural Research Institute, 126 pages. 4. Mahdavi, M. and M. Azarakhshi. 24. A determination of an appropriate monthly water balance in small watershed of Iran. Natural Research Journal, 427-415 :)3(57. 5. Consulting Engineers of Yazd Omran Kavir. 1993. The master plan for flood in Yazd, Yazd-Ardakan watershed, 86 pages. 6. Naseri, M. and B. Zahraie. 211. Evaluation of uncertainty monthly water balance model using selforganizing in the watershed. Proceedings of the 4th Iran Water Resources Management Conference, University of Amir Kabir. 7. Doorenbos, J. and A.H. Kassam. 1986. Yield response to water. FAO Irrigation and Drainage Paper 33, FAO, Rome, Italy. 8. Jasrotia, A.S., A. Majhi and S. Singh. 29. Water balance approach for rainwater harvesting using remote sensing and GIS techniques. Jammu Himalaya, India. Water Resource Manage, DOI: 1.17/s-11269 5-9422-9. شكل 7- ميزان و محدوده تغذيه آب زير زميني حوضه در آذر ماه شكل 8- ميزان و محدوده تغذيه آب زير زميني حوضه در بهمن ماه نتيجهگيري پژوهندگان ديگري با بهرهگيري از مدلهاي مختلف سعي بر شبيهسازي بارش-رواناب نموده اند. در اين خصوص بيش از 1 روش در ادبيات فني ذكر شده كه به تناسب هر منطقه يكي از روشهاي مورد اشاره داراي قابليت كاربردي است Naseri( و Zahraei 211(. ولي محدوديت داده آماري مورد نياز مدلها و گستردگي حوضههاي مناطق خشك استفاده از اين مدلها را محدود كرده است. در این تحقيق با استفاده از کمینه دادههاي ورودي شامل بارش تبخير و تعرق پتانسيل و ظرفيت نگهداري آب در خاك بيالنآبي ماهيانه دراز مدت حوزه آبخيز يزد-اردكان با حدود 16 كيلومتر مربع مساحت بر اساس روش تورنت وايت ماتر بهصورت توزيعي در محيط GIS تهيه شده است. ارزيابي نتايج نشان داد كه دادههاي 163
ارزيابي مدل توزيعي بيالن آبي ماهانه... 1. Mehta, V.K., M. Todd Walter and S.D. DeGloria. 26. A simple water balance model. Arghyam/ Cornell University. http://www.indiawaterportal.org/ node/143. Visit: 21. 9. Kumar Sen, P. and A. Gieske. 25. Use of GIS and remote sensing in identifying recharge zones in an arid catchment: a case study of Roxo River basin, Portugal. Journal of Nepal Geological Society, 32 25 :31. 164