Journal of Watershed Engineering and Management Volume 7, Issue, 016, Pages 6 آبخیز مدیریت و مهندسي علميپژوهشي نشریه صفحات 93 شماره 7 جلد شبیهسازیماهانهدبیجریانورسوبحوزهآبخیزنازلوچایبامدل و اولویتبندینواحیتولیدرسوب 3 1* اباذراسمعلیعوری هیرادعبقری منصوربیاضی مهدیعرفانیان کارشناسي دانشآموخته ارومیه دانشگاه طبیعي منابع دانشکده استادیار 9 دانشکده دانشیار ارومیه دانشگاه طبیعي منابع دانشکده ارشد اردبیلي محقق دانشگاه طبیعي منابع و کشاورزی فناوری دانشکده دانشیار و ارومیه دانشگاه طبیعي منابع 93/80/7 دریافت: تاریخ پذیرش: 93/8/8 تاریخ چکیده به نیاز آن کاهش یا کنترل برای و دارد اهمیت محیطي زیست و اجتماعي اقتصادی جنبههای از خاک فرسایش مدل از استفاده اخیر سالهای در ميباشد. آبخیزداری اقدامات صحیح اجرای و تصمیمگیری ابزار بهعنوان مورد رواناب و رسوب تولید کاهش در آبخیزداری عملیات ارزیابي و رسوب تولید جریان دبي شبیهسازی برای متداول مدل از استفاده با رسوب و جریان دبي ماهانه شبیهسازی هدف با حاضر پژوهش است. گرفته قرار استفاده و مرحله شد. انجام ارومیه دریاچه غرب در واقع نازلوچای آبخیز حوزه در ویژه رسوب تولید بحراني زیرحوزههای شناسایي برای شد. انجام 33933 دوره برای آن اعتبارسنجي مرحله و 337887 آماری دوره برای مدل واسنجي خطا میانگین و ناشساتکلیف کارایي ضریب خطا مربعات میانگین جذر تعیین ضریب آماری معیارهای مدل ارزیابي برنامه از استفاده با مدل قطعیت عدم تحلیل و اعتبارسنجي واسنجي شد. محاسبه ناشساتکلیف SUFI )NSE( ضریب مقدار شد. انجام برای و 8/0 و 8/78 برابر بهترتیب اعتبارسنجي و واسنجي مراحل در جریان دبي تخمین برای قابل کارایي بیانگر مجموع در آماری معیارهای مقادیر آمد. بهدست 8/7 و 8/ برابر بهترتیب رسوب دبي تخمین از استفاده با بحراني نواحي شناسایي برای ميباشد. مطالعه مورد حوزه رسوب و جریان ماهانه دبي برآورد در مدل قبول زیرحوضههای نهایت در شد. محاسبه آبخیز زیرحوزه 7 ویژه رسوب ساالنه میانگین مقدار ابتدا شده واسنجي مدل اقدامات انجام برای بحراني آبخیز زیرحوزههای بهعنوان بهترتیب ویژه رسوب مقدار باالترین داشتن با و 9 7 شدند. اولویتبندی خاک حفاظت و مدیریتي SUFI مدل واسنجي بحراني حوضههای دبي تخمین ماهانه دبي برآورد واژههایکلیدی: مقدمه بددهوسددیله رسددوبات انتقددال و فرسددایش پدیددده و فرسدایش میدزان کده دنیدا از مناطقي در رودخانهها اسدت بداال آنهدا در معلدق بدار بهصورت رسوب تولید مدديشددود. شددناخته بددزر معزددل یددض بددهعنددوان پخدش شدبکههدای و کانالها آبراههها در رسوبگذاری در ا در سددها مخدازن هخیدره ظرفیدت کداهش آب پایددار توسدعه در جدی مشکالت ميتواند رسوبگذاری غیدره و آبدي برق تولید آبیاری سیستمهای آب منابع و Tolson( کندد ایجاد بندابراین 88(. Shoemaker بددرای هزیندده کددم و مناسددب روشهددای از اسددتفاده * erfanian.ma@gmail.com مکاتبات: مسئول
شبیهسازی ماهانه دبي جریان و رسوب حوزه آبخیز نازلوچای با مدل و اولویتبندی نواحي تولید رسوب /9 برنامهریزی و مددیریت صدحیح مندابع آب و خداک بده منظددور بددرآورد میددزان تلفددات آب و خدداک و ارا دده راهکارهای مناسب جهدت کداهش ایدن تلفدات امدری ضدروری اسدت. الزمده برنامدهریدزی درسدت کسدب اطالعات از میزان بار رسوبي یا تولید رسوب حوضهها و نیز شناسایي حوضههای بحراني است. با توجه بده ایدن مسئله و به منظور طراحي درست سازههای مهندسدي از قبیل احداث سدها پلها کانالهای آبیاری اصدال و بهسازی مسیر رودخانهها برآورد صحیح بدار رسدوبي از اهمیت زیادی برخوردار است. تاکنون محققان و پژوهشدگران داخدل یدا خدار شیوههای مختلف مدیریتي را جهت کاهش تلفدات آب و خاک حوضه توسدعه دادهاندد. یکدي از متدداولتدرین شیوهها که امروزه کداربرد فراواندي یافتده مددلسدازی هیدرولوژیکي حوزههای آبخیز است. یکي از مدلهدایي که اخیرا در نقاط مختلف جهدان بدهطدور گسدترده در شبیهسازی فرایندهای هیدرولوژیکي حوزه آبخیز مورد استفاده قرارگرفته است مدل نیمه فیزیکي و تدوزیعي ميباشد. تحقیقات بسیار زیدادی در اسدتفاده از این مدل در نقاط مختلف دنیا با اهداف متنوع انجام شده اسدت کده در ادامده بده تعددادی از آنهدا اشداره ميشود. Bekiaris اعتبارسنجي مدل کشور سو د در مقیدا و همکددددداران )88( واسدددددنجي و را برای هفت زیرحوضده در هدای زمداني روزانده ماهانده و ساالنه با کاربرد ضریب ناشساتکلیف بدهعندوان تدابع هدف بدرای یدض دوره آمداری سداله انجدام دادندد. پژوهش آنها نشان داد که شبیهسازی بهوسدیله مددل در مقیا های زماني ماهانه و ساالنه نسبت به مقیا روزانده بهتدر مديباشدد. Omani واسددنجي و اعتبارسددنجي مدددل و همکداران )88( را بدد رای شبیهسازی جریان رودخانه در دو زیرحوضه ماهیدشت و سنجابي در حوضه رودخانه کارون انجدام دادندد کده نتایج آن حاکي از کارایي مناسب مدل در شبیهسدازی دبي جریدان بدود. مدل Faramarzi و همکداران )883( از برای شبیهسازی برخدي اجدزای معادلده بیالن آب در ایران استفاده کردند و با انجام آنالیز عدم قطعیت به این نتیجده رسدیدند کده ایدن مددل دبدي جریان را با دقت باالیي شبیهسازی ميکندد. محققدین مذکور ادعا کردند که نتایج آنها ميتواندد یدض منبدع مهم برای مطالعات بیشتر در مورد آب امنیت غذایي و رویکردهای مدیریت مندابع آب در ایدران و یدض روش یکپارچه برای ارزیابي آب سبز )تبخیر و تعرق واقعدي 9 و پتانسیل( و آب آبي )مقدار آبي که به آب زیرزمیني اضددافه مدديشددود( در سددایر کشددورهای خشددض و نیمهخشض باشد. Ndomba و همکدداران )887( مدددل را برای شبیهسازی رسوب بهکار برده و نتیجه گرفتند که برای حوضههایي که فرسایش خاک غالب آنها از ندوع ورقدهای مديباشدد اسدتفاده از ایدن مددل مديتواندد جدایگزین مناسدبي بدرای روشهدای منحندي سدنجه رسوب باشد. Abbaspour و همکاران )887( از مدل برای شبیهسازی فرایندهای مؤ ر بدر کیفیدت آب رسوب و چرخه غذایي در کشور سدوی اسدتفاده کردند. آنها نتیجه گرفتند کده اسدتفاده از ایدن مددل برای مدیریت حوزه آبخیز مدؤ ر بدوده و بدرای تحلیدل سناریوهای مختلف ميتوان از این مدل استفاده کدرد. Xu و همکاران )883( و )883( بدهترتیدب Alansi در شمال چدین و مدالزی تواندایي مددل را در شبیهسازی دبي جریان و رسوب و دبدي جریدان مدورد ارزیابي قرار داده و نتیجه گرفتند که این مدل قادر بده شبیهسازی مطلوب دبي جریان ميباشد. Talebizadeh مقایسه مدل و همکددداران )88( بدددا هددددف و شبکه عصدبي در شدبیهسدازی رسوب مطالعهای را در حدوزه آبخیدز کسدیلیان انجدام دادند که نتایج آنها حاکي از دقت باالی مددل نسدبت به شبکه عصبي مصنوعي در شبیهسدازی رسدوب بدود. Akhavan و همکدداران )88( مدددل را بدده منظور تخمین مؤلفدههدای آب و همچندین الگدوریتم SUFI را برای واسنجي و اعتبارسنجي دبدي ماهانده و تحلیل عدم قطعیت مددل بدهکدار بردندد. نتدایج آنهدا نشان داد که شبیهسازی دبي جریدان بدهوسدیله مددل رضایتبخش بوده و نتایج تحلیل عددم قطعیدت نشدان داد که میانگین ماهانه عدم قطعیت مربوط به تخمدین Green Water 3 Blue Water 1 Soil and Water Assessment Tool
آبخیز مدیریت و مهندسي پژوهشي علمي نشریه / 93 شماره 7 جلد زیرزمیني آب تغذیه و سطحي رواناب )مجموع آبي آب مؤلفددههاسددت. سددایر از بیشددتر عمیددق( Ghaffari و کداربری تغییدر بررسدي منظدور بده )883( همکاران مددل از زنجدانرود آبخیدز حدوزه در اراضدي قابدل یرات تدأ نشاندهنده آنها نتایج کردند استفاده رودخانده جریدان دبي روی اراضي کاربری تغییر توجه ميباشد. حوضه این در خدار و داخدل در شده انجام تحقیقات جمعبندی مدل که ميدهد نشان ایران شبیهسدازی برای بدزر و کوچض آبخیز حوزههای رسوب و جریان دبي و ماهانده روزانده هدای مقیدا در مختلفدي کارایي از اسدت این بر فرض پژوهش این در است. داشته ساالنه مدل که رسدوب و جریان دبي مقادیر ميتواند بده ساالنه و ماهانه مقیا در را نازلوچای آبخیز حوزه ( شدامل پدژوهش این اهداف کند. شبیهسازی خوبي مددل کاربرد و جریدان دبدي شدبیهسدازی در طریق از مدل حسا پارامترهای شناسایي ( رسوب دبي شبیهسازی قطعیت عدم تحلیل و حساسیت آنالیز الگدوریتم از اسدتفاده با رسوب و جریان SUFI 9( و میدانگین نظدر از بحراني زیرحوضههای کردن مشخص و نازلوچددای آبخیددز حددوزه در ویددژه رسددوب سدداالنه و مددیریتي اقددامات انجدام بدرای آنهدا اولویتبنددی ميباشد. آینده در خاک حفاظت موادوروشها نازلوچای آبخیز معرفیمنطقهموردپژوهش:حوزه تا 97 '98 و شرقي طول '9 تا ' بین حوضه وسعت است. شده واقع شمالي عرض 97 '0 3 حوضه ارتفاع کمینه هکتار 7890/ آبخیز متوسط ارتفاع متر 988 آن ارتفاع بیشینه متر 00/ آن سالیانه بارش متوسط و 3/ حوضه حوضه جغرافیایي موقعیت شکل ميباشد. میليمتر ميدهد. نشان را مطالعه مورد آبخیز رد توزیعي مدل یض مدل مدل :این توسط که ميباشد زیرحوضه یا و بزر آبخیز مقیا آمریکا کشاورزی تحقیقات سروی برای آرنولد جف قابلیتها 338 اوایل در آن ایجاد زمان از و شده تهیه مي توسعه حال در چشمگیری طور به آن کاربرد و باشد. شبیهسازی برای مناسب ابزار یض خاک فرسایش آب کیفیت هیدرولوژیکي فرایندهای ميباشد. اقلیم تغییر رات ا و مرتع مدیریت پاسخ واحدهای مدل این در کاری واحد کوچضترین نقشههای ترکیب از که بوده HRU یا هیدرولوژیکي ميآید. بهدست خاک و اراضي کاربری شیب طبقات نازلوچای آبخیز حوزه جغرافیایي موقعیت شکل 1 دبي شبیهسازی ميتوان مدل این از استفاده با مقیا در را رسوب و جریان ماهانه روزانه زماني های و فرسایش برآورد مدل در داد. انجام ساالنه و هر برای رسوب HRU جهاني معادله با شده اصال مي برآورد )MUSLE 9 ( خاک هدررفت تخمین برای مزیتهای شود. MUSLE به نسبت USLE نسبت به نیاز شدن برطرف برآورد صحت گذاری رگبارها رسوب تولید برآورد شدن میسر و ميباشد. الشبر و زنده C است گیاه برای رواناب مقدار عامل گیاه مدیریت افزایش رسوب برای تض توده از تابعي عامل مقدار حداقل و زمین سطح روی Abbaspour( HRU ميشود. برآورد 887(. همکاران و )CN( منحني شماره روش با نیز عددم تحلیدل و واسنجي بهمنظور پژوهش این در برنامه از قطعیت SUFI شدد اسدتفاده نرمافزاری بسته در برنامه این 887(. مدل به Abbaspour( CUP ارزیابي معیار دو توسط قطعیدت عددم میدزان ميشود. لینض Rfactor و Pfactor محاسدبه Hydrologic Response Units 3 Modified Universal Soil Loss Equation Calibration and Uncertainty Programs 1 Sequential Uncertainty FItting ver.
/ رسوب تولید نواحي اولویتبندی و مدل با نازلوچای آبخیز حوزه رسوب و جریان دبي ماهانه شبیهسازی ار معید ود. مديشد Pfactor درصدد از اسددت عبدارت عددم تخمدین محددوده در کده مشداهدهای دادههدای درصدد 3 قطعیدت 9% Prediction ( 9PPU یدا یض تا صفر از آن مقدار و ميگیرند قرار )Uncertainly معیار ميباشد. Rfactor ضدخامت میانگین تقسیم از معیدار انحدراف بدر 9PPU قطعیت عدم باند پهنای یا برنامده مديآیدد. بهدست مشاهدهای مقادیر مقددار حداکثرسدازی هدف مقددار مدل SUFI Pfactor Rfactor بدا حدداقلسدازی و )واسدنجي( کالیبراسدیون مرحلده در هرچده تعریدف طبق ميباشد. و شود نزدیضتر یض عدد به Pfactor Rfactor شدد خواهدد مطلدوبتدر مددل کدارایي شدود کوچضتر Abbaspour(.)887 رسدتری نقشههدای شامل نیاز مورد پایه نقشههای و اراضدي کداربری نقشده )DEM( ارتفداع رقومي مدل مدل در همچنین ميباشند. خاک نقشه بایدد مجداورت یدا داخدل در هواشناسي ایستگاه یض حداقل و شدده انتخداب مرجدع ایسدتگاه بهعنوان آبخیز حوزه پدارامتر شدامل آن بلندمددت هواشناسدي اطالعات فایدل در ماهانده میانگین بهصورت شدود معرفدي.Wgn مددل بدرای مشخصدات.)378 Sutcliffe و Nash( نشدان جددول در استفاده مورد ایستگاههای مختلف است. شده داده )DEM( ارتفداع رقدومي مددل روشتحقیق:الیههای متدر 98 سدلول انددازه بدا آبخیدز حدوزه پوششدهنده سنجنده سایت از مربع( متر 388 )مساحت ASTER رسدتری الیده یدض بدهعندوان پردازش از پ و دانلود اطالعدات و الیدههدا کلیه شد. آماده مدل برای ورودی مدددل نیدداز مددورد فیزیددوگرافي ArcGIS9.3 محددیط در آمد. بهدست ارتفاع رستری الیه داشتن با نرمافزار بهوسیله نازلوچای آبخیز حوزه پژوهش این در Arc.) )شکل شدد تقسدیمبنددی آبخیز زیرحوزه 7 به واسنجیواعتبارسنجیمدل:مدل دارای بهینه مقدار که هستند متعددی پارامترهای ورودی دادههای و منطقه شرایط به مدل پارامترهای مقدار که زماني تا و دارد بستگي بهینه پارامترها فرایندهای شبیهسازی نميتوان نشود زده تخمین داد انجام خوبي به را آبخیز حوزه فیزیکي را مدل تا است الزم همواره لذا 887(. Abbaspour( با شده کالیبره مدل یض به و کرد )واسنجي( کالیبره شده واسنجي مدل یافت. دست پارامترها بهینه مقادیر مرحله عنوان با دیگر آماری دوره یض در باید 3 بهینه مقادیر گیرد. قرار ارزیابي مورد اعتبارسنجي مدل بهینهسازی از که پارامتر دوره در جدول در آمده بهدست )کالیبراسیون( واسنجي مرحله در مدل بهینه مقادیر است. شده ه ارا شد. استفاده اعتبارسنجي ماهانه مقیا در مدل واسنجي حاضر پژوهش در رسدوب دبدي و جریان دبي مشاهدهای مقادیر اسا بر تدا 337 آمداری دوره طدي ماه و 9 بهترتیب CUP نرمافزار از استفاده با 887 شدد. انجام ایدن در مددل بهیندهسدازی بدرای مختلفي هدف توابع نداش هددف تدابع (. تا )روابط دارد وجود نرمافزار هیدرولوژیسدتهدا از بسیاری توسط )NSE( ساتکلیف آن کداربرد و شدده اسدتفاده آبخیز حوزه مدلسازی در و شددده شددبیهسددازی هیدددروگراف مقایسدده بددرای نسدبت سداالنه( و ماهانه مقیا در )بهویژه مشاهدهای اسدت شده توصیه بیشتر هدف توابع سایر به ASCE( تصدمیم مبنای بهعنوان هدف تابع این از لذا 339(. مددل بهیندهسدازی و گیدری شدد. اسدتفاده پارامترهدای تدرین حسدا حساسیت آنالیز با بهعالوه و شد انتخاب رسوب و جریان دبي شبیهسازی در مدل بهیندده مقددادیر از اسددتفاده بددا مدددل اعتبارسددنجي دبدي مشداهدهای مقادیر اسا بر حسا پارامترهای دوره طدي ماه 97 و 0 بهترتیب رسوب دبي و جریان شد. انجام 337 تا 339 آماری Erfanian و Bayazi در شده بت رسوب دادههای که دادند نشان )8( در نمونده 3 شدامل حدوزه( )خروجي تپیض ایستگاه بدا دادههای انتخاب با آنها ميباشد. ساله دوره یض وسدط )حدد رسدوب سدنجه منحني روش باال کیفیت معلق بار برآورد روش مناسبترین بهعنوان را دستهها( عقیدده بده کردند. معرفي رسوب ماهانه دبي تخمین و طغیداني دبيهای در اندازهگیری عدم به توجه با آنها مقیا در حتي رسوب سنجه منحني روش از استفاده بدا ولدي باشدد همدراه قطعیدت عدم با ميتواند ماهانه 1 Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer
/ نشریه علمي پژوهشي مهندسي و مدیریت آبخیز جلد 7 شماره 93 پژوهش حاضر از روش حدد وسدط دسدتههدا در دوره 337 تا 887 برای تولید سری دادههای مشداهدهای توجه به شرایط اندازهگیری بار معلق در رودخاندههدای ایران روش منحندي سدنجه رسدوب را تنهدا راه بدرای تولید دبي رسوب ماهانه در حدال حاضدر دانسدتند. در استفاده شد و Erfanian(.)8 Bayazi جدول 1 مشخصات ایستگاههای مورد استفاده ردیف ایستگاه نوع ایستگاه طول جغرافیایي عرض جغرافیایي ارتفاع از سطح دریا )m( 38 97 9 80 آباجالو سفلي هیدرومتری و هواشناسي 8 97 8 تپیض هیدرومتری و هواشناسي 8 97 9 90 مرزسرو هیدرومتری و هواشناسي 9 38 97 93 9 گچي بارانسنجي 90 97 9 8 سینوپتیض هواشناسي ردیف 9 7 0 3 8 9 7 0 3 8 9 7 0 3 جدول مقادیر بهینه پارامترهای مدل در دوره واسنجي برای برآورد ماهانه دبي جریان و رسوب نام پارامتر عامل جبران تبخیر در خاک هدایت هیدرولیکي کانال هدایت هیدرولیکي اشباع درصد نفوه به سفره عمیق چگالي توده خاک بیشینه نگهداشت تا پوشش ضریب زبری برای دامنه دمای بارش برف دمای هوب برف بیشینه نرخ هوب برف کمینه نرخ هوب برف شماره منحني روش SCS آب قابل دستر خاک عمق اولیه آب زیرزمیني زمان تاخیر آب زیرزمیني ضریب تبخیر آب زیرزمیني ابت تخلیه آب زیرزمیني ضریب زبری کانالهای فرعي بازده سفره کم عمق عمق آستانه جریان سفره کم عمق آستانه عمق آب در سفره کم عمق گرادیان ارتفاعي بارش عامل جبران برداشت آب گیاه عامل پوشش کانال عامل فرسایشپذیری کانال بیشینه مقدار رسوب در کانال مقدار رسوب در کانال عامل عملیات حفاطتي در USLE عامل فرسایشپذیری خاک در USLE واحد مشخصه پارامتر مقدار پارامتر )دبي( مقدار پارامتر )رسوب( 8 0/ /9 8/3 /0 /3 /0 /3 9/7 9/9 7/9 8 8/90 93/ /8 8/07 8/ 8/ 90 73 / 8/807 8/ 8/33 8/8887 / 8/8 8/3 8 ESCO میليمتر در ساعت میليمتر در ساعت /9 / 8/38 /73 CHK SOLK RCHRG_DP SOL_BD گرم در سانتيمتر مکعب میليمتر / /8 /93 CANMX OV_N SMTMP درجه سانتيگراد درجه سانتيگراد درجه سانتيگراد درجه سانتيگراد /0 / 9/ 8 8/3 SFTMP SMFMX SMFMN CN SOL_AWC میليمتر در میليمتر متر روز 79/3 8/8 8/8 8/ GWHT GW_DELAY GW_REVAP ALPHA_BF CHN روز متر مکعب در متر مکعب میليمتر 8/7 99/ 7/0 GWSPYLD GWQMN REVAPMN میليمتر در کیلومتر /7 8/9 8/ 8/0 8/8887 /7 8/07 8/ TLAPS EPCO CH_COV CH_EROD SPCON SPEXP USLE_P USLE_K
شبیهسازی ماهانه دبي جریان و رسوب حوزه آبخیز نازلوچای با مدل و اولویتبندی نواحي تولید رسوب /7 10 NSE Rfactor Pfactor 0/701/88 100 0/77 دبی)مترمکعببرثانیه( 80 60 0 0 0 0/77 ο 0 6 8 101 6 8 101 6 8 101 6 8 101 6 8 101 6 8 101 6 8 101 6 8 101 6 8 101 6 8 101 6 8 10 337 330 333 888 88 889 88 88 88 700 شکل محدوده عدم قطعیت به همراه ماه مقادیر دبي جریان ماهانه برآوردی )337887( در دوره واسنجي مدل دبی)مترمکعببرثانیه( 10 100 0 NSE Rfactor Pfactor 0 /8 1 / 3 0 / ο 0 88 1 3 6 7 8 9 10 11 1 1 3 6 7 8 9 10 11 1 1 3 6 7 8 9 10 11 1 1 3 6 7 8 9 10 11 1 339 33 33 33 ماه شکل 3 محدوده عدم قطعیت به همراه مقادیر دبي جریان برآوردی )33933( در دوره اعتبارسنجي مدل n در مراحدل واسدنجي و اعتبارسدنجي مددل توابدع هددف R )ضدریب تعیدین( RMSE )جدذر میدانگین مربعددات خطددا( NSE )ندداشسدداتکلیف( و MBE )میانگین خطا( مطابق روابدط )( الدي )( بدهوسدیله RMSE R نرمافزار مذکور قابل محاسبه ميباشند. که در آنها بیدانگر تعدداد دادههدا )در مقیدا ماهانه برابر تعداد ماههای دارای مقادیر انددازهگیدری( Q O Q O Q E مقدار برآوردی دبي جریان یا دبدي رسدوب مقدار مشاهدهای دبي جریدان یدا دبدي رسدوب و میانگین مقادیر مشاهده ای دبي جریان یا دبي رسدوب در دوره واسنجي یا اعتبارسنجي مدل ميباشند. نتایج در شکلهای تا نتایج واسنجي و اعتبارسدنجي و در جدول 9 نتایج معیارهای ارزیابي مدل ارا ده شدده است. مقدار ضریب NSE برای تخمین دبي جریدان در مراحل واسنجي و اعتبارسنجي مددل بدهترتیدب برابدر 8/78 و 8/0 و برای تخمین دبدي رسدوب بدهترتیدب برابر 8/ و 8/7 بهدست آمد )جدول (. اگدر معیدار ناشساتکلیف بیشتر از 8/7 باشد به منزلده کدارایي مطلوب مقادیر بین 8/9 تا 8/7 بیانگر رضایتبخش بودن و مقدار کمتر از 8/9 به معني نارکارآمدد بدودن مددل مديباشدد Nash( و Walling 378 Sutcliffe.)88 n i1 n i1 ( Q E Q ) n O Q Q Q Q O O n Q Q Q Q n. O O E E i1 i1 n ( QE QO ) i MBE n NSE 1 m i1 m i1 ( Q E ( Q E E Q ) O O Q ) 1 Nash & Sutcliffe Efficiency Mean Bias Error E )( )( )9( )(
آبخیز مدیریت و مهندسي پژوهشي علمي نشریه 0/ 93 شماره 7 جلد 10000 8000 NSE Rfactor Pfactor 0 /8 1 / 0 / سوب سوب ο دبیرسوب)تندرماه( 6000 000 000 0 0 6 8 11 6 9 1 6 9 11 1 3 7 10 1 6 8 10 1 7 9 11 1 3 6 8 10 1 7 9 11 1 6 8 10 1 6 8 10 1 6 337 330 333 888 88 88 889 88 88 88 887 ماه 700 مدل سنجي وا دوره در )337887( برآوردی ماهانه رسوب دبي مقادیر همراه به قطعیت عدم محدوده شکل 0000 18000 16000 1000 1000 10000 8000 6000 000 000 0 1 7 8 9 11 1 1 6 7 8 9 10 11 1 3 7 8 10 11 1 1 3 6 7 9 10 11 1 339 33 33 33 ماه دبیرسوب)تندرماه( NSE Rfactor Pfactor سوب سوب 0 /78 1 / 8 0 / 70 ο مدل سنجي اعتبار دوره در )33933( برآوردی ماهانه رسوب دبي مقادیر همراه به قطعیت عدم محدوده شکل 8 متغیر جریان دبي رسوب دبي ماهانه رسوب دبي و جریان دبي تخمین برای اعتبارسنجي( و واسنجي )مراحل مدل کارایي معیارهای مقادیر جدول 3 مرحله واسنجي اعتبارسنجي واسنجي اعتبارسنجي MBE 8/70 8/0 39/0 0 NSE 8/78 8/0 8/ 8/7 RMSE 7/ 8/3 90 38/ R 8/7 8/0 8/7 8/7 Rfactor / /9 /0 / Pfactor 8/77 8/00 8/ 8/78 ضدریب )مقادیر 9 جدول مطابق NSE دبدي بدرای اسدا بدر اعتبارسدنجي( دوره در رسدوب و جریدان شدبیه کده گفدت ميتوان )339( ASCE معیارهای مددل توسدط رسوب دبي و جریان دبي سازی کدال در در بدهترتیدب چدای ندازلو آبخیدز حدوزه در مديگیرندد. قدرار رضایتبخدش و خوب خیلي کارایي ضریب R بداالی درصدد تبیدین بیدانگر موارد اکثر در درصدد( 78 از )بداالتر رسدوب و دبدي مقدادیر واریان مددل بهوسدیله مقدادیر مديباشدد. RMSE MBE و و بدوده کم خیلي رسوب به نسبت دبي مورد در جریدان ماهانده دبي تخمین در مدل باالتر دقت بیانگر دادههددای بددا تخمینددي مقددادیر بیشددتر مطابقددت یددا برای MBE معیار از معموال مدديباشددد. مشدداهدهای هر ميشود. استفاده تخمدین در اریبدي میزان محاسبه چه این ميدهد نشان باشد داشته فاصله صفر از معیار بین اختالف که مشاهدهای مقادیر مقدادیر 9 جددول بده توجه با مديباشدد. بیشتر تخمیندددي و Rfactor در دبدي شبیهسدازی برای اعتبارسنجي و واسنجي مراحل دبي تخمین برای و و /9 / برابر بهترتیب جریان / و /0 برابر رسوب کدارایي بیدانگر که ميباشند دو هدر در رسدوب شدبیهسدازی در مدل رضایتبخش مقادیر همچنین است. مرحله Pfactor مراحل این در 1 Satisfcatory
/3 رسوب تولید نواحي اولویتبندی و مدل با نازلوچای آبخیز حوزه رسوب و جریان دبي ماهانه شبیهسازی ایدن مقدادیر مديباشدد. 8/00 و 8/ برابدر بهترتیدب در مددل پایینتر قطعیت عدم بیانگر 9( )جدول عوامل ميباشد. رسوب دبي به نسبت جریان دبي تخمین مدل ماه برای جریان دبي تخمین در به توجه با و کرده عمل ضعیف فروردین و اسفند های از کمتر موارد بیشتر در را حداکثر های دبي شکل این بهعالوه است. زده تخمین شده اندازهگیری مقادیر ماههای در جریان دبي قبول قابل تخمین به قادر مدل نازلوچای آبخیز حوزه در ميباشد. بهار فصل اولیه نزوالت و است برخوردار ویژهای اهمیت از برف ریزش ميباشد. برفيباراني رژیم دارای حوضه این در جوی با را بارش مقدار مدل که است هکر به الزم برف یا باران بهصورت روزانه دمای میانگین از استفاده تخمین در مدل ضعف به توجه با ميکند. تقسیمبندی هوب از ناشي )رواناب فروردین اسفند ماهانه رواناب شده واسنجي مدل که گرفت نتیجه ميتوان برف( تخمین و برف هوب از ناشي رواناب شبیهسازی به قادر زماني محدوده این در هیدروگراف حداکثر دبيهای نميباشد. مدل Tolson و که کردند گزارش )88( Shoemaker )رگبارهای شدید وقایع شبیهسازی برای است نشده طراحي طغیاني( هیدروگراف با همراه تند مقادیر از کمتر را جریان او دبي مقادیر معموال و ميکند. برآورد مشاهدهای Chu و Shirmohammadi مدل از استفاده با )88( حوزه یض در نیست قادر مدل این که دادند نشان مریلند در آبخیز شبیهسازی ترسالي دوران در را هیدرولوژیض شرایط شبیه سیل هیدروگراف در نیز برف سریع هوب و کند هیدروگراف با آن انطباق عدم باعث شده سازی ميشود. مشاهدهای Tolson و )88( Shoemaker و فسفر میزان تخمین در مدل خطای ترین بزر مرتبط جریان او دبي برآورد در مدل ضعف را رسوب نازلوچای رودخانه در معلق بار اندازهگیری دانستند. بار دادههای و بوده پایه دبي شرایط به مربوط غالبا وجود رودخانه این در سیالبي دبيهای در معلق مدل پایین نسبتا کارآیي ميتوان لذا نداشت. حد تا جریان دبي به نسبت رسوب دبي تخمین در دانست. مرتبط موضوع این به زیادی ساالنه و ماهانه تخمین که داد گزارش )889( مدل بهوسیله رسوب روزانه مقیا از بهتر با و مدت بلند دادههای وجود ایشان عقیده به و است طغیاني و آبي کم شرایط در معلق بار باالی کیفیت روزانه مقیا در مدل کارایي بهبود باعث ميتواند شده واسنجي مدل کاربرد نتایج و 9 شکلهای شود. واسنجي مرحله در رسوب و جریان دبي تخمین در را ميدهد. نشان 3393 آماری دوره در 3 از که داد نشان حساسیت آنالیز از حاصل نتایج دبدي بدرای واسدنجي مرحلده در استفاده مورد پارامتر پدارامتر رسدوب دبدي بدرای و پارامتر هشت جریان پارامترهدا تدرین حسا جدول در که بودند حسا بداراني برفدي رژیدم بده توجه با است. شده داده نشان در مددل حسدا پدارامتر دو نازلوچدای آبخیدز حوزه مدي بدرف خصوصدیات بده مربدوط جریان دبي برآورد باشد. ای واسنجي از بعد فرسایش: بحرانی نواحی پارامترهای بهینه مقدار مدل بهینهسازی و وارد مدل دیتابی در و شد استخرا استفاده مورد مقادیر سپ شد. اجرا اعبتارسنجي مرحله در مدل جداول روی از آبخیز زیرحوزه 7 ویژه رسوب ساالنه بحراني نواحي و شد محاسبه برنامه خروجي بود دیگر زیرحوضههای از بیشتر آنها ویژه رسوب که و 9 7 زیرحوضههای شکل مطابق شد. تعیین دارند. را ویژه رسوب تولید بیشترین بهترتیب بوده مرتع غالب کاربری دارای 9 و 7 زیرحوضههای در خاک جن ميباشد. باغ آنها درصد 8 حدود و نوع از 7 زیرحوضه Silty Clay Loam مساحت و ميباشد. Sandy Clay Loam نوع از آن از کمي تا بین 8 زیرحوضه این مختلف قسمتهای شیب زیرحوضه مساحت کل از ميباشد. درصد 8 8 و بوده سنگي توده بهصورت درصد حدود اراضي شامل درصد حدود و باغات شامل آن درصد کشاورزی نامناسب فعالیتهای ميباشد. مرتعي باالدست مناطق پتانسیل مراتع از غیراصولي استفاده نسبت شیب عامل شدن غالب باعث رواناب تولید در تولید و فرسایش تشدید باعث و شده گیاهي پوشش به لذا است. شده زیرحوضهها این در رسوب باالی مقادیر بهوسیله حفاظتي و مدیریتي اقدامات هرگونه زیرحوضه در باید بهترتیب بایستي اجرایي بخشهای Gholami
آبخیز مدیریت و مهندسي پژوهشي علمي نشریه 8/ 93 شماره 7 جلد 9 7 های و بیشتر تلفات از تا شوند متمرکز شود. جلوگیری آنها در خاک حساسیت آنالیز از حاصل جدول نتایج ردیف جریان دبي به پارامترها حساسترین حسا رسوب دبي به پارامترها ترین )CN ( رطوبتي شرایط در منحني شماره )ALPHA_BF( زیرزمیني جریان تخلیه ابت )CH_K( اصلي کانال در ر مو هیدرولیکي هدایت )SMTMP( برف هوب دمای )SMFMN( برف هوب نرخ حداقل )CN( رطوبتي شرایط در منحني شماره )CH_N( اصلي کانال در مانینگ n ضریب )SPCON( کانال در رسوب مقدار ماکزیمم USLE معادله در )P( خاک حفاظتي عامل USLE معادله در )K( خاک پذیری فرسایش عامل 9 سال( در هکتار در )تن ویژه رسوب ساالنه میانگین نظر از آبخیز زیرحوزههای اولویتبندی نقشه شکل ميباشند. نازلوچای آبخیز حوزه در نواحي بحرانيترین بهعنوان بهترتیب و 9 7 آبخیز حوزههای زیر نتیجهگیری توزیعي و نیمهفیزیکي مدل از پژوهش این در الگوریتم و SUFI برنامه در CUP ماهانه دبي تخمین هدف با قطعیت عدم تحلیل برای بهطور نازلوچای آبخیز حوزه در رسوب دبي و جریان مدل ضعف دالیل از یکي شد. استفاده موفقیتآمیزی رابطه از استفاده رواناب جریان بیشینه تخمین در SCS رواناب محاسبه در Abbaspour( است و یا منحني شماره روش 887(. همکاران SCS برای نمي مناسب برفي رژیم با کوهستاني آبخیز حوزههای واقعه یض برای را رواناب مقدار روش این چون باشد ميکند. برآورد متوسط خاک رطوبت شرایط با رگبار مدل که داد نشان تحقیق این نتایج در عمل بهتر رسوب دبي به نسبت جریان دبي تخمین عدم یا خطا وجود بهدلیل موضوع این و ميکند مبنای بر رسوب ماهانه دبي دادههای تولید در قطعیت
/ رسوب تولید نواحي اولویتبندی و مدل با نازلوچای آبخیز حوزه رسوب و جریان دبي ماهانه شبیهسازی و ميباشد مربوط دستهها وسط حد روش سنجه منحني در 889(. Gholami 8 Bayazi Erfanian( ساالنه میانگین تولید نظر از بحراني زیرحوضههای کاربری تغییر سال( در هکتار در )تن ویژه رسوب یرات تأ )کشاورزی دیگر کاربریهای به )مراتع( اراضي آب سطح سطحي رواناب بر توجهي قابل منفي زیرحوضه سیلخیزی و رودخانهای جریان زیرزمیني تغییر ميرسد نظر به رو این از دارد. آبخیز های و شدید فرسایش وقوع دلیل مهمترین اراضي کاربری باشد. بحراني زیرحوضههای در باال رسوب تولید از توجهي قابل سطح که این به توجه با بنابراین مرتعي غالب پوشش با اراضي شامل حوضه مساحت با بحراني نواحي در اجرا بخش که است الزم لذا است کاربری تغییر از جلوگیری گیاهي پوشش مدیریت سایر به متوسط و خوب مراتع )تبدیل اراضي در را مراتع توسعه و اصال روشهای کاربریها( این خاک و آب منابع مدیریت و کنترل جهت مناسب اقدامات و کرده برنامهریزی زیرحوضهها یا زیرحوضهه در را سازهای و ترویجي بیولوژیکي دهد. انجام اولویت بهترتیب بحراني منابعمورداستفاده 1. Abbaspour, K.C., J. Yang, I. Maximov, R. Siber, K. Bogner, J. Mieleitner, J. Zobrist and R. Srinivasan. 007. Modelling hydrology and water quality in the prealpine/alpine Thur watershed using. Journal of Hydrology, 333: 13 30.. Abbaspour, K.C. 007. User Manual for CUP calibration and uncertainty analysis programs. Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Eawag, Dübendorf, Switzerland, 9 pages. 3. Akhavan, S., J. AbediKoupai, S.F. Mousavi, M. Afyuni, S.S. Eslamian and K.C. Abbaspour. Application of model to investigate nitrate leaching in Hamadan Bahar Watershed, Iran. Agriculture, Agriculture Ecosystems and Environment, 139: 67 688.. Alansi, A.W., M. Amin, S.M. Abdul, G. Halim, H.Z.M. Shafri and W. Aimrun. 009. Validation of model for stream flow simulation and forecasting in Upper Bernam humid tropical river basin, Malaysia. Hydrology and Earth System Sciences, 6: 781 7609.. ASCE. 1993. Criteria for evaluation of watershed models. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 119: 9. 6. Bekiaris, I.G., I.N. Panagopoulos and N.A. Mimikou. 00. Application of the model in the Ronnea catchment of Sweden. Global Journal, 3: 7. 7. Chu, T.W. and A. Shirmohammadi. 00. Evaluation of the model s hydrology component in the piedmont physiographic region of Maryland. ASAE, 7: 1071073. 8. Erfanian, M. and M. Bayazi. 011. The evaluation of extrapolation methods for the estimation of river suspended loads in the West Azerbaijan Province. Final Report of the research project of West Azarbaijan Regional Water Corporation, 8 pages (in Persian). 9. Faramarzi, M., K.C. Abbaspour, R. Schulin and H. Yang. 009. Modelling blue and green water resources availability in Iran. Hydrological Processes, 3: 86 01. 10. Ghaffari, G., J. Qadusi and H. Ahmadi. 009. Investigating the hydrological effects of land use change in catchment, case study: Zanjanrood Basin. Journal of Soil and Water Conservation, 16: 163180 (in Persian). 11. Gholami, Sh. 003. The simulation of daily sediment yield by using distributed model in mountainous catchments (Amameh Catchments). Research and Construction, 9: 933 (in Persian). 1. Nash, J.E. and J.V. Sutcliffe. 1970. River flow forecasting through conceptual models part I A discussion of principles. Journal of Hydrology, 10: 8 90. 13. Ndomba, P.M., F.W. Mtalo and A. Killingtveit. 007. Sediment yield modeling using model at a large and complex catchment: Issues and approaches. A case study of Pangani River catchment, Tanzania, International Conference, Institute for Water Education Delf, The Netherlands, Jully 6, 007. 1. Omani, N., M. Tajrishi and A. Abrishamchi. 006. Simulation of river flow using GIS and model. Seventh International Seminar on River Engineering, Shahid Chamran University, 8 pages (in Persian). 1. Talebizadeh, M., S. Morid, S.M. Ayyoubzadeh and M. Ghasemzadeh. 010. Uncertainty analysis in sediment load modeling using ANN and model. Water Resources Management, : 177 178. 16. Tolson, B.A. and C.A. Shoemaker. 00. Watershed modeling of the cannonsville basin using 000: Model development, calibration and validation for the prediction of flow, sediment and
/ نشریه علمي پژوهشي مهندسي و مدیریت آبخیز جلد 7 شماره 93 phosphorus transport to the Cannonsville reservoir. Technical Report, School of Civil and Environmental Engineering, Cornell University, Ithaca, N. Y. 17. Walling, D.E. 00. Using environmental radionuclides to trace sediment mobilization and delivery in river basins as an aid to catchment management. Proceedings of the 9th International Symposium on River Sedimentation, 1113. 18. Xu, Z.X., J.P. Pang, C.M. Liu and J.Y. Li. 009. Assessment of runoff and sediment yield in the Miyun Reservoir catchment by using model. Hydrological Processes, 3: 36193630.
9 /Watershed Engineering and Management Volume 7, Issue, 016 Monthly simulation of streamflow and sediment using the in Nazlochai and prioritization of critical regions Mahdi Erfanian *1, Mansor Bayazi, Hirad Abghari 3 and Abazar Esmali Ouri 1 Assistant Professor, Faculty of Natural Resources, Urmia University, Iran, MSc Graduated, Faculty of Natural Resources, Urmia University, Iran, 3 Associate Professor, Faculty of Natural Resources, Urmia University, Iran and Associate Professor, Faculty of Technology of Natural Resources, Mohaghegh Ardabili University, Iran Received: 08 November 01 Accepted: 30 March 013 Abstract Soil erosion from socioeconomic and environmental aspects of view is important, and decision making for applying proper watershed management practices is essential to control or mitigate it. In recent years, the Soil and Water Assessment Tool () model as widelyused tool have been applied to simulate flow discharge, sediment yield, and to evaluate watershed management practices in reducing runoff and sediment yield. This research aims to simulate monthly flow discharge and sediment yield using the model to identify critical subwatersheds yielding specific sediment in Nazlochai watershed, located in the West of the Urmia Lake. In this study, a monthly stream flow and sediment discharges data series were used during 1997 007 for model calibration and 1993 96 for validation. To evaluate model efficiency, some statistical criteria consist of the determination coefficient (R), the Root Mean Square Error (RMSE), the NashSutcliffe Efficiency (NSE), and the Mean Bias Error (MBE) was used. For the sake of model calibration, validation and uncertainty analysis, the SUFI program was utilized, which it is included in the CUP software as a public domain program. The NSE values for simulating monthly flow discharge in calibration and validation periods were 0.7 and 0.8, while for monthly sediment discharge simulation were 0.6 and 0.7, respectively. The evaluation criteria showed that the model is satisfactory capable to predict monthly flow and sediment discharges. To identify critical areas, the calibrated model was applied in validation period. Out of 17 subwatersheds, subwatersheds 17, 13, and 16 with the highest amounts of Specific Sediment Yield (SPY) in ton/ha/year were identified as critical subwatersheds and were prioritized respectively for soil conservation and management purposes. Keywords: Critical watersheds, Model calibration, Predict flow, Predict monthly flow, SUFI * Corresponding author: erfanian.ma@gmail.com