23589

توسعه مدل SWAT در شبيه سازي سرنوشت و انتقال مولفه هاي شوري در سطح حوضه آبريز

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران

1400_1399

29/11/1399

دكتر مطهره سعادت پور و دكتر حسين عليزاده

عمران

حوضه آبريز مند واقع در جنوب كشور و در محدوده استان فارس و بوشهر با اقليم خشك و نيمه خشك، با مشكلات متاثر از گنبدهاي نمكي مواجه و اثرات آن بر منابع آب و خاك منطقه مواجه است. در اين پژوهش، منطقهاي حد فاصل ايستگاه دهرود فيروزآباد-رودخانه دهرم- ايستگاه هيدرمتري دهرم، شاخه اتصالي رودخانه دژگاه تا محدوده ايستگاه هيدرومتري قنطره به مساحت 7000 كيلومتر مربع مورد مطالعه قرار ميگيرد. عامل اصلي شوري رودخانه تحت مطالعه، گنبد نمكي است كه سنگ نمك آن سديم كلريد است. شبيه سازي هيدرولوژيكي منطقه در مدل SWAT، انجام و براي واسنجي، اعتبار سنجي و آناليز عدم قطعيت آن از الگوريتم SUFI_2 در نرم افزار SWAT_CUP استفاده ميگردد. نتايج واسنجي دبي مدل براي دوره زماني به مدت چهار سال 2011_2008 در مقياس ماهانه بر اساس معيار‌‌هايP_factor،R_factor و توابع هدف NS و R2 به ترتيب در ايستگاه هيدرومتري احمد آباد دهرم 0.75، 0.68، 0.61 و 0.64، در ايستگاه دژگاه 0.48، 0.25، 0.59 و 0.59 و در ايستگاه قنطره 0.54، 0.21، 0.78 و 0.79 حاصل گرديد كه نتايج قابل قبولي است. اعتبار سنجي مدل براي دوره زماني دو ساله (2013_2012) انجام و به دليل فصلي بودن رودخانه در ايستگاه دژگاه و خشكي آن در دوره اعتبارسنجي صرف نظر ميگردد. شاخصههاي آماري ارزيابي عملكرد مدل هيدرولوژيكي در دوره اعتبارسنجي بيانگر عملكرد مناسب مدل هيدرولوژيكي توسعه يافته از محدوده تحت مطالعه است. به منظور شبيهسازي شوري و يون‌هاي عامل آن ماژولي در محيط اينتل ويژوال فرترن در كنار كد اصلي برنامه SWAT توسعه و تكنيك عددي تفاضل محدود براي مدل سازي شوري منابع آب در طول رودخانه‌هاي اين حوضه بكار گرفته ميشود. حل معادله انتقال _ انتشار در يك بعد با روش‌هاي حل تفاضل محدود FTCS و Saulyev و مبتني بر تعريف شرايط مرزي مختلف، در گام زماني روزانه در دوره 2013_2008 در ماژول توسعه داده شده گنجانده شده كه دوره واسنجي2011_2008 و دوره اعتبار سنجي 2013_2012 است. قابليت شبيهسازي يون‌هاي پتاسيم، سديم، منيزيم، كلسيم، سولفات، كلر و جامدات محلول حل شده در آب رودخانه در ماژول شبيهسازي شوري تعريف گرديد. نتايج شبيه سازي براي يون‌هاي سديم، كلر و جامدات محلول حل شده در آب طبق شرايط مرزي دوم بر اساس تابع هدف R2 و NRMSEدر ايستگاه احمد آباد دهرم طبق روش FTCS ‌ در دوره اعتبارسنجي به ترتيب 0.64، 0.66، 0.50 و 0.21، 0.2 ، 0.24و طبق روش Saulyev 0.69، 0.7، 0.63 و 0.21، 0.2، 0.22 حاصل گرديد. نتايج شبيهسازي در ايستگاه قنطره طبق روش FTCS 0.84، 0.90، 0.92 و 0.41 0.39، 0.27 و طبق روش Saulyev 0.81، 0.81، 0.89و 0.45، 0.4، 0.37 حاصل گرديد. كمترين دقت شبيه سازي بين يون‌هاي عامل شوري، مربوط به دو عنصر منيزيم و سولفات است. بر اساس نتايج حاصل، در مجموع تكنيك عدديSaulyev اندكي بهتر از FTCS در شبيهسازي عاملهاي شوري عمل نموده است.

1400/02/30

SWAT model development to simulate salt ions fate and transport at the watershed scale

2/18/2022 12:00:00 AM

Mond River Basin is located in South of Iran between Fars and Bushehr provinces with arid and semi-arid climate. Unfortunately, the water and soil resources in the study area have been affected by salt domes. The geographic zones between Dehroud, Dehram, Dejgah tributary to Ghantareh hydrometric stations, with 7000 km2 area, have been considered in soil and water assessment modelling. The sodium chloride (NaCl) is the main factor of the salinity in the Mond River. The hydrological simulation model of the study area in the SWAT tool has been calibrated and validated in SWAT_CUP software based on SUFI-2 algorithm and uncertainty analysis. The calibration process on monthly discharges in hydrometric stations is accomplished based on 2008 to 2011 time horizons. The statistical indicators, P_factor and R_factor criteria and NS and R2 objective functions, in calibration processes in Dehram, Dejgah, and Ghantareh hydrometric stations are 0.75,0.68,0.61,0.64; 0.48,0.25,0.59,0.59; and 0.54, 0.21, 0.78, 0.79, respectively. The validation of SWAT model has been done based on 2012 to 2013 time-horizon. In validation process, the Dejgah hydrometric station has been ignored due to seasonal and drought characteristic. The statistical indicators in validation process of SWAT model are in good and acceptable ranges. A salinity module is added in SWAT source code in the Intel Visual Fortran environment to depict salinity indicators and TDS based on finite difference method. FTCS and Saulyev techniques have been applied to solve 1D advection-diffusion equation based on various boundary condition on the 2008_2013 time horizons. The calibration process based on the 2008 to 2011 and the Validation has been done based on the 2012 to 2013. The salinity indicators consist of K, Na, Mg, Ca, SO4, Cl and TDS parameters have been included in the developed salinity module of SWAT tool. The results indicate in Dehram hydrometric station, R2 and NRMSE criteria on Na, Cl and TDS parameter validation based on boundary condition 2 are 0.64, 0.66, 0.50 and 0.21,0.2,0.28 according to FTCS and 0.69, 0.71, 0.64, and 0.21,0.22,0.29 according to Saulyev techniques. The statistical criteria in Ghantareh hydrometric station on Na, Cl and TDS parameter validation are 0.84,0.91,0.92, and 0.41,0.39,0.27 according to FTCS and 0.81,0.89,0.89, and 0.45,0.4,0.37 according to Saulyev techniques. The results show low accuracy in simulation of Ca and SO4 parameters in the developed salinity module of SWAT. Based on the result, application of Saulyev technique could result in better depictions of salinity indicators in comparison with FTCS technique.

تكنيك تفاضل محدود , حوضه آبريز مند , معادله انتقال_ انتشار

SWAT , SWAT_CUP