SUPERVISOR
Sayyed-Saeid Eslamian,Ali asghar Besalat pour,Mohammad Javad Zareian
سیدسعید اسلامیان (استاد راهنما) علی اصغر بسالت پور (استاد مشاور) محمد جواد زارعیان (استاد مشاور)
STUDENT
Ghazale Torkan
غزاله ترکان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
TITLE
Modeling Water Balance in Zayandeh-Rud River Basin Using SWAT Hydrological Model
Zayandeh-Rud river basin as one of the major industrial and demographic poles due to water supply in different parts of Isfahan and Chaharmahal-va-Bakhtiari provinces as well as the complexity of social and economic issues involved in the optimal management of water resources in the basin, today there is a severe crisis and the Irregular issues upstream - downstream. Accurate and systematic identification of hydrologic conditions and available water resources is essential for sustainable management in the basin. This makes clear the scientific and applied value of the water balance. Estimation of water balance at the river basin requires processing large amounts of spatial information therefore using GIS tools is inevitable. In the present study, the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) a conceptual and semi-distributive model was used to simulate the water balance on the Zayandeh-Rud river basin. For this purpose, the input required data consist of digital elevation model, land use map, soil texture map and meteorological information including daily rainfall data and minimum and maximum temperature data were introduced to the model then the model was implemented with these data. Sensitive SWAT parameters Effective on stream flow were detected using the SUFI2 algorithm in SWAT-CUP program. The model was calibrated and evaluated on a monthly scale with the parameters selected in the sensitivity analysis step by Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) as a target function and also using the data from three hydrometric stations in the basin (Polzamankhan, Mousian and Diziche). The model was calibrated for 2000-2006 period and evaluated for 2007-2009 period. The results showed that calibrated model for Zayandeh-Rud river basin has good performance for both calibration and validation periods. Therefore, the SWAT model has acceptable performance in simulating the water balance of the Zayandeh-Rud river basin. In this study, in order to assess the impact of climate change used the GCMs model from the fifth phase of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5) (under three scenarios RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5) that has published by IPCC. Output data from global climate models (GCMs) were introduced to the LARS-WG climate generator after spatial downscaling and future climate data was generated by this generator. The data of these models were evaluated in the historical period with observation data of the basin and assessed by the Root Mean Squared Error (RMSE) method, and then the model which corresponds to the most consistent with the observational data of each climatic parameter in each station was used to predict the future climate data. For this purpose, the base period was selected from 1971 to 2005 and the climatic data for each parameter at each station was predicted for the period 2040-2049. Finally, the effects of climate change on the water balance components including the evapotrairation, surface runoff, lateral flow, Groundwater flow, aquifer recharge, Snow fall and water yield were investigated. Among all the water balance components, the evapotrairation has the highest share of the water balance which in the future will increase 0.8mm under RCP2.6 and RCP4.5 and 0.9 mm in RCP8.5. Surface runoff will increase 11.2, 9.7 and 9.2 mm respectively in RCP2.6, RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. The groundwater flow will increase 2.5 mm in RCP2.6 and RCP4.5 scenarios and 2.33 mm in RCP8.5 scenario. The amount of lateral flow compared with other components is negligible and there will be no significant changes between 2009 and 2049. Keywords: Water Balance, SWAT Model, SUFI2 Algorithm, Climate Change, Zayandeh-Rud River Basin
حوضه زاینده رود به عنوان یکی از قطب های بزرگ صنعتی و جمعیتی به علت تامین نیازهای آبی استان های اصفهان و چهار محال بختیاری در بخش های مخلف و همچنین به دلیل پیچیدگی مسائل اجتماعی و اقتصادی دخیل در مدیریت بهینه منابع ومصارف آب در حوضه امروزه دچار بحران شدید و مسائل ناموزون بالادست- پایین دست شده است. شناخت دقیق و سیستماتیک وضعیت هیدرولوژیک و منابع آب موجود، امری ضروری برای مدیریت بهینه مصارف موجود در حوضه به نظر می رسد. این امر ارزش علمی و عملی بیلان آبی را بدیهی می سازد. تدوین بیلان آب در سطح حوضه آبریز نیاز به پردازش حجم زیادی از اطلاعات مکانی دارد و لذا استفاده از ابزار GIS و مدل های مفهومی امری اجتناب ناپذیر است. در این تحقیق از مدل SWAT که مدلی مفهومی و نیمه توزیعی در مقیاس حوضه آبریز است برای شبیه سازی هیدرولوژیک حوضه زاینده رود استفاده شد. اطلاعات مورد نیاز ورودی شامل نقشه های رقومی ارتفاعی، کاربری اراضی، خصوصیات خاک و اطلاعات هواشناسی شامل داده های روزانه بارش و دمای کمینه و بیشینه روزانه به مدل معرفی شده و مدل با این داده ها اجرا گردید. حساسیت پارامترهای موثر بر جریان با استفاده از الگوریتم SUFI2 در برنامه SWAT-CUP مورد ارزیابی گرفت. مدل ساخته شده با پارامتر های انتخاب شده در مرحله تحلیل حساسیت با استفاده از معیارهای نش- ساتکلیف به عنوان تابع هدف و همچنین به کارگیری داده های سه ایستگاه هیدرومتری پل زمان خان، موسیان و دیزیچه به صورت ماهانه مورد واسنجی و اعتبار سنجی قرار گرفت. واسنجی مدل برای سال های 2000 تا 2006 و اعتبارسنجی مدل برای سال های آماری 2007 تا 2009 انجام گرفت. نتایج نشان داد که مدل واسنجی شده برای حوضه آبریز زاینده رود از عملکرد مطلوبی برای هر دو دوره واسنجی و اعتبارسنجی برخوردار است. بنابراین مدل SWAT کارایی قابل قبولی جهت شبیه سازی بیلان آب منطقه دارا می باشد. در این پژوهش به منظور بررسی تاثیر تغییرات اقلیم در دوره های آتی از مدل های اقلیمی، از جدیدترین گزارش هیأت بین الدول تغییر اقلیم (گزارش پنجم تحت سه سناریوی انتشار RCP2.6، RCP4.5 وRCP8.5 استفاده گردید. داده های خروجی از مدل های گردش عمومی جو (GCM) پس از ریزمقیاس نمایی مکانی به مولد آب و هوایی LARS-WG معرفی گردید و داده ای اقلیمی آینده توسط این مولد تولید شد. به منظور بررسی تغییرات اقلیم، داده های این مدل ها در دوره تاریخی با داده های مشاهداتی حوضه و توسط معیار ارزیابی جذر میانگین مربعات خطا RMSE مورد ارزیابی قرار گرفتند و سپس مدلی که از بیشترین انطباق با داده های مشاهداتی هر پارامتر اقلیمی در هر ایستگاه برخوردار بود برای پیش بینی برای دوره آینده بکارگیری شد. سپس از این مدل ها برای شبیه سازی اقلیم آینده تحت سناریوهای تغییر اقلیم استفاده گردید. بدین منظور دوره زمانی پایه از سال 1971 تا 2005 انتخاب گردید و داده های اقلیمی برای هر پارامتر در هر ایستگاه برای دوره زمانی 2049-2040 پیش بینی شد. در نهایت اثرات تغییر اقلیم بر مؤلفه های بیلان آب شامل تبخیر و تعرق، رواناب سطحی و جریان جانبی، جریان آب زیرزمینی و تغذیه آبخوان مورد بررسی قرار گرفت. در میان تمامی مولفه های بیلان آب مورد بررسی فرآیند تبخیر و تعرق بیش ترین سهم تلفات را نسبت به دیگر مولفه های بیلان به خود اختصاص دادکه در دوره آینده تحت سناریوهای RCP2.6 و RCP4.5 8/0 میلی متر و در RCP8.59/0 میلی متر افزایش پیدا می کند. همچنین رواناب سطحی نیز در مقایسه با دوره پایه 2/11 ، 7/9 و 2/9 میلی متر به ترتیب در سناریوهایRCP2.6 ،RCP4.5 و RCP8.5 نسبت به دوره پایه افزایش خواهد داشت. جریان آب زیرزمینی نیز به مقدار 5/2 میلی متر در سناریوهای RCP2.6 و RCP4.5 همچنین 33/2 میلی متر در سناریوی RCP8.5نسبت به دوره پایه افزایش خواهد یافت. . مقدار جریانی جانبی در مقایسه با سایر مولفه ها بسیار ناچیز است و تغییر قابل توجهی درطی سال های 2009 تا 2049 نخواهد داشت. واژه های کلیدی: بیلان آب، شبیه سازی هیدرولوژیک مدل SWAT، الگوریتم SUFI-2، تغییر اقلیم، حوضه آبریز زاینده رود