بررسی تغییرات زمانی و مکانی مؤلفه‌های بیلان آب و هیدروگراف تفکیک شده 
حوزه آبخیز ارازکوسه از طریق مدلسازی تغذیه آب زیرزمینی با مدل WetSpass

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه گرگان

2 دانشگاه

3 استادیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع‌طبیعی و علوم زمین ، دانشگاه شهرکرد

4 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

5 استادیار گروه آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه جیرفت

6 هیات علمی/ دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

10.22069/jwsc.2020.17733.3330

چکیده

سابقه و هدف: یکی از فاکتورهای مهم و اساسی در توسعه و مدیریت پایدار منابع آب زیرزمینی، تغذیه آب زیرزمینی است. البته با توجه به ارتباط مؤلفه‌های بیلان آب سایر عوامل هیدرولوژیکی را نیز باید در نظر گرفت. برآورد میزان تغذیه یک فرآیند پیچیده و چالشبرانگیز است. به این دلیل که تغذیه به متغیرهایی محیطی دیگر از قبیل کاربری اراضی، توپوگرافی، خاک، شرایط اقلیمی و دیگر ویژگیهای هیدرولوژیکی وابسته است. در پژوهش حاضر، به کمی‌سازی مؤلفه‌های بیلان آب در مقیاس زمانی ماهانه با رویکرد توزیعی با استفاده از مدل WetSpass پرداخته شده است.
مواد و روشها: با استفاده از مدل WetSpass و دادههای بارش، دما، تبخیر، سرعت باد، عمق آب زیرزمینی و نقشههای بافت خاک، توپوگرافی و کاربری اراضی حوزه آبخیز ارازکوسه مؤلفه‌های بیلان آبی شامل تبخیروتعرق، رواناب، برگاب و تغذیه آب زیرزمینی طی سالهای آماری 2015 -2001 در مقیاس ماهانه با قدرت تفکیک مکانی 100 متر در 100 متر شبیهسازی شد.
یافتهها: نتایج حاصل از تحقیق با توجه به معیارهای ارزیابی مورداستفاده در دورههای واسنجی و اعتبارسنجی اجزای هیدروگراف جریان شامل رواناب مستقیم، جریان پایه و جریان کل شبیهسازی توسط مدل و هیدروگرافهای تفکیک‌شده با استفاده از نرمافزار WHAT نشاندهنده کارایی خوب مدل WetSpass برای شبیهسازی تغذیه آب زیرزمینی و سایر مؤلفه‌های بیلان آبی حوزه آبخیز ارازکوسه میباشد. لازم به ذکر است که مقادیر ضریب نش- ساتکلیف بهعنوان معیار ارزیابی رایج در شبیهسازیهای هیدرولوژیکی برای رواناب مستقیم برای دوره واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب برابر با 6/0 و 54/0، برای جریان پایه برای دوره واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب برابر 55/0 و 53/0 و برای رواناب کل برای دوره واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب برابر 63/0 و 56/0 به دست آمد. بررسی توزیع زمانی- مکانی مؤلفه‌های بیلان آب در ماههای مختلف در انواع کاربری اراضی و طبقات شیب مختلف نشان داد که میزان تغییرپذیری مؤلفه‌ها بهطور قابل‌توجهی تحت تأثیر فاکتورهای اقلیمی بهویژه بارش، تغییرات فصلی، ویژگیهای فیزیوگرافی، پوشش گیاهی و کاربری منطقه میباشد. بهنحوی که در مناطق جنگلی حجم سالانه تغذیه و رواناب با توجه به سطح زیرپوشش این کاربری به ترتیب برابر با 23115791 مترمکعب و 1776217 مترمکعب میباشد که بیشترین سهم تغذیه آب زیرزمین در اراضی جنگلی مربوط به طبقه شیب صفر تا 10 درصد میباشد و بیشترین سهم رواناب در این کاربری متعلق به شیبهای بالاتر از 30 درصد میباشد. بیشترین حجم رواناب سالانه در حوزه آبخیز ارازکوسه به اراضی مسکونی در شیبهای متوسط و بالا با توجه به درصد سطح تحت پوشش و برابر با 156300 مترمکعب میباشد.
نتیجه گیری: با توجه به ارزیابی مؤلفه‌های بیلان آب می‌توان بیان کرد تغذیه به عنوان عامل مهم بررسی برهمکنش آب سطحی و زیرزمینی شناخته شده است. از طرفی مؤلفه مذکور تحت تأثیر فاکتورهای مختلف اقلیمی و فیزیوگرافی و پوشش گیاهی و کاربری اراضی حوزه آبخیز میباشد، به همین دلیل تخمین صحیح میزان آن میتواند نقش مهمی در مدیریت و توسعه پایدار منابع آب سطحی و زیرزمینی داشته باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Temporal and Spatial Variations of Water Balance Components and Hydrograph Separation of Arazkouse Watershed through Groundwater Recharge Modeling using WetSpass Model

نویسندگان [English]

  • zeinab mahmoodi 1
  • Abdolreza Bahremand 2
  • Khodayar Abdollahi 3
  • Amir Sadoddin 4
  • Shapour Kuhestani 5
  • Chooghi Bairam Komaki 6
1 gorgan univrsity
3 Associate Professor, Faculty of Water Resource Engineering, Shahrekord University
4 Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
5 Assistant Professor, Faculty of Agriculture Sciences, Department of Water Engineering, University of Jiroft
6 Faculty member / Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
چکیده [English]

Background and aims: Groundwater recharge is one of the most important factors in sustainable development and management of groundwater resources. Obviously, other hydrological, social and economic factors should also be considered. Estimation of recharge is a complex and challenging process. This is due to this fact that recharge is dependent on variables such as land use, topography, soil, climatic conditions, as well as on other hydrological factors. In this research, the monthly water balance components were estimated using distributed WetSpass model.

Materials and methods: In this research, water balance components including evapotranspiration, interception, runoff, and groundwater recharge for the Arazkouse Watershed during the years 2001–2015 on a monthly basis at spatial resolution of 100 m * 100 m were simulated using WetSpass model and rainfall, temperature, evaporation, wind velocity, groundwater depth data and soil texture, topography and land use maps of the area.

Results: The findings in this research are based on evaluation criteria used in calibration and validation periods of flow hydrograph components including direct runoff, base flow, and total flow simulated by WetSpass model and hydrographs separated by WHAT software. The WetSpass model had a relatively satisfactory performance for simulating groundwater recharge and other hydrologic components of the Arazakouse watershed. It should be noted that the Nash-Sutcliffe coefficient values for the calibration and validation periods ​​as standard criteria of evaluation in the hydrological simulations for direct runoff are 0.6 and 0.51, respectively. In addition, considering the base flow, Nash-Sutcliffe coefficients for the calibration and validation periods were 0.55 and 0.50, respectively. The values for total runoff for calibration and validation periods were 0.63 and 0.53, respectively. After investigating the efficiency of the model, the temporal-spatial distribution of water balance components for different land use types and slope classes was investigated. The analysis shows that the variability of the hydrologic components is significantly affected by climate and its seasonal changes and also by characteristics of physiography, vegetation and land use.
The annual volume of recharge and runoff in the forest areas are 23115791 m3 and 1776217 m3 respectively. The highest proportion of runoff in this land use belongs to slopes above 30%. The highest volume of annual runoff in the Arazkoush watershed is in the residential areas in medium and high slopes with 156300 m3.

Conclusions: According to the research, it can be stated that the amount of water balance components, especially the amount of recharge as an important factor in the investigation of surface and groundwater interaction are influenced by climatic, physiographic, and land use/land cover factors . Therefore proper estimation of water balance components can play an important role in sustainable management and development of surface and groundwater resources.

کلیدواژه‌ها [English]

  • spatially distributed groundwater recharge
  • base flow
  • direct runoff