مدل‌سازی شوری اولیه منابع آب با استفاده از یک مدل نیمه‌توزیعی هیدرولوژیکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد /دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 استادیار /دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 استادیار /دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اردکان

چکیده

رودخانه حله واقع در جنوب کشور در سالهای اخیر با چالشهای متعددی در زمینه مدیریت آب و بطور خاص شوری مواجه بوده است. یکی از دلایل عمده شور شدن آب این رودخانه با حرکت از بالادست به پایین‌دست، شوری اولیه تحت تاثیر وجود سازندهای زمین‌شناختی شور و گنبدهای نمکی در سطح حوضه است. با این توجه در این تحقیق یک ابزار تحلیلی برای مدل-سازی شوری منابع آب در سطح حوضه آبریز رودخانه توسعه داده می‌شود و برای مدلسازی شوری اولیه در یکی از زیرحوضه‌های رودخانه حله بکار می‌رود. مدل مذکور از دو جزء بهم مرتبط بیلان آب و بیلان نمک تشکیل شده که برای بیلان آب از مدل شبیه‌سازی SWAT، که نسخه اصلی آن قادر به مدل‌سازی شوری منابع آب نیست، بهره برده و جزء بیلان نمک آن با استفاده از یک محیط برنامه‌نویسی خارجیتوسعه می‌یابد. سپس برای واسنجی مدل توسعه یافته، الگوریتم SUFI2 مورد استفاده قرار می‌گیرد. بر اساس نتایج واسنجی مدل بیلان آب- نمک بر اساس مشاهدات مربوط به سالهای 1995 تا 2000 از کمیتهای آبدهی و شوری (TDS) رودخانه در ایستگاه هیدرومتری شکستیان واقع بر رودخانه شور به صورت مقادیر R2 و NS به ترتیب برابر 76/0و 73/0 برای آبدهی و 63/0و 56/0 برای TDS و همچنین نتایج اعتبارسنجی مبتنی بر مشاهدات مربوط به دوره 2001 تا 2003 به صورت مقادیر R2 و NS به ترتیب برابر با 81/0 و 71/0 برای آبدهی و 81/0 و 65/0 برای TDS، عملکرد مناسب مدل بیلان آب- نمک در شبیه‌سازی توامان آبدهی و شوری رودخانه قابل مشاهده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Modelling Primary Salinity of Water Resources using a Semi-distributed Hydrologic Model

نویسندگان [English]

  • M. Rezaie 1
  • H. Alizadeh 2
  • M. Ehtiat 3
1 MSc. Student, Faculty of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
3 Assistant Professor, Technical and Engineering Department, Ardakan University, Ardakan, Iran
چکیده [English]

Salinity of water resources is a common problem at many river basins all over the country. Helleh River Basin (HRB) with semi-arid climate located at south of Iran is one of such basins, where primary (natural) sources such as salt diapirs and salt formations are the main salinity sources. This paper deals with developing a model for basin-scale water resources salinity analysis. The model consists of two modules of water balance and salt balance where SWAT model takes role as water balance module and the salt balance module is developed in an external programming environment. It is worth mentioning that the original version of SWAT is not capable of modeling soil and water salinity. The model is applied to Shoor River a highly saline river located at upstream part of HRB and SUFI2 algorithm is utilized for calibration and validation. Calibration is based on monthly records of discharge and TDS at Shekastian hydrometery station (located on Shoor River) associated with 1995-2000 time period. Calibration results show that for the best (parameters’) estimation, goodness-of-fit measures of R-squared (R2) and Nash-Sutcliff (NS) respectively equal 0.76 and 0.73 for discharge and 0.63 and 0.56 for TDS. Also validation is based on 2001-2003 time period’s observation where R2 and NS related to the best estimation respectively equal 0.81 and 0.71 for discharge and 0.81 and 0.65 for TDS. Results demonstrate the reliable performance of model for analyzing river basin’s water and salt regimes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Semi-distributed hydrologic model
  • SWAT
  • Primary Saliinty
  • SUFI2
Abbaspour KC, Johnson C, Van Genuchten MT (2004) Estimating uncertain flow and transport parameters using a sequential uncertainty fitting procedure. Vadose Zone Journal 3(4):1340-1352

Abbaspour KC, Rouholahnejad E, Vaghefi S, Srinivasan R, Yang H, Kløve B (2015) A continental-scale hydrology and water quality model for Europe: Calibration and uncertainty of a high-resolution large-scale SWAT model. Journal of Hydrology 524:733-752

Abbaspour KC, Yang J, Maximov I, Siber R, Bogner K, Mieleitner J, Zobrist J, Srinivasan R (2007) Modelling hydrology and water quality in the pre-alpine/alpine Thur watershed using SWAT. Journal of Hydrology 333(2):413-430

Abgir CE (2014) Updating national master water plan- Helleh river basin- synthesis report. Ministry of Energy

Arnold JG, Moriasi DN, Gassman PW, Abbaspour KC, White MJ, Srinivasan R, Santhi C, Harmel RD, van Griensven A, Van Liew MW, Kannan N, Jha MK (2012) SWAT: Model use, calibration, and validation. Transactions of the ASABE 55(4):1491-1508

Biggs AJ, Silburn DM, Power RE (2013) Catchment salt balances in the Queensland Murray–Darling Basin, Australia. Journal of Hydrology 500:104-113

Cai X, McKinney DC, Lasdon LS (2003) Integrated hydrologic-agronomic-economic model for river basin management. Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE 129(1):4-17

Gikas GD, Yiannakopoulou T, Tsihrintzis VA (2009) Hydrodynamic and nutrient modeling in a Mediterranean coastal lagoon. Journal of Environmental Science and Health, Part A 44(13):1400-1423

Mittelstet AR, Storm DE, Stoecker AL (2015) Using SWAT to simulate crop yields and salinity levels in the North Fork River Basin, USA. International Journal of Agricultural and Biological Engineering 8(3):110

Piman T, Lennaerts T, Southalack P (2013) Assessment of hydrological changes in the lower Mekong Basin from Basin‐Wide development scenarios. Hydrological Processes 27(15):2115-2125

Rouholahnejad E, Abbaspour KC, Srinivasan R, Bacu V, Lehmann A (2014) Water resources of the Black Sea Basin at high spatial and temporal resolution. Water Resources Research 50(7):5866-5885

Saysel AK, Barlas Y (2001) A dynamic model of salinization on irrigated lands. Ecological Modelling 139(2):177-199

Somura H, Arnold J, Hoffman D, Takeda I, Mori Y, Di Luzio M (2009) Impact of climate change on the Hii River basin and salinity in Lake Shinji: a case study using the SWAT model and a regression curve. Hydrological Processes 23(13):1887-1900

Sowers J, Vengosh A, Weinthal E (2011) Climate change, water resources, and the politics of adaptation in the Middle East and North Africa. Climatic Change 104(3):599-627

Vengosh A (2003) Salinization and saline environments. Treatise on Geochemistry 9:333-365