بررسي تأثير تغيير كاربري اراضي بر پتانسيل توليد رواناب هاي سطحي با استفاده از مدل SWAT

Investigation the effects of land use change on surface runoff using Remote sensing and SWAT model

سابقه و هدف: يكي از موضوعات مهم در مدلسازي هيدرولوژيكي، ارزيابي اثرات تغيير كاربري اراضي در منابع آب است. كاربري اراضي يك خصوصيت مهم در فرايند توليد رواناب است كه بر روي نفوذ آب، فرسايش خاك، تبخير و تعرق اثر مي گذارد. امروزه براي تهيه نقشههاي كاربري اراضي، استفاده از داده هاي ماهوارهاي و روش هاي كمي در علم سنجش از دور بسيار معمول است و پژوهشگران و دانشمندان اين علم در دو دهه گذشته به صورت گسترده آن را به كار برده اند. هدف از اين پژوهش بررسي تأثير تغييرات كاربري اراضي بر روي پتانسيل توليد رواناب هاي سطحي با استفاده SWAT است. مواد و روش ها: منطقه مورد مطالعه زير حوزه بهشت آباد واقع در شمال و شمال شرقي حوضه آبخيز كارون شمالي استان چهارمحال بختياري شهرستان اردل ميباشد. در اين پژوهش ابتدا با استفاده از داده‌هاي سنجنده ETM ماهواره لندست 7 و داده هاي سنجنده OLI ماهواره لندست 8 نقشه كاربري اراضي سال‌هاي 1987 و 2013 تهيه شد و سپس بر اساس اين نقشه‌ها و با استفاده از مدل SWAT براي دوره آماري 1989-1984بر اساس كاربري اراضي سال 1987 رواناب سطحي شبيه‌سازي شد. سپس واسنجي و اعتبارسنجي مدل با استفاده از الگوريتم SUFI-2 موجود در نرم‌افزار SWAT-CUP انجام گرفت. يافته ها : نتايج آماري حاصل از واسنجي و اعتبارسنجي مدل در دوره 1989-1984 نشان از دقت قابل قبولي در شبيه‌سازي رواناب دارد. براي استخراج نقشه كاربري اراضي سال 1987 و 2013 از روش نظارت شده و برنامه طبقه‌بندي‌كننده بيشترين شباهت با دقت كلي 80٪ و85٪ استفاده شد. سپس جهت بررسي تاثير تغيير كاربري اراضي بر پتانسيل توليد رواناب، يك بار از نقشه كاربري اراضي سال 1987 و بار ديگر از نقشه كاربري اراضي سال 2013 براي دوره 2011-1999 استفاده گرديد. نتايج نشان داد كه به دليل اينكه رواناب مشاهداتي خارج از محدوده باند عدم قطغيت قرار گرفته است و نقشه سال 1987 نسبت به نقشه 2013 داراي دقت مكاني و هندسي كمتري مي باشد استفاده از نقشه كاربري اراضي سال 1987 براي دوره جديد از دقت قابل قبولي برخوردار نمي‌باشد و رواناب مشاهداتي خارج از محدوده باند عدم قطعيت با سطح اطمينان PPU% 95 قرار گرفته است. ولي شبيه‌سازي رواناب با استفاده از نقشه كاربري اراضي سال 2013 براي دوره آماري 2011-1999 افزايش دقت واسنجي و اعتبار‌سنجي را به دنبال داشته است. همچنين رواناب مشاهداتي نيز در محدوده باند عدم قطعيت PPU%95 مدل SWAT قرار گرفته است و ميزان رواناب سطحي نيز در دوره آماري جديد نسبت به قديم روند افزايشي داشته است. نتيجه گيري :مطالعه همه عوامل تاثير‌گذار بر ميزان رواناب، كاري مشكل و بسيار پيچيده است و نياز است كه بتوان با استفاده از تكنيك‌ هاي جديد و مدل‌ ها تاثير عوامل مختلف مورد بررسي قرار گيرد. نتايج اين مطالعه نشان داد كه چنانچه دادهاي ورودي مدل SWAT بطور صحيح تهيه شود، اين مدل داراي كارايي قابل قبولي در برآورد دبي رواناب است. در اين بين، تهيه نقشه كاربري اراضي مطابق با شرايط واقعي منطقه بيشترين تاثير را مي تواند داشته باشد.

Land-use and land-cover change, especially when caused by human activities, is one of the most important components of global environmental change. Land use is one of the most important issues in hydrological modeling to assess the effects of land use changes on water resources. Study all factors that souled affect the runoff can be difficult and is very complex and requires the use of new techniques and models to examine the effect of different factors. Land use change is an important characteristic that should influence erosion, evaporation, transpiration and runoff. Nowadays, preparing land use maps via satellite data and quantitative methods are very common in remote sensing science researchers. These techniques were widely used by scientists in the past two decades. The main aim of this study was to investigate the potential effects of land use change on surface runoff production using SWAT model. Material and Methods The study area named BeheshtAbad, located in the North and North East of Karoon watershed. For this study, 8 land use maps were created for the period of 1987-2013 using Landsat satellite image. In this study, runoff was simulated for 1984-1989 based on 1987 land use by SWAT model. For calibration and validation of the model, SUFI-2 algorithm was used in SWAT-CUP software. Results Statistical results of the model calibration and validation showed an acceptable accuracy in runoff simulating. In order to evaluate the effect of land use change on runoff potential, two type of land use were applied. Runoff for 1999 to 2011 period was simulated based on 1987 and 2013 land use maps. For 1999 to2011 period, no acceptable accuracy for estimated runoff was obtained when land use maps of 1987 was applied, whereas accuracy of the calibration and validation was increase when 2013 land use was applied. When 2013 land use was applied, the observation runoff was in the range of the uncertainty band PPU95 % of SWAT model. According to results, the amount of surface runoff has been increased in the recent years. Conclusion It is difficult to study all factors that should affect the runoff. Using new techniques and models was required to examine the effect of different factors on runoff amount. The results of this study indicated that if the input data is properly prepared for SWAT model, this model should have a good performance to estimate of runoff. Land use mapping in accordance with the actual conditions of the region can have the greatest impact in the accuracy of the model.