بررسي اثر انواع مدل‌هاي رقومي ارتفاعي در برآورد دبي و بار معلق با استفاده از مدل SWAT، مطالعه موردي: آبخيز گاليكش استان گلستان

Assessment of the impacts of different Digital Elevation Models on runoff and suspended sediment estimations using SWAT model (Case Study: Galikesh watershed, Golestan Province

براي شبيه­‌سازي رواناب و رسوب در حوزه­هاي آبخيز نياز به استفاده از مدل­‌هاي مختلفي است كه هر يك براي شرايط خاص ارائه شده­اند. يكي از پركاربردترين مدل­‌هاي هيدرولوژيكي مدل نيمه‌توزيعي SWAT است. از جمله مهمترين اطلاعات مكاني مورد نياز مدل SWAT، نقشه مدل رقومي ارتفاعي (DEM) است كه در استخراج مشخصات هيدروگرافي حوضه، برآورد توزيع مكاني رواناب و بار رسوب نقش دارد و دقت آن نقش زيادي در نتايج خروجي مدل دارد. هدف از اين مطالعه، بررسي اثر انواع مدل­‌هاي رقومي ارتفاعي بر رواناب و بار معلق آبخيز گاليكش استان گلستان مي­‌باشد. براي اين منظور، سه نوع DEM با دقت­‌هاي 30، 90 و 1000 متر انتخاب شد و در يك دوره 27 ساله مدل SWAT اجرا شد. در اين مطالعه، از نرم‌افزار SWAT-CUP و روش SUFI2 براي واسنجي و اعتبارسنجي مدل استفاده شد. معيار ناش-ساتكليف (NS) به‌عنوان تابع هدف براي دبي و بار معلق در مرحله واسنجي (1990-2007) براي دقت­‌هاي 30، 90 و 1000 متر نقشه­ DEM به‌ترتيب 0.63، 0.63 و 0.62 به‌دست آمد كه با توجه به دامنه­‌هاي تفسيري در نظر گرفته شده در مدل SWAT براي تابع هدف، قابل قبول ارزيابي شد. همچنين، ميزان رواناب سالانه حوضه نيز براي دقت­‌هاي 30، 90 و 1000 متر به‌ترتيب 11.23، 11.30 و 11.39 ميلي­‌متر و ميزان رسوب سالانه به‌ترتيب 9.18، 8.97 و 8.83 تن در هكتار در سال به‌دست آمد. نتايج نشان داد كه استفاده از انواع مختلف مدل­‌هاي رقومي ارتفاعي نتايج نسبتاً يكساني را در برآورد رواناب و رسوب دارد، هر چند تغييرات در نتايج رسوب اندكي بيشتر بود. علت اين شباهت منطق مدل­‌سازي معكوس و همچنين، اثرات دخالت ندادن پارامترهايي بود كه به­‌طور مستقيم از نقشه DEM به‌دست مي‌­آيد. در مجموع نتايج نشان داد كه با توجه به محدوديت اطلاعات در مرحله­ واسنجي مدل SWAT، انواع مدل رقومي ارتفاعي استفاده شده تأثير چنداني بر شبيه­‌سازي رواناب و رسوب ندارد.

Simulation of runoff and sediment in watersheds require different modelling approaches, each provided for certain condition. Semi-distributed hydrological model (SWAT model) is one of the most widely used modelling approaches in this context. Among the most important spatial information needed by SWAT model, is the map of digital elevation model (DEM) which plays an important role in the model results for the exploration of hydrographic properties of watersheds, estimation of the spatial distribution of runoff and sediment load and its accuracy. The aim of this study was to evaluate the effect of different digital elevation models on runoff and suspended sediment in Galikesh watershed, Golestan Province. For this purpose, three types of DEM with the spatial resolutions of 30, 90 and 1000 meters were selected and for a period of 27 years, SWAT model was implemented. SWAT-CUP software and SUFI2 method were used for the model calibration and validation. Nash-Sutcliffe (NS) criterion for discharge and in calibration phase (1990-2007) for the resolutions of 30, 90 and 1,000 meters, was obtained respectively, 0.63, 0.63 and 0.62 and for suspended was obtained respectively 0.69, 0.68 and 0.67 which is considered satisfactory, given the presumed numerical ranges acquired from the previous studies. The amounts of watershed’s annual runoff for the resolutions of 30, 90 and 1000 meters, were respectively, 11.23, 11.30 and 11.39. The results that the use of different of digital elevation models would result in essentially similar results in runoff and sediment estimations, although changes in suspended sediment was slightly overestimated. This is attributable to the inverse modelling logic and lack of considering the parameters which arise directly from the DEM map. , due to data limitations in the Swat model calibration, the digital elevation model used to simulate the runoff did not have much impact on runoff and sediment estimations.