مطالب تخصصی

مدل SWAT چیست؟

احمد نجفی
نوشته شده توسط احمد نجفی

مدل SWAT یک Extension تحت نرم‌افزار ArcGIS می‌باشد که به شبیه‌سازی فرایندهای هیدرولوژیکی اصلی شامل تبخیر و تعرق، رواناب سطحی، نفوذ عمقی، جریان آب زیرزمینی و جریان‌های زیرسطحی توسط مدل شبیه‌ساز می‌پردازد.

این مدل در جهت مدل‌سازی مدیریت آب، سموم و رسوب در مقیاس حوزه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ورودی های مدل چیست؟

ورودی‌های این مدل شامل داده‌های هواشناسی، جنس و ترکیبات خاک هر منطقه، نوع کاربری زمین در منطقه، نوع پوشش گیاهی منطقه، مقادیر شیب و طول شیب در نواحی مختلف می‌باشد که به طریق سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) مورد استفاده قرار می‌گیرد.

Overview of the swat model - model input/output parameters. 

مدل SWAT مدلی در مقیاس حوزه آبریز می‌باشد که توسط Jeff Arnold برای اداره خدمات تحقیقات کشاورزی آمریکا ارائه‌شده است. این مدل برای پیش‌بینی تأثیر روش‌های مختلف مدیریت اراضی بر مقادیر آب، رسوب و مواد شیمیایی کشاورزی در سطح حوزه‌های آبریز پیچیده و بزرگ با انواع خاک، کاربری اراضی و شرایط مختلف مدیریتی در درازمدت طراحی‌شده است.

SWAT مدلی فیزیکی می‌باشد که به‌جای ضمیمه کردن روابط رگرسیونی برای تشریح روابط بین متغیرهای ورودی و خروجی، نیازمند اطلاعاتی در مورد آب‌وهوا، مشخصات خاک، توپوگرافی، پوشش گیاهی و روش‌های مدیریت و کاربری اراضی در سطح حوزه می‌باشد. فرآیندهای فیزیکی مرتبط با حرکت آب، حرکت رسوبات، رشد گیاه، چرخه مواد مغذی و مشابه آن در این مدل به‌طور مستقیم از روی پارامترهای ورودی شبیه‌سازی می‌شوند.

مزایای این روش چیست؟

  •       حوزه‌هایی که فاقد داده‌های برداشت‌شده می‌باشند نیز قابل شبیه‌سازی هستند.
  •       تأثیر نسبی اطلاعات ورودی (تغییر در روش‌های مدیریتی، آب‌وهوا، پوشش گیاهی و غیره) بر روی کیفیت آب و دیگر متغیرهای موردنظر قابل کمی کردن هستند.
  •       از پارامترهای ورودی سهل‌الوصول استفاده می‌کند.
  •        از نظر محاسباتی بسیار کارآمد است و شبیه‌سازی حوزه‌های بزرگ و پیچیده با استراتژی‌های مختلف مدیریتی بدون صرف زمان زیادی قابل اجرا است.
  •        کاربر را قادر به مطالعه بلند مدت تأثیرات می‌کند. بسیاری از فرآیندهایی که اینک مد نظر کاربر هستند، شامل تجمع تدریجی آلاینده‌ها و تأثیر آب‌های پایین‌دست نیز می‌شوند.

برای مطالعه این مسائل، خروجی‌های مدل باید چندین دهه را شامل شوند:

یک حوزه برای شبیه‌سازی باید به تعدادی زیر حوزه تقسیم شود. استفاده از زیر حوزه‌ها در شبیه‌سازی بخصوص زمانی که مناطق مختلف حوزه دارای خاک یا کاربری‌های گوناگون هستند که ناهمگنی و تفاوت آن‌ها می‌تواند در هیدرولوژی حوزه تأثیر داشته باشد، بسیار مفید است.

اطلاعات مربوط به هر زیر حوزه به‌صورت آب‌وهوا، برکه/ مرداب‌ها (Ponds/Wetlands)، واحدهای عکس‌العمل هیدرولوژیکی HRU، آب زیرزمینی و آبراهه اصلی (که هر زیر حوزه را زهکشی می‌کند) طبقه‌بندی می‌شوند. واحدهای واکنش هیدرولوژیکی (HRU) اراضی یکپارچه‌ای هستند که دارای پوشش، خاک و مدیریت یکسانی می‌باشند.

بدون توجه به نوع مسئله‌ای که توسط مدل SWAT مطالعه می‌شود، بیلان آبی، نیروی محرک هر پدیده‌ای است که در سطح حوزه روی می‌دهد. برای پیش‌بینی دقیق جابجایی آفت‌کش‌ها، رسوبات و مواد مغذی، چرخه هیدرولوژیکی که توسط مدل شبیه‌سازی می‌شود، باید با آنچه در واقعیت وجود دارد همخوانی داشته باشد.

شبیه‌سازی هیدرولوژیکی یک حوزه می‌تواند به دو بخش عمده تقسیم شود:

  • بخش اول مربوط به مرحله ارضی (درون لایه سطحی خاک) چرخه هیدرولوژیکی می‌باشد که مقدار آب، رسوبات، مواد مغذی و آفت‌کش‌هایی که وارد آبراهه اصلی می‌شوند را کنترل می‌کند.
  • بخش دوم مربوط به مرحله آبی یا مرحله روند یابی می‌باشد که به حرکت آب، رسوبات و غیره از طریق شبکه آبراهه‌ها در سطح حوزه به‌سوی خروجی آن اطلاق می‌شود.

در این مدل، فیزیک حرکت آب و رسوب، رشد گیاه، چرخه عناصر مغذی و … جهت شبیه‌سازی، به‌صورت پیوسته در نظر گرفته می‌شود.

مدل SWAT برای میزان فرسایشی ناشی از باران و رواناب، از معادله جهانی خاک اصلاح‌شده (MUSLE) استفاده می‌نماید که اصلاح‌شده رابطه USLE است و به‌جای فاکتور انرژی بارش از فاکتور رواناب استفاده می‌شود که خود باعث بهبود تخمین میزان رسوب می‌گردد.

مزیت دیگر این مدل، لحاظ نمودن عامل ذوب برف در شبیه‌سازی فرسایش است.

نویسنده مطلب: مهندس سهیل رضازاده


آموزش جامع ویدئویی سوآت به زبان فارسی همراه با داده های تمرینی از لینک زیر قابل تهیه است:

اطلاعات بیشتر ...

   

دیدگاهتان را بنویسید

توجه: همه محصولات پستی که از تاریخ 27 اسفند ثبت می شوند بعد از 15 فروردین ارسال خواهند شد
+ +