واسنجی و اعتبارسنجی مدل SWAT با استفاده از الگوریتم پرندگان برای شبیه سازی رواناب و رسوب در یک حوزه آبخیز کوهستانی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه ولی عصر (عج) رفسنجان

2 دانشگاه صنعتی اصفهان

3 دانشگاه آزاد خوراسگان اصفهان

چکیده

فرسایش خاک یک تهدید زیست محیطی جدی برای توسعه پایدار و کشاورزی است که می‌تواند منجر به کاهش حاصل‌خیزی خاک، هدررفت عناصر غذایی و کاهش عملکرد گیاهی در زمین‌های کشاورزی شود. در این پژوهش قابلیت استفاده از مدل SWAT برای شبیه‌سازی رواناب و رسوب روزانه در حوزه آبخیز بازفت (از زیرحوزه‌های اصلی حوزه آبخیز کارون شمالی) بررسی شد. برای این منظور ابتدا امکان استفاده از سه مجموعه داده اقلیمی مختلف شامل داده‌های اقلیمی بازفت، داده‌های اقلیمی جهانی (CRU) و داده‌های اقلیمی ترکیبی بازفت - CRU برای شبیه‌سازی رواناب روزانه، بررسی شد. پس از تعیین بهترین مجموعه داده اقلیمی، قابلیت استفاده از الگوریتم PSO برای واسنجی و اعتبارسنجی مدل ارزیابی گردید. مدل SWAT طراحی شده با داده‌های اقلیمی ترکیبی بازفت - CRU، شبیه‌سازی بهتری از رواناب روزانه در منطقه مورد مطالعه داشت به شکلی که مقدار ضریب نش- ساتکلیف به‌دست آمده برای مدل با داده‌های اقلیمی بازفت - CRU برابر 38/0 بود درحالی‌که مقدار آن برای مدل با داده‌های اقلیمی بازفت و مدل با داده‌های اقلیمی CRU به ترتیب 31/0 و 21/0 بود. مقادیر r-factor و p-factor به‌دست آمده در مرحله واسنجی مدل با الگوریتم PSO برای شبیه‌سازی رواناب روزانه به ترتیب برابر 25/1 و 81/0 و ضرایب تبیین و نش- ساتکلیف به‌دست آمده برای مرحله اعتبارسنجی نیز به ترتیب 64/0 و 60/0 بود. در شبیه‌سازی رسوب نیز، مقادیر r-factor و p-factor به‌دست آمده برای مرحله واسنجی به ترتیب برابر 69/0 و 85/0 و برای مرحله اعتبارسنجی برابر 63/0 و 80/0 بودند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Calibration and validation of SWAT model using PSO algorithm for the simulation of runoff and sediment in a mountainous watershed

چکیده [English]

Soil erosion is a major environmental threat to sustainability and agricultural productivity leading to reduction of soil fertility, loss of nutrients, and declines of crop yields in arable lands. In this study, the suitability of SWAT model for simulating the daily runoff and sediment in the Bazoft watershed (one of the main sub-basins of the Karun river basin in central Iran) was investigated. For this purpose, three different climate data sets including climate data obtained from the Bazoft watershed (Bazoft watershed data), the climate research unit data (CRU data), and a combination of the CRU and Bazoft watershed data (Bazoft-CRU data) were first investigated. Then, the potential use of PSO algorithm for calibrating and validating of the model was evaluated. The constructed SWAT model using a combination of the CRU data and the Bazoft climate data had a better runoff simulation performance in the study area. The obtained Nash-Sutcliff (NS) coefficient for the constructed SWAT model using the Bazoft-CRU data was 0.38 while it was 0.31 and 0.21 for the proposed SWAT model using the Bazoft watershed data and the CRU data, respectively. The obtained r-factor and p-factor values in the model calibration period using the PSO algorithm were 1.25 and 0.81, respectively. The R2 and NS coefficients for the validation period were also 0.64 and 0.60, respectively. Furthermore, in the sediment simulation step, the r-factor and p-factor values for the calibration period were 0.69 and 0.85, respectively, and they were 0.63 and 0.80 for the validation period, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • SWAT model
  • daily runoff and sediment
  • SWAT-Cup
  • and PSO algorithm