اختصاصی از
فایل هلپ پایان نامه کارشناسی ارشد رشته کشاورزی ارزیابی داده های هواشناسی جهانی در پیش بینی رواناب دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
دانلود پایان نامه آماده
دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد رشته کشاورزی ارزیابی داده های هواشناسی جهانی در پیش بینی رواناب بافرمت ورد وقابل ویرایش تعدادصفحات 100
پیشگفتار
حیات بشر بر روی کره زمین موجب تحولات بسیاری در سطح زمین شده و توسعه مناطق شهری اثر معنی‌داری بر بیلان آبی حوضه‌های آبخیز داشته است. قطع درختان، کاهش پوشش گیاهی، تراکم خاک و به دنبال آن افزایش حجم رواناب و دبی اوج سیل از جمله‌ی این عوامل می‌باشند (ساردو و همکاران، 1392). تحلیل‌های هیدرولوژیکی به صورت دستی از یک سو بسیار مشکل و وقت‌گیر بوده و از سوی دیگر به دلیل کمبود اطلاعات و خطاهای انسانی، نتایج خوب و مورد قبولی حاصل نمی‌شود. لذا ایده استفاده از مدل‌های هیدرولوژیکی برای درک بهتر و بیشتر چرخه آب و شبیه‌سازی وضعیت هیدرولوژیکی حوضه‌های آبخیز شکل گرفت. مدل‌ها ابزار قدرتمندی در شبیه‌سازی اثر فرآیندهای حوضه و مدیریت آب و خاک می‌باشند و به دلیل توانایی خود در انجام شبیه‌سازی درازمدت تغییرات حوضه می¬توانند در زمان و هزینه صرفه‌جویی کنند (موریاسی وهمکاران، 2006). در نیم قرن گذشته تعداد زیادی از مدل‌های هیدرولوژیکی برای اهداف گوناگون به وجود آمد که هر یک پیچیدگی‌ها و قابلیت‌های مختلفی داشتند (شایگان و همکاران، 1390). مطالعات مدلسازی بسیاری نیز در سراسر جهان انجام شد. برخی از این مطالعات به دنبال درک هیدرولوژیکی منطقه بوده، در حالی¬که دیگران نیز برای ارزیابی پیامدهای زیست‌محیطی و تغییرات مدیریتی در منابع آب از مدل‌ها استفاده کرده‌اند. همچنین در ایران به دلیل اقلیم خشک و نیمه‌خشک حاکم بر آن و استفاده بی‌رویه از منابع طبیعی و تخریب آن، که بر اساس شاخص فالکن مارک، در آستانه قرار گرفتن در بحران آبی است و بارش آن تنها یک سوم متوسط جهانی می‌باشد، این موضوع باعث شد که مدیران منابع آب به منظور بهینه‌سازی مصرف آب، اطلاع از بیلان آبی حوضه‌های آبخیز را ضروری بدانند. مدلسازی به معنای شبیه‌سازی یک سازه یا پدیده واقعی با استفاده از قوانین تشابهی به منظور پیش‌بینی نحوه عملکرد آن در مواجه با پدیده‌های واقعی است (فضل¬اولی، 1393)، و هر یک از آنها به دلیل قابلیت‌ها و کارایی‌های مختلف در مناطق با شرایط متفاوتی به کار برده می‌شوند. برخی از این مدل‌ها فیزیکی بوده و از نظر هندسی مشابه نمونه اصلی، اما دارای ابعاد کوچکتری هستند. برخی مدل‌ها ساختار ریاضی دارند و پدیده‌های فیزیکی را با استفاده از فرمول‌های ریاضی و روشهای عددی و کامپیوتری حل می‌کنند و برخی دیگر مفهومی هستند و از مبانی تئوری در تفسیر پدیده‌ها استفاده می‌کنند و در حین اینکه اطلاعات ورودی و محاسبات کمی لازم دارند نتایج قابل قبولی ارائه می‌دهند. یکی از پرکاربردترین سیستم‌ها، سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) است که امروزه در مدیریت منابع طبیعی و آبریزهای کوچک و بزرگ بسیار مورد استفاده قرار گرفته و هدف نهایی آن پشتیبانی از تصمیم‌گیری‌های پایه‌گذاری شده بر اساس داده‌های مکانی می‌باشد و عملکرد اساسی آن بدست آوردن اطلاعاتی از داده‌های مختلف با روش‌ها و دیدگاههای گوناگون است (سیستم اطلاعات جغرافیایی، پایگاه ملی داده‌های علوم زمین کشور). در این بین مدل SWAT به عنوان یک مدل مفهومی، یک پنجره ارتباطی پیشرفته است که تلفیق مجموعه‌ای از مدل‌ها و داده‌های جغرافیایی را در روندیابی جریان فراهم می‌کند (عثمانی و همکاران،1392). واژه SWAT معادل عبارت ابزار ارزیابی آب و خاک است که توسط جف آرنولد برای سرویس تحقیقات کشاورزی ایالات متحده ارائه گردید. SWAT یکی از مدل‌هایی است که نقش بسیار اساسی در تجزیه و تحلیل تغییرات مدیریتی در حوضه‌های آبریز پیچیده ایفا می‌کند و به صورت گسترده در سراسر دنیا مورد استفاده قرار گرفته است. از این مدل به منظور پیش‌بینی تأثیرات اعمال مدیریتی بر آب، رسوب و بیلان مواد شیمیایی کشاورزی در حوضه‌های بزرگ و پیچیده با شرایط مدیریتی و کاربری متفاوت در بازه‌های زمانی مختلف و دوره‌های زمانی طولانی استفاده می‌گردد ( شایگان و همکاران، 1390). کاربرد وسیع این مدل مؤید این است که برای شرایط مختلف انعطاف‌پذیر بوده و ابزار مناسبی برای شبیه‌سازی اقدامات مختلف در سطح حوضه آبخیز است (آذری و همکاران، 1392). ضرورت و اهداف تحقیق مدل‌های هیدرولوژی با دو هدف اساسی طراحی می‌شوند، هدف اول درک بهتر رفتارهای هیدرولوژیکی و نحوه تغییر رفتارها و اثرات آن و هدف دوم سنتز داده‌های هیدرولوژیکی به منظور طراحی منابع آب، کنترل سیل، تعدیل جریان آب و در کل، برنامه‌ریزی و پیش‌بینی جریان می‌باشد (حسینی، 1392)؛ اما بیشتر مدل‌های هیدرولوژیکی نیاز به اطلاعات آب‌وهوای روزانه دارند، درحالی¬که این اطلاعات ممکن است در برخی از نقاط جهان به تعداد کافی و در اکثر نقاط به صورت روزانه در دسترس نباشد. همچنین بدست آوردن این داد‌های هواشناسی برای مدلسازی می¬تواند زمان‌بر و مشکل باشد. باتوجه به اینکه در کشور ما اکثر حوضه‌های آبخیز به ویژه حوضه‌های آبخیز کوهستانی فاقد تعداد کافی ایستگاه‌های هواشناسی و هیدرومتری می‌باشند، در کاربرد مدل‌های هیدرولوژیکی حوضه‌های بزرگ مانند SWAT همواره کمبود داده‌های هواشناسی روزانه یک محدودیت بزرگ محسوب می¬شود. همچنین کیفیت این داده‌های روزانه همیشه قابل اعتماد نیست و اغلب مقدار زیادی از اطلاعات گمشده و یا ثبت نشده است. علاوه براین پیداکردن ایستگاه‌های آبوهوایی معمولی در دقت مکانی و زمانی مشخص همیشه آسان نیست. در چنین مواردی ممکن است استفاده از منابع داده جهانی مفید واقع ¬شود. چراکه این اطلاعات آبوهوایی هیچ¬گونه خلاء آماری ندارند و این اجازه را می¬دهند تا انعطاف¬پذیری در اعمال توابع مختلف مربوطه در مدل‌های هیدرولوژیکی وجود داشته باشد. با این وجود قبل از استفاده کورکورانه از این داده‌ها اطمینان از قابل اعتماد بودنشان در مدلسازی هیدرولوژی حوضه ضروری می¬باشد. بنابراین هدف ازاین تحقیق 1) ارزیابی عملکرد مدل SWAT در پیش‌بینی رواناب ماهانه حوضه بهشت‌آباد با استفاده از داده-های هواشناسی CRU 2) ارزیابی عملکرد مدل SWAT در پیش‌بینی رواناب ماهانه حوضه بهشت‌آباد با استفاده از داده-های هواشناسی CFSR 3) آنالیز عدم‌قطعیت مدل در هر سری از داده¬های هواشناسی مختلف 1 فصل اول پیشینه‌ی تحقیق 1-1 مقدمه مدل‌های شبیه‌سازی در دهه‌های اخیر جایگاه خاصی در دانش بشری به خود اختصاص داده و کمک بسیاری به عنوان ابزار مدیریتی، پایه‌ای و اجرایی کرده‌اند. حمایت از این مدل‌ها از دیدگاههای گوناگون از جمله، توانایی آنها در پردازش داده‌ها قابل تأمل می‌باشد. این توانایی از بعد حجم بالای پردازش در زمان کوتاه قابل بیان است. در بین مدل‌های معمول، مدل SWAT یک مدل چندمنظوره و تکامل یافته چندین مدل است (میرصانع و کاویانپور، 1390). توانایی آن در شبیه‌سازی فرآیندهای هیدرولوژیکی پیچیده حوضه‌های آبخیز در محیط GIS این مدل را نسبت به مدل‌های یکپارچه‌ای که در آنها واحدهای کاری بزرگتر، مبنای عمل هستند، متمایز ساخته است (حسینی، 1392). این مدل برای شبیه‌سازی رواناب سطحی، فرسایش، رسوب، جابجایی مواد مغذی و آفت‌کش‌ها، نفوذ، تبخیروتعرق، رشد گیاهان، جریان آب‌زیرزمینی، تلفات انتقال در کانال و ذخیره‌سازی مخزن قابل استفاده است. مدل SWAT در کشورهای مختلف برای شبیه‌سازی مؤلفه‌های هیدرولوژیکی به کار برده شده است و کاربردهای مختلفی داشته است. به نمونه‌های کوچکی از کاربردهای گسترده مدل SWAT در سراسر جهان اشاره می‌گردد. 1-2 سوابق مطالعاتی 1-2-1 مدل SWAT پیکونیس وهمکاران (2003) در تحقیقی اثر سناریوهای مختلف کاربری اراضی را بر پاسخ‌های هیدرولوژی حوضه‌ای در سیسیل با استفاده از مدل SWAT بررسی نمودند. آنها سه سناریوی گسترش زمینهای کشاورزی، گسترش مناطق مسکونی و قطع بیش از اندازه جنگل‌های حوضه را بررسی نموده و مدل SWAT در هر سه سناریو افزایش قابل توجه دبی ماهانه به ویژه در سناریو قطع یکسره جنگل را نشان داد و کارایی مدل بسیار خوب ارزیابی شد. ایمرزل و همکاران (2008) در پژوهشی به منظور بررسی اجزای تعادل آب و بهره‌وری آب محصول در حوضه‌ای در جنوب هند از مدل SWATدر مقایسه با سنجش از دور و الگوریتم تعادل انرژی سطحی زمین (SEBAL) برای یک دوره 8 ماهه استفاده کردند. طبق نتایج آنان تبخیر و تعرق بزرگترین راه از دست دادن آب در کل حوضه بوده، در حالی که سنجش از دور فقط اطلاعات جزئی از اجزای تعادل آب (تبخیر و تعرق) را فراهم می‌کند، اما مدل SWAT قادر به تجزیه و تحلیل تمامی موجودی آب، همچنین بیومس و فرآیندهای رشد محصول است. پورعبدالله و همکاران (1384) به منظور مدلسازی رسوب و مقایسه نتایج آن با مقدار واقعی در حوضه آبخیز سد لتیان از دو مدل RUSLE و SWAT2000 استفاده کردند. با توجه به نتایج آنان مقدار رسوب سالیانه در اثر فرسایش ناشی از بارندگی در مدل RUSLE در حدود 5 برابر مقدار واقعی بدست آمد که به دلیل ناسازگاری این مدل با نقاط کوهستانی و نیز عدم در نظر گرفتن فرسایش ناشی از ذوب برف عنوان شد؛ در حالی¬که در مدل فیزیکی SWAT2000 که دارای قابلیت محاسبه اثر ذوب برف بر تولید فرسایش است، مقدار رسوب متوسط سالانه شبیه‌سازی شده معادل 121 درصد مقدار واقعی بدست آمد. یعنی خطای مدل RUSLE، 376 درصد و مدل SWAT، 21 درصد بوده و لذا مدل SWAT از دقت بسیار بالاتری نسبت به مدل RUSLE در مدلسازی فرسایش حوضه‌ی امامه برخوردار است. اخوان و همکاران (2009) در حوضه‌ی همدان-بهار که به دلیل مناطق ویژه کشاورزی و استفاده از مقادیر زیاد کودهای معدنی و آلی، دارای آبهای زیرزمینی آلوده بود، از مدل SWAT به منظور بررسی اثرات آبشویی نیترات استفاده کردند. تجزیه و تحلیل عدم‌قطعیت با استفاده از بسته نرم‌افزاری SWAT_CUP و الگوریتم SUFI2 و بر اساس اطلاعات روزانه 7 ایستگاه هیدرومتری انجام شد. طبق واسنجی (77/0NS= و83/0=R2) و اعتبارسنجی(70/0NS= و70/0=R2)، نتایج برای خروجی حوضه کاملاً رضایت بخش بود و نشان داد که حدود 36 درصد از آبخوان همدان-بهار دارای میزان آبشویی نیترات بالا بوده است. در این مطالعه، مدل SWAT با موفقیت برای شبیه‌سازی رواناب، عملکرد محصول و نیترات رودخانه برای حوضه همدان-بهار به کار گرفته شد. لیو و وو (2014) به منظور تسهیل در استفاده از متغیرها و توابع چند هدفه در فرآیندهای محیط زیستی با ترکیب زبان برنامه‌نویسی R، مدل SWAT و مدلسازی انعطاف‌پذیر محیط زیست، مدل R-SWAT-FME را توسعه دادند و به منظور بررسی عملکرد آن با تمرکز بر جریان و نیترات رودخانه، به یک مطالعه موردی در ایالات متحده، پرداختند. نتایج نشان دهنده‌ی عملکرد خوب و قابل مقایسه R-SWAT-FME در واسنجی مدل چند‌هدفه بود و نشان داد که SWAT می‌تواند با ترکیب با بسته‌های برنامه‌نویسی R و دیگر مدل‌های محیط زیستی مفید باشد. گلمحمدی و همکاران (2014) سه مدل هیدرولوژیکی حوضه، شامل ابزار ارزیابی آب و خاک (SWAT)، مدل سیستم هیدرولوژیکی اروپا (MIKE SHE) ، مدل توسعه محیط زیست/سیاست کشاورزی (APEX) را در حوضه رودخانه آنتاریو در جنوب کانادا با مساحت 6/52 کیلومتر مربع استفاده کردند. هر سه مدل برای یک دوره چهار ساله واسنجی شد و با جریان مشاهده‌ای به صورت روزانه، ماهانه و سالانه مقایسه شدند. طبق نتایج جریان شبیه‌سازی شده توسط هرسه مدل کاملاً مشابه بوده و مطابقت زیادی با جریان مشاهده شده داشت؛ اما میانگین جریان روزانه و ماهانه در خروجی حوضه توسط مدل MIKE SHE کمی دقیق‌تر از مدل SWAT و APEX در هر دو دوره واسنجی و اعتبارسنجی بود. همچنین در مقایسه مدل SWAT و APEX با توجه به استفاده از روش شماره منحنی (CN) برای برآورد رواناب انتظار می‌رفت که هر دو نتایج مشابهی داشته باشند، اما عملکرد ضعیفتر APEX به دلیل انعطاف پذیری بیشتر SWAT در واسنجی عنوان شد. آریاز و همکاران (2014) به بررسی منابع آب حوضه‌ای در اسپانیا در پاسخ به تغییرات دما، بارش و غلظت CO2 پرداختند. در این مطالعه که در حوضه‌ای به مساحت 16 کیلومترمربع و با استفاد از مدل هیدرولوژیکی SWAT انجام شد، سال‌های 1981 تا 2010 به عنوان دوره مرجع استفاده شده و بررسی تأثیرات برای دو دوره 2031 تا 2060 و 2069 تا 2098 با غلظت CO2 550 و 660 پی‌پی‌ام انجام شد. نتایج نشان داد که تغییرات در غلظت CO2 و آبوهوا، اثر قابل توجهی در منابع آب دارد و انتظار کاهش 16% و 35% جریان برای دوره 2031-2060 و 2069-2098 می‌رود؛ و نشان‌دهنده‌ی آسیب‌پذیری بالای جریان به تغییرات دما و بارش در این حوضه بود. ساها و زلک (2014) در مطالعه‌ای به پیش‌بینی اثرات احتمالی تغییرات آب و هوا بر جریان حوضه رودخانه کیمبا در جنوب شرقی استرالیا پرداختند. سه سناریوی آبوهوایی و چهار مدل گردش عمومی (CNRM-CM3, CSIRO-MK3.5, ECHam5 و MIROC3.2) برای شبیه‌سازی جریان برای سه دوره آتی (2030، 2050 و 2090) استفاده شد. سپس مدل SWAT برای هر دو دوره روزانه و ماهانه واسنجی شد. ضریب نش-ساتکلیف در گام ماهانه برای دوره واسنجی و صحت‌سنجی به ترتیب 60/0 و 65/0 بود که نشان‌دهنده‌ی توافق خوب جریان اندازه‌گیری شده و شبیه‌سازی شده برای این حوضه‌ی آبریز بود. در یک دوره‌ی زمانی برای آینده، جریان متوسط سالانه بین 16%+ تا 44%- متغیر بود. در مطالعه این حوضه، بر اساس شبیه‌سازی SWAT، به احتمال زیاد تغییرات کوچکی در جریان، در اواسط قرن 21 و تغییرات بزرگی در اواخر این قرن اتفاق خواهد افتاد. علیزاده و همکاران (1392) برای برآورد تبخیر و تعرق واقعی در مقیاس سالانه از مدل SWAT برای حوضه آبریز نیشابور استفاده کردند. طبق نتایج آنان عملکرد مدل در خروجی حوضه هم در دوره واسنجی (79/0NS= و 82/0= R2) و هم در دوره اعتبارسنجی (71/0NS= و71/0= R2) خوب بود. سپس تبخیر-تعرق واقعی برآورد شده به وسیله مدل واسنجی شده و مورد ارزیابی قرار گرفت. براساس پژوهش آنان متوسط ده سال تبخیر-تعرق واقعی و بارندگی به ترتیب برابر 230 و 270 میلی‌متر محاسبه شد. در نهایت عملکرد مدل برای حوضه خشک نیشابور که تعامل بین رواناب و جریان زیرسطحی به دلیل مقدار کم بارندگی در این مناطق پیچیده می‌باشد، کاملاً رضایت‌بخش بود. عباسپور و همکاران ( 2015) کیفیت آب و عملکرد محصول (گندم، ذرت، جو) و آبشویی نیترات به آبهای زیرزمینی را در سطح HRUها و همچنین منابع آب شیرین، جریان آب آبی و آب سبز را در سطح زیرحوضه‌ها در فواصل زمانی ماهانه برای قاره اروپا با استفاده از مدل SWAT شبیه‌سازی کردند. اعتبارسنجی و تجزیه و تحلیل حساسیت با استفاده از الگوریتم SUFI2 انجام گرفت. طبق نتایج آنان استفاده از این مدل درمقیاس‌های بزرگ قادر است رفتار یک سیستم منابع آب را به صورت یکپارچه شبیه‌سازی کند. از این مطالعه اطلاعات مفیدی در مورد کیفیت آب و میزان در دسترس بودن آب شیرین برای این قاره بدست آمد و نشان داد که ازاین مدل می‌توان برای مطالعات آبوهوایی، تغییر کاربری اراضی، انتقال آب و محاسبه بار نیتروژن از بالادست به پایین دست رودخانه استفاده کرد. بوفا و همکاران (2015) از مدل 2009SWAT برای پیش‌بینی جریان رودخانه‌ای در جنوب لائوس استفاده کردند. واسنجی و اعتبارسنجی مدل با استفاده از الگوریتمSUFI2 در گام زمانی روزانه، ماهانه و سالانه در سطح HRUها انجام شد. میزان ضریب تعیین قبل از اعتبارسنجی و پس از اعتبارسنجی به ترتیب 16/0 و 69/0 و میزان NS، 19/0 و 67/0 بود و دبی متوسط سالانه m3/s 76/516 برآورد شد. نتایج این مطالعه با استفاده ازاین مدل نشان داد که با توجه به میزان بالای بارش و ظرفیت خوب نگهداری آب در خاک، منطقه مورد مطالعه دارای پتانسیل بالایی برای فعالیت‌های کشاورزی است. احمدزاده و همکاران (1393) به ارزیابی مدل SWAT در شبیه‌سازی همزمان رواناب رودخانه، تبخیر و تعرق واقعی و عملکرد محصولات کشاورزی در حوضه زرینه‌رود پرداختند. شبیه‌سازی با 6 ایستگاه آبسنجی در سطح حوضه برای دوره‌های 1999-1987 و 2006-2000 به ترتیب واسنجی و اعتبارسنجی شد که برای دوره واسنجی مقادیر R2 بین 49/0 تا 71/0 و برای اعتبارسنجی بین 54/0 تا 77/0 بود که حکایت از عملکرد خوب این مدل در شبیه‌سازی رواناب این حوضه داشت. مقایسه تبخیر و تعرق واقعی در سال‌های پرآب با ارقام سند ملی آب ضریب همبستگی 97/0 را نشان داد. همچنین با مقایسه عملکرد شبیه‌سازی شده محصولات با مقادیر مشاهداتی نشان‌دهنده‌ی قابلیت بالای این مدل جهت شبیه‌سازی عملکرد گیاهی با توجه به شرایط مختلف مدیریت کشاورزی و منابع آبی بود و می‌توان از آن برای شبیه‌سازی تغییرات الگوی کشت و دیگر اقدامات مدیریتی در سطح حوضه استفاده نمود. سودجاریت و همکاران (2015) از مدل 2012SWAT به منظور بررسی توابع اصلی اکوسیستم حوضه‌ای در تایلند از نظر آب و رسوب استفاده کردند. اعتبارسنجی مدل برای سال‌های 2008 تا 2012 انجام گرفت. نتایج واسنجی توسط ضریب تعیین (R2) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج برای میزان متوسط بارندگی و برآورد سالانه جریان کاملاً رضایت‌بخش بود. R2 در مقیاس روزانه 69/0 و در مقیاس ماهانه 97/0 بود که به عنوان قابل قبول در نظر گرفته شد. این مطالعه نشان داد که مدل SWAT با موفقیت قادر به شبیه‌سازی و ارزیابی جریان، رسوب و مواد مغذی است و همچنین می‌تواند به منظور بررسی اثر شیوه‌های استفاده از زمین در تعادل آب، تعادل مواد مغذی، تعادل کربن و تعادل انرژی در مقیاس اکوسیستم‌های کوچک نیز مورد استفاده قرار گیرد. اشرف واقفی و همکاران (2015) با لینک ابزار مدل SWAT وMODSIM ، به تجزیه و تحلیل اثرات آبوهوا و تغییر الگوی کشت در تولید محصولات کشاورزی و نیروی محرکه‌ی آب در حوضه رودخانه کرخه، به عنوان یک منطقه نیمه خشک در جنوب غربی ایران پرداختند. الگوی کشت با محدود کردن تولید غلات تا 50%، 17% و 83% از کل مناطق کشاورزی در نظر گرفته شد. پیش‌بینی آبوهوایی توسط مدل CGCM 3.1 انجام شد. نتایج نشان داد که براساس تغییرات آبوهوایی و کاربری اراضی، تولید گندم در 5 منطقه مهم از نظر اقتصاد کشاورزی از 33000 تن در سال به 74000 تن در سال رسیده و در نتیجه تجزیه و تحلیل نتایج نشان داد که تغییر الگوی کشت می‌تواند به عنوان یک ابزار مؤثر برای انطباق با اثرات منفی تغییرات آبوهوایی استفاده شود.
دانلود با لینک مستقیم
پایان نامه کارشناسی ارشد رشته کشاورزی ارزیابی داده های هواشناسی جهانی در پیش بینی رواناب 
