مروری جامع بر مطالعات مدل‏سازی تلفیقی منابع آب سطحی و آب زیرزمینی با استفاده از مدل‏های SWAT وMODFLOW

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

2 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

3 موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی ، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

چکیده

هدف: هدف این مطالعه بررسی جامع مطالعات انجام شده مدل‏سازی منابع آب سطحی و زیرزمینی با استفاده از مدل‏های SWAT، MODFLOW و SWAT-MODFLOW و تجزیه‌وتحلیل محدودیت‏ها و قابلیت‏ آن‏ها بود.

 روش پژوهش: تیم تحقیقاتی با انتشار یک محیط آنلاین در میان همکاران ساخته شد. پروژه در محیط آنلاین تشریح و مراحل انجام کار توضیح داده شد. نمونه مقالات شامل 235 مقاله از پایگاه‌های اطلاعاتیSID ،Magiran ، ScopusوScinceDirect با کلید واژه‌های "SWAT"، "MODFLOW"، "SWAT-MODFLOW" تا سال 1403 بود. عناوین مقالات، چکیده‌ها و در صورت نیاز، بخش‌هایی از مقالات مطالعه شد تا به سوال اصلی مطالعه یعنی بررسی محدودیت‏ها و قابلیت‏های مدل‏سازی منابع آب سطحی و آب زیرزمینی پاسخ داده شود.

 یافته‌ها: بررسی‏ها نشان داده است که عدم قطعیت در تعیین پارامتر  تغذیه آب زیرزمینی، به‏ میزان قابل‌توجهی در نتایج شبیه‏سازی جریان آب زیرزمینی و برآورد مؤلفه‏های بیلان آب تأثیر خواهد داشت. از روش‏ها و مدل‏های متنوعی برای تعیین میزان تغذیه آب‏های زیرزمینی ناشی از نفوذ عمقی و جریانات برگشتی آبیاری مانند SWAT ، WATLAC،HEC_HMS ، HYDRUS، MOBIDIC و... استفاده شده است. این مدل‏ها غالباً در ترکیب با مدل آب زیرزمینی MODFLOW برای افزایش دقت در شبیه‏سازی سطح آب زیرزمینی و اثربخشی سناریوهای مختلف برداشت توأمان از منابع آب سطحی و زیرزمینی بر مؤلفه‏های بیلان آب استفاده شده است. به‌طورکلی بررسی‏ها نشان داده است که مدل SWAT به‏عنوان یک مدل جامع شبیه‏سازی آب‏های سطحی برای برآورد تغذیه و تبخیر و تعرق واقعی در مقیاس حوضه آبریز است؛ به‏طوری که تأثیر مقادیر تغذیه حاصل از مدل SWAT به‏عنوان یکی از مهم‏ترین مؤلفه‏های ورودی مدل‏‏های آب‏ زیرزمینی در شبیه‏سازی تراز سطح ایستابی و مؤلفه‌های بیلان آب زیرزمینی با استفاده از مدل MODFLOW به‏عنوان یک مدل جامع و یکپارچه منابع آب سطحی و زیرزمینی (SWAT-MODFLOW) در اکثر مطالعات تأیید شده است. درمجموع نتایج تحقیقات نشان می‏دهد از مدل تلفیقی SWAT-MODFLOW می‏توان به‏عنوان یک ابزار کاربردی در تبیین الگوی بهره‌برداری مناسب از منابع آب تلفیقی سطحی و زیرزمینی تحت‌تأثیر سناریوهای مختلف مدیریتی استفاده کرد.

 نتیجه‌گیری: بررسی این مطالعه بینش عمیقی در استفاده از مدل‏های آب سطحی و زیرزمینی را در اختیار محققین، پژوهشگران و مدیران قرار می‏دهد تا بتوانند بر اساس داده‏ها و ابزارهای موجود و متناسب با اهداف مطالعات و چالش‏های موجود در مناطق مختلف، بهترین ابزار‏ها را به کار گیرند تا عدم قطعیت و خطاهای مدل‏سازی را به حداقل برسانند. به‌طورکلی استفاده از این مدل‏ها می‏تواند به‏عنوان راهنمای تخصیص بهینه و پایدار منابع آب سطحی و زیرزمینی در حوضه‏های رقابتی و بسیار شکننده مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


ابراهیمی، پیام.، سلیمی کوچی، جمیله.، و محسنی ساروی، محسن. (۱۳۹۷). واسنجی و اعتبارسنجی مدل SWAT در شبیه‏سازی رواناب، مطالعه موردی: حوزه آبخیز نکا. مجله مهندسی و مدیریت آبخیز، ۱۰ (۳) ، 279-266.                                https://doi.org/10.22092/ijwmse.2018.117332
احمدزاده، حجت.، مرید، سعید.، و دلاور، مجید. (1393). ارزیابی تغییرات عملکرد محصولات کشاورزی و ورودی به دریاچه ارومیه در حوضه زرینه رود تحت تاثیر تغییر سیستم‏های آبیاری از سطحی به تحت فشار با استفاده از مدل SWAT. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 1 (8) ، 15-1. https://idj.iaid.ir/article_54532.html
اصغری سرسکانرود، صیاد.، و سعیدی­ستا، علیرضا. (1402). بررسی اثر تغییرات کاربری اراضی روی رواناب حوضه رودخانه قره­چای با استفاده از مدل SWAT. نشریه جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، 34 (3) ، 118-95. https://doi.org/10.22108/gep.2023.134432.1535
اعلمی، محمدتقی.، عباسی، حبیبه.، و نیک­سخن، محمدحسین. (۱۳۹۷). مقایسه دو روش متفاوت واسنجی و تحلیل عدم قطعیت مدل SWAT در برآورد میزان رواناب و بار مواد جامد معلق حوضه. مجله دانش آب و خاک، 28 (3) ، ۵۳-۶۴. https://water-soil. abrizu.ac.ir/article_8123.html
پارساصدر، حسین.، محمدزاده، حسین.، و ناصری، حمیدرضا. (1395). شبیه‏سازی عددی آبخوان دشت روداب سبزوار و بررسی اثرات احداث سد روداب بر آن، مجله پژوهش‏های حفاظت آب و خاک، 23 (1) ، 135-119. https://doi.org/10.22069/jwfst.2016.3022
پریسان، طاهریان.، انصاری، حسین.، داوری، کامران.، بهشتی، علی اصغر.، و ضیایی، علی نقی. (1400). مدلسازی جریان و تغییرات کیفی (شوری) آب زیرزمینی در دشت نیشابور توسط کدهای MODFLOW و MT3DMS. مجله آبیاری و زهکشی ایران، 15 (1) ، 37-27. https://dorl.net/dor/20.1001.1.20087942.1400.15.1.3.3
جنوبی، رزا.، رضاوردی‏نژاد، وحید.، بهمنش، جواد.، و عباسپور، کریم. (1397). بررسی تغییرات کمی آب زیرزمینی دشت میاندوآب متأثر از مدیریت بهره‏برداری از منابع آب سطحی و زیرزمینی با استفاده از مدل ریاضی MODFLOW-NWT. مجله تحقیقات آب و خاک ایران، 49 (2) ، 481-467.                                                     https://doi.org/10.22059/ijswr.2017.239340.667731
چزگی، جواد.، و حامدی، احسان. (1402). اولویت­بندی سیلخیزی زیرحوضه­های رودخانه سرباز با استفاده از مدل SWAT. مجله پژوهش‏های خشکسالی و تغییر اقلیم، 3 (1) ، 86-73.                                                            https://doi.org/10.22077/jdcr.2023.6478.1026
چیت‏سازان، منوچهر.، جوادچاوشی، زهرا.، و ناصری، حمیدرضا. (1394). پیش‏بینی اثر متقابل آبخوان- رودخانه در دشت دوسلق، استان خوزستان با استفاده از مدل MODFLOW. مجله پژوهش آب ایران، 9 (4) ، 147-139.                          https://iwrj. ku.ac.ir/article_11104.html
حاجی قاسمی، شهاب.، ذاکری نیری، محمود.، و نجفی جیلانی، عطااله. (1400). بررسی تأثیر تغییرات اقلیمی بر رواناب سطحی با مدل SWAT (مورد مطالعه: رودخانه مزلقان). مجله آبیاری و زهکشی ایران، 15 (1) ، 137-121.                            https://dorl.net/dor/20.1001.1.20087942.1400.15.1.11.1
حیدری، جواد.، چیت‏سازان، منوچهر.، و میرزایی، سیدیحیی. (1398). مدل‌سازی رابطه هیدروژئولوژیکی آبخوان دشت صحنه- بیستون با رودخانه گاماسیاب و مدیریت آبخوان. مجله هیدروژئولوژی، 4 (1) ، 152-140.                                  https://doi.org/10.22034/hydro.2019.8447
خالدی علمداری، محمد.، مجنونی هریس، ابوالفضل.، و فاخری فرد، احمد. (1401). برآورد هدایت هیدرولیکی و ضریب ذخیره آبخوان دشت شبستر با استفاده از مدل عددی. مجله هیدروژئولوژی، 7 (1) ، 52-42.                                   . html https://hydro. abrizu.ac.ir/article_13724.
خلیلیان، سودابه.، سرائی تبریزی، مهدی.، بابازاده، حسین.، و صارمی، علی. (1399). ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر جریان ورودی به سد زاینده رود. مجله علوم آب و خاک، 24(4)، 271-255. http://dx.doi.org/10.47176/jwss.24.4.7492
دادآفرید، سمانه.، حصاری، بهزاد.، و عبقری، هیراد. (۱۳۹۸). مدل‏سازی اندرکنش سطح آب دریاچه ارومیه و آبخوان ساحلی با استفاده از GMS. مجله پژوهش آب ایران، 13 (۳۳) ، 137-129.  https://iwrj. ku.ac.ir/article_10648.html
دوستی رضایی، مهرنگ.، زینال­زاده، کامران.، بشارت، سینا.، و امیرعطایی، بابک. (1401). تأثیر سناریوهای مدیریتی و اقلیمی در تغییرات سطح آب زیرزمینی (مطالعه موردی مدلسازی عددی در آبخوان دشت سلماس). مجله آبیاری و زهکشی ایران، 16 (2) ، 293-280. https://dorl.net/dor/20.1001.1.20087942.1401.16.2.2.1
رجا، امید.، پارسی­نژاد، مسعود.، و تجریشی، مسعود. (1400). واسنجی چندمنظوره مدل SWAT در برآورد رواناب، تبخیر و تعرق و عملکرد محصولات (مطالعه موردی: دشت مهاباد). مجله تحقیقات منابع آب ایران، 17 (4) ، 34-11. https://dorl.net/dor/20.1001.1.17352347.1400.17.4.1.8
رجا، امید.، پارسی­نژاد، مسعود.، و تجریشی، مسعود. (1401). ارزیابی اندرکنش آبخوان و رودخانه با استفاده از مدل تلفیقی  SWAT-MODFLOW-NWT  (مطالعه موردی: دشت مهاباد). مجله علوم و مهندسی آبیاری، 45 (4) ، 72-49. https://doi.org/10.22055/jise.2022.40163.2018
رجا، امید.، پارسی­نژاد، مسعود.، و تجریشی، مسعود. (1401). شبیه­سازی بیلان آب زیرزمینی با استفاده از مدل تلفیقی و جامع آب سطحی و زیرزمینی SWAT-MODFLOW-NWT (مطالعه موردی: دشت مهاباد). مجله آب و خاک، 36 (1) ، 52-31. https://doi.org/10.22067/jsw.2022.74890.1138
رجا، امید.، پارسی­نژاد، مسعود.، و تجریشی، مسعود. (1402). برآورد و ارزیابی مولفه‌های بیلان آب با واسنجی مدل SWAT، مطالعه موردی: دشت مهاباد. مجله مهندسی و مدیریت آبخیز، 15 (1) ، 129-109. https://doi.org/10.22092/ijwmse.2022.357631.1957
رضایی مقدم، محمدحسین.، حجازی، میراسداله.، و بهبودی، عبداله. (1398). برآورد میزان رواناب حوضه آبریز لنبران چای در استان آذربایجان شرقی: کاربرد مقایسه‏ای روش‏های واسنجی و تحلیل عدم قطعیت مدل SWAT. مجله جغرافیا و مخاطرات محیطی، 8 (۳۱) ، ۵۹-۷۵. https://doi.org/10.22067/geo.v8i3.81998
رضایی مقدم، محمدحسین.، رحیم­پور، توحید.، و نخستین روحی، مهسا. (1395). پتانسیل‏‌یابی منابع آب زیرزمینی با استفاده از فرایند تحلیل شبکه‏‏ای در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (مطالعۀ موردی: حوضه­های آبریز منتهی به دشت تبریز). اکوهیدرولوژی، 3 (3) ، 389-379. https://doi.org/10.22059/ije.2016.60026
سروری، سعید.، ضیائی، علی نقی.، و جودوی، عطااله. (1398). بررسی اندرکنش رودخانه و آبخوان در دشت بجنورد به وسیله اندازه‏گیری‏های میدانی و مدل‏سازی عددی. آب و خاک، 33 (5) ، ۶۷۱-۶۸۳. https://doi.org/10.22067/jsw.v33i5.72735
سعادت‏پور، عالیه.، علیزاده، امین.، نقی ضیائی، علی.، و ایزدی، عزیزاله. (1398). مدل‏سازی یکپارچه آب سطحی و زیرزمینی در مناطق متکی بر سیستم کشاورزی آبی با استفاده از مدل SWAT-MODFLOW (مطالعه موردی: حوضه آبریز نیشابور). آب و خاک، 33 (4) ، 536-521. https://doi.org/10.22067/jsw.v0i0.74658
سلطانی، فرزانه.، جوادی، سامان.، روزبهانی، عباس.، مساح بوانی، علیرضا.، و لطفی، سعید. (1401). شبیه­سازی تبادلات آب سطحی و زیرزمینی با استفاده از مدل MODFLOW-OWHM (منطقه مورد مطالعه: دشت شازند). نشریه اکوهیدرولوژی، 9 (1) ، 210-199. https://doi.org/10.22059/ije.2022.336586.1595
شاهویی، سیدوحید.، پرهمت، جهانگیر.، صدقی، حسین.، حسینی، مجید.، و صارمی، علی. (۱۳۹۷). شبیه‏سازی رواناب در مقیاس زمانی ماهانه با استفاده از مدل هیدرولوژیکی SWAT و بررسی و ارزیابی مدل در دوره­های واسنجی و اعتبارسنجی، مطالعه موردی: حوضه روانسر سنجابی استان کرمانشاه در کشور ایران. نشریه مهندسی و مدیریت آبخیز، 10 (3) ، ۴۶۴-۴۷۷. https://doi.org/10.22092/ijwmse.2017.109516.1273
شیخی‏پور، بنفشه.، جوادی، سامان.، و بنی‏حبیب، محمد ابراهیم. (1397). ارزیابی اثربخشی سناریوهای احیای آبخوان توسط شاخص‏های پایداری و بهره‏برداری منابع آب، مطالعه موردی: آبخوان شهرکرد. مجله آب و خاک، 32 (2) ، 281-267. https://doi.org/10.22067/jsw.v32i1.68794
صابری مهر، صادق.، اصغری مقدم، اصغر.، و ندیری، عطااله. (1396). شبیه‏سازی جریان آب زیرزمینی و نفوذ آب شور در آبخوان ساحلی دشت شبستر با استفاده از نرم­افزار GMS. دو فصلنامه کوارترنری ایران، 3 (1) ، 50-41. https://doi.org/10.22034/irqua.2017.701896
عابدی کوپایی، جهانگیر.، و گلابچیان، مریم. (1394). برآورد ضرایب هیدرودینامیک منابع آب زیرزمینی حوضه آبخیز کوهپایه- سگزی با استفاده از مدل MODFLOW. مجله علوم آب و خاک، 19(72)، 292-281. http://dx.doi.org/10.18869/acadpub.jstnar.19.72.24
عباس نوین­پور، اسفندیار.، محمد حسین­زاده، مهسا.، و رضایی، حسین. (۱۳۹۸). اثر احداث سد مخزنی بر نوسانات سطح آب زیرزمینی (مطالعه موردی سد مخزنی شهرچای، دشت ارومیه، ایران). نشریه پژوهش‏های حفاظت آب و خاک، 26 (۴) ، 93-75. https://doi.org/10.22069/jwsc.2019.16103.3144
عثمانی، هیوا.، معتمد وزیری، بهارک.، و معینی، ابوالفضل. (۱۳۹۲). شبیه‌سازی دبی، واسنجی و اعتبارسنجی مدل SWAT، مطالعه موردی: حوضه بالادست سد لتیان تهران. مهندسی و مدیریت آبخیز، 5 (2) ، ۱۳۴-۱۴3. https://doi.org/10.22092/ijwmse.2013.101809
غلامی، عباس.، شاهدی، کاکا.، حبیب­نژاد روشن، محمود.، وفاخواه، مهدی.، و سلیمانی، کریم. (۱۳۹۶). ارزیابی کارآئی مدل نیمه توزیعی SWAT در شبیه‏سازی جریان رودخانه‏ای (مطالعه موردی حوضه آبخیز تالار استان مازندران). مجله تحقیقات آب و خاک ایران، 48 (3) ، ۴۶۳-۴۷۶. https://doi.org/10.22059/ijswr.2017.63414
فرخ­نیا، اشکان.، مرید، سعید.، دلاور، مجید.، و عباسپور، کریم. (a1397). توسعه مدل SWAT-LU برای بررسی و شبیه‏سازی علل افت تراز دریاچه ارومیه و ارزیابی اثربخشی راه‏کارهای مطرح در احیای آن (نقش عوامل انسانی و اقلیمی در تغییرات هیدرولوژیکی حوضه و دریاچه). مجله آبیاری و زهکشی ایران، ۱۲ (۵) ، ۱۰58-۱۰41.  https://idj. aid.ir/article_81775.html 
فرخ­نیا، اشکان.، مرید، سعید.، دلاور، مجید.، و عباسپور، کریم. (b1397). توسعه مدل SWAT-LU برای بررسی و شبیه‏سازی علل افت تراز دریاچه ارومیه و ارزیابی اثربخشی راه‏کارهای مطرح در احیای آن بخش سوم: تحلیل حسابداری آب و ارزیابی راه‏کارهای احیای دریاچه ارومیه. مجله آبیاری و زهکشی ایران، ۱۲ (6) ، 1381-1362.                                 https://idj.iaid.ir/article_85904.html
فرخ­نیا، اشکان.، مرید، سعید.، عباسپور، کریم.، و دلاور، مجید. (c1397). توسعه مدل SWAT-LU برای بررسی و شبیه‌سازی علل افت تراز دریاچه ارومیه و ارزیابی اثربخشی راه‌کارهای مطرح در احیای آن بخش اول: توسعه، واسنجی و صحت‌سنجی مدل SWAT-LU. مجله آبیاری و زهکشی ایران، 12 (3) ، 665-647.                                   https://idj.iaid.ir/article_73673.html
قبادی علمداری، شعله.، اصغری مقدم، اصغر.، و شهسواری، علی اکبر. (۱۳۹۸). امکان‏سنجی استفاده تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی در دشت دهلران با استفاده از مدل MODFLOW. مجله علوم آب و خاک، 23 (۴) ، 57-45. http://dx.doi.org/10.47176/jwss.23.4.33561
قدوسی، میثم.، دلاور، مجید.، و مرید، سعید. (۱۳۹۳). اثر تغییرات کاربری اراضی بر هیدرولوژی حوضه آبریز آجی‏چای و ورودی آن به دریاچه ارومیه. مجله تحقیقات آب و خاک ایران، 25 (2) ، ۱۲۳-۱۳۳.                     https://doi.org/10.22059/ijswr.2014.51614
کتابچی، حامد.، محمودزاده، داود.، و فرهودی هفدران، رضا. (1396). برآورد تبادل آب بین تالاب و آبخوان (مطالعه موردی: تالاب کانی‏برازان). مجله اکوهیدرولوژی، 3 (4)،709-699. https://doi.org/10.22059/ije.2017.62503
کرباسی معروف، محمدتقی.، ناصری، حمیدرضا.، و علیجانی، فرشاد. (1402). نشت آب و تأثیر انحلال در پایداری سد بار نیشابور، مجله زمین­شناسی ایران، (65)، 32-19.                               https://dorl.net/dor/20.1001.1.17357128.1402.17.65.2.4
موحدیان، علی.، و چیت‏سازان، منوچهر. (1395). بررسی اثر متقابل آبخوان و رودخانه کارون در دشت گتوند- عقیلی، با استفاده از مدل MODFLOW. مجله پژوهش‏های آبخیزداری، 111، 18-9. https://doi.org/10.22092/wmej.2016.113417
نوحه‎گر، احمد.، ملکیان، آرش.، حسینی، مجید.، حلی­ساز، ارشک.، و تقوای سلیمی، ادریس. (1395). تفاوت الگوریتم‏های SUFI-2 و GLUE در شبیه­سازی رواناب حوزه‏های آبخیز جنگلی، مطالعه موردی: حوزه آبخیز شفارود. مجله مهندسی و مدیریت آبخیز، 8 (4) ، ۳۸۹-۳۹۹. https://doi.org/10.22092/ijwmse.2016.107185
نیکخو امیری، صدیقه.، خوش­روش، مجتبی.، و نوروز ولاشدی، رضا. (۱۳۹۸). شبیه‏سازی سری زمانی جریان در محل خروجی سد شهید رجایی با استفاده از مدل SWAT. نشریه مهندسی آبیاری و آب ایران، ۱۰(۳۷)، 80-67. https://doi.org/10.22125/iwe.2019.95875
ولی‏وند، فرشته.، و کتیبه، همایون. (1398). ارزیابی اثرات کمی بلندمدت شرایط مدیریت و بهره‏برداری کنونی بر آبخوان دشت ورامین. نشریه پژوهشهای حفاظت آب و خاک، 26 (2) ، 261-251.                    https://doi.org/10.22069/jwsc.2019.15448.3067
یوسفی، علی.، سرائی تبریزی، مهدی.، پرهمت، جهانگیر.، و بابازاده، حسین. (1401). مطالعه طرح تعادل بخشی منابع آب زیرزمینی تحت شرایط تغییر اقلیم (مطالعه موردی: محدوده مطالعاتی هشتگرد). مجله پژوهش آب ایران، 16 (2) ، 32-15. https://doi.org/10.22034/iwrj.2022.10020.2340