:مقدمه

و رسوب يكي از معضالتي است كه در حال حاضر بسياري پديده فرسايش

و شسته. از كشورهاي جهان با آن روبرو هستند فرسايش خاك باعث فرسوده

و به مرور از ضخامت آن مي كاهد، تا در نهايت از بين شدن تدريجي خاك شده

غذ. برود و از دست رفتن منابع 2.7ايي، بالغ بر خسارت ناشي از فرسايش خاك

.ميليارد دالر در سال برآورد شده است

هاي آبخيز ايران، ميزان فرسايش بيش از حد قابل قبول در اكثر حوزه

مي مي از باشد كه از عواقب آن توان به افزايش جاري شدن سيل، كم آبي ناشي

و جنگلها اشاره نمود .عدم تغذيه سفرهاي آب زيرزميني، كاهش سطح مراتع

سال هاي اخير پيشرفت هاي زيادي در زمينه شناخت مفاهيم مختلف در

و به دنبال آن، مدل هاي مختلف فرايند فرسايش خاك حاصل شده است

و رسوب پا به عرصه وجود گذاشته است به طور كلي مدل. برآورد فرسايش

:شوند هاي فرسايشي به سه گروه تقسيم بندي مي

1مدل هاي جعبه خاكستري-1

2جعبه سياهمدل هاي-2

3مدل هاي جعبه سفيد-3

توان به معادله جهاني تلفات خاك از مدل هاي جعبه خاكستري مي

(USLE) و نيازمندي به داده اشاره نمود كه امروزه به دليل منطقه هاي اي بودن

____________________________________________________________

1-Gray 2-Black 3-White

و دراز مدت، كمتر مورد استفاده قرار مي اساس كار مدلهاي جعبه. گيرد فراوان

ميزان تلفات خاك با عوامل موثر روي آن كه از طريق سياه برقراري ارتباط بين

مي مشاهده، اندازه و تحليل آماري بدست و تجزيه مي گيري تجربي . باشد آيد

بررسي هاي اخير نشان داده است كه اين روش چندان كارآيي ندارد، زيرا

و تاثير متقابل عوامل موثر بر آن، مرتب در حال اطالعات ما از فرآيند فرسايش

.فزوني است

مدلهاي جعبه سفيد روشهايي مبتني بر اصول فيزيكي مي باشند كه از آن

بدين ترتيب مدل هاي. اشاره كرد1 فيزيكي–توان به مدل هاي رياضي جمله مي

اند؛ به عبارت ديگر حل معادالت جعبه خاكستري جاي خود را به جعبه سفيد داده

و تحليل آماري .گرديده است ديفرانسيلي جايگزين تجزيه

ي علميهاي شبيه سازي، توانمندترين ابزار توليد آمار در عرصهها مدل

براي محاسبه روانابها استفاده از اين روش.ي آبخيز هستندها بخصوص در حوزه

نظامهاي پيچيده را بايد به طوري. راهكار ديگري براي متخصصين اين امر است

پيشينه طوالني در زمينه استفاده. باشند ساده كرد كه با سهولت بيشتري قابل درك

وها از تفاسير ساده شده از موقعيت ي جهان واقعي وجود دارد كه تحليل راحتر

.سازدمي را فراهمتر راهي براي آزمايش كم هزينه

مدل مورد بحث يك مدل. مدل، نمادي از واقعيت در مقياس كوچكتر است

ابتدا. مورد استفاده واقع شده استرياضي است كه براي توصيف مسئله رواناب

و محوري خالصه كند كه در واقع بازمي يك فرآيند را به صورت نكات اصلي

____________________________________________________________

1-Physically-based

و و اين مسئله را تجريد گويند كه در واقع نوعي هنر است نمود مسئله است

.مربوط به نوشتن برنامه مدل است

تمي از تجريد، تحليل مبتني بر مبحث رياضي استفاده بعد ياهاا به تئوريشود

ي فيزيكي در مورد جهانها سپس نتايج به صورت استنتاج. رياضي برسد نتايج

واي گردد كه اين عمل تا اندازهمي واقعي تفسير مجدد عكس فرايند تجريد است

و جهان واقعي دارداي نياز به درك تخصصي مشابه كه. از نظام نتايج فيزيكي

هها داده همان و» تطابق در خور«ستند كه حاصل فرايند مدلي شبيه سازي شده

).Boyd،1981؛ Dawdy، 1965(معيار اعتبار مدل است

SWATمباني مدل

SWAT يها توزيعي است كه ابتدا براي حوزه-يك مدل پيوسته مفهومي

و بتدريج براي منظورهاي مختلفي بسط داده شده است . بزرگ طراحي شده

ازمي تر اصليداراي سه پارام SWATسيستم مدل يها ورودي:باشد كه عبارتند

و برنامه اصلي مدلها مدل، خروجي .ي مدل

نظير GISاست كه از نرم افزارايي گستردهها اكنون مدل داراي برنامه

Arc-Info وArc-View وها بمنظور تهيه اطالعات رقومي از تصاير ماهواره ي

و نقشهها عكس ومي استفادههاي هوايي ي پايگاه كمكي تصميمها از برنامهكند

و انتقال اطالعات داده Linkبمنظور)DSS(1گيري يها به برنامهها اطالعات

).Arnold & Allen،1996(نمايدمي اصلي مدل استفاده

____________________________________________________________

1- Decision Support System

و حدود9حاوي SWATمدل كهمي پارامتر فرعي22پارامتر اصلي باشد

را شش پديده و بيولوژيكي زير شودمي شبيه سازيهيدرولوژيكي

)1990Arnold et al.,(

)daily stream flow(دبي روزانه رودخانه-1

)daily sediment yield(رسوب روزانه-2

و ساالنه-3 )water balance(بيالن آبي ماهانه

آب-4 )water pollutant(كيفيت

توليد محصوالت زراعي-5

ي چرائيها مديريت سيستم برآوردتوليدپوشش گياهي مرتعي با اعمال-6

. دام

مولفه اصلي شامل هيدرولوژي، اقليم، رسوب، حرارت7اين برنامه داراي

و مديريت اراضي هرمي خاك رويش، محصوالت زراعي، كودپاشي باشد كه

و يك فايل كنترل به نام1كدام يك زيربرنامه از برنامه اصلي محسوب شوند

File-cio ر و خروجي برنامه مدل مجهز به سيستم طبقه. نمايدميا تنظيمورودي

از Data Base Managementها بندي داده و نيز تهيه اطالعات است

و از ... خصوصيات فيزيكي حوزه نظير اطالعات خاك، توپوگرافي، زمين شناسي

از طريق برنامه به برنامهها باشد همچنين انتقال دادهمي RS-GISيها طريق سيستم

). ,Arnold 1996(گيردمي اصلي انجام

____________________________________________________________

1 - subroutine

ساختمان مدل

و فرمول .ي تجربي ساخته شده استها ساختمان مدل از مجموعه معادالت

و فرمول120بيش از ي مربوط به برآوردها فرمول در اين مدل كار گرفته شده

راد و طي دو مرحله در مدل استفادهمي تشكيل بي، بخش از آنها دهند

در) Routing(مرحله رونديابي)ب ورد دبيمرحله برآ) الف:شوند مي دبي

ي رگرسيوني براي تشريحها مدل به لحاظ فيزيكي بيشتر به تشكيل معادله. رودخانه

و خروجي پايه ريزي شده است اين مدل براي شبيه. روابط بين متغيرهاي ورودي

و و همچنين قادر است، و ساالنه طراحي شده است قايع سازي وقايع روزانه، ماهانه

يها از طريق رونديابي سيل، سيالب SWATمدل. را پيش بيني كنداي لحظه

باميرااي لحظه .دقت زيادي شبيه سازي كندتواند

:ي نهايي شامل مراحل زير استها ساختار مدل تا ارائه خروجي

و خصوصيات حوزهيها زيربرنامه.1 مدل كه در برگيرنده پارامترها

.باشد مي

باها ال دادهي انتقها فايل.2 .قابل اجرا هستندDSSو GISو اطالعات كه

ي مدل،ها فرمان.3

كنترل مدل،.4

تست حساسيت مدل،.5

و اعتبارسنجي مدل،.6 واسنجي

ي مدل،ها تحليل خروجي.7

سناريوهاي مدل،.8

.ي مدلها خروجي.9

براساس كاربرد SWATي مدلها شايان ذكر است كه هر كدام از زيربرنامه

ساختمان مدل در ارتباط با شبيه سازي دبي. گذاري شده اند معمول بنام مدل اسم

و ساير پديده كههاي هيدرولوژيكي حوزه از طريق زيربرنامهها روزانه يي است

م ):,Srinivasan & Arnold 1994(گردديذيال تشريح

مدل هيدرولوژي.اين مدل هيدرولوژيكي روي معادله بيالن آبي پايه ريزي شده است

)1(( )∑ = −−−−+= t1t tttttt QRPETQRSWSW

:كه در آن

SW :بار يا ظرفيت15 حجم آب موجود در خاك منهاي حجم آب با فشار

آب خاك اوليه منهاي ظرفيت آب نقطه پژمردگي دائمي كه براي گياهان، بر

حسب ميليمتر موجود است،

SWt:ظرفيت آب خاكها)mm(،

t:،زمان برحسب روز

R:بارش روزانه)mm(

بهها داراي چرخه پيوسته آب با حوزه واناب مدلر ي مركب كه

و تعرق خاكايي با اختالف برگشت چرخهها زيرحوزه مختلف براي تبخير

و غيره تقسيم براي هر زير حوزهاي سپس رواناب جداگانه. شوندمي محصوالت

و مجموع رواناب براي حوزه بدست و رونديابي شده اين. آيدمي پيش بيني

).Helvey،1971(وع دقت توزيع فيزيكي چرخه آب را افزايش ميدهد موض

مدل رواناب سطحيو مقادير اين مدل، رواناب، حجم رواناب سطحي، ارتفاع رواناب حداكثر

حجم رواناب بوسيله روش شماره منحني. كندمي سازي رواناب روزانه را شبيه

SCS ي شود م يك روش)USDA-SCS،1972(اصالح شده، تخمين زده

رواناب را با نوع. محاسباتي كارآمد است، وروديهاي مورد نياز موجود است

و عمليات مديريت مربوط مخصوصا اين نوع. سازدمي خاك كاربري اراضي

ي بارش روزانه موجود، استناد مهمي از روش شمارهها استفاده راحت از داده

.شودمي منحني محسوب

فرمول استداللي. ناب حداكثر وجود داردبراي محاسبه مقدار روا دو روش

و روش يك اصل).TR-55 )1986،USDA, SCSاصالح شده

تامي در معادله حسابي به شبيه سازي رواناب حداكثر امكان1استوكاستيك دهد

و شدت بارش ماهانه را بكار گيرد .فقط بارش روزانه

مدل حجم روانابتوسط معادله شماره منحني حجم رواناب سطحي حاصل از بارش روزانه،

SCS 1972(شودمي پيش بينيUSDA-SCS.(

)2(( ) s2.0Rs8.0Rs2.0RQ >>

+−=

:كه در آن

s:،پارامتر تلفات

Q:ارتفاع رواناب)cm(

R:بارش روزانه)cm(.

____________________________________________________________

1 - Stocastic

)3(s2.0R0.0Q =′>=

:زيرا كندمي تغييرها ميان زير حوزهSپارامتر تلفات

a(كا و شيب آنها تغييرخاكها، .كندمي ربري اراضي، مديريت

b(شود پارامترمي ايجادها در طول زمان، تغييراتي در حجم آب خاكSبه

CN شود كه بوسيله معادلهمي مربوطSCS 1972(داريمUSDA-SCS,.(

)4(

−= 1

CN100254s

پسشومي به ميليمتر محاسبهS، مقدار 254به خاطر عدد ثابت هم R,Qد

متوسط استCNشماره براي وضعيت مرطوب باCN2. گردندمي به ميليمتر بيان

در. محاسبه شوداي تواند به آساني براي هر منطقهمي كه جداولي مقادير آنرا

و كاربري اراضي را لحاظ CNبر فرض مثال مقادير. كندمي مديريت خاك

براي محاسبه مقادير شيب تنظيم مناسب است معادله زير%5مذكور براي شيب

).,1972USDA-SCS(شده است

)5(( ) ( )[ ] 223s2 CNS*1386exp21CNCN31CN +−−−=

:كه در آن

CN2s : مقادير اصالح شدهCN2ست،ها جداول مذكور براي شيب

CN3:يا مرطوب است،3شماره منحني داراي شرايط رطوبتي

S:متوسط شيب براي حوزه است.

بCN1مقادير است)1(راي شرايط رطوبتي خشك مقدار شماره منحني

و شرايط ديگر براي محاسبه. آيدمي بدستCN2مطابق باCN3و اهداف

CN3,CN1بااي با معادلهCN2در ارتباط هستند.( )

( )[ ]22

222 100063605332100

10020CNCN

CNCNCN x −−+−−=

..exp

)6(( )[ ]223 CN10000673.0expCNCN −=

حجم) افزايش يا كاهش(تغيير شود كه پارامترمي آب خاك سبب در

.تلفات مطابق معادله زير تغيير كند

)7(( )[ ]

−+

−=FFCwwexpFFC

FFC1sS21

1

S1:از باSمقداري ارتباط دارد كه تحت تاثير CN1،FFCهست كه

.پارامتر شكل هستندw1وw2واي ظرفيت مزرعه

FFC شودمي با معادله زير حساب.

)8(WPFCWPSWFFC

−−=

: كه در آن

SW :د .ر منطقه ريشه استحجم آب خاك

WP :500رطوبت در نقطه پژمردگي خاك است كه براي بيشتر خاكها

باشد،مي كيلوپاسكال

FC :خاك است،اي ظرفيت مزرعه

كه) پارامترهاي مفروض(w2وw1مقادير زمانيS=S2مطابق با اين فرض

است، 0.5=(PO-FC)/(SW-FC)زماني كهS=S3و FFC=0.6كه

.آيدمي بدست

)9(2

1

21 w.6060

ss1

60Lnw +

−−

=

)10(60POFC

POFCs

s1

POFCLn60s

s1

60Ln

w 1

2

1

2

2 −

−−

−

−−

=

:كه در آن

S3:پارامتر تلفاتCN3است.

و فرج ظرفيت مزرعه :شودمي با معادله زير محاسبه POFCاي خلل

(11) ( )

( )

−

−+=

∑

∑

=

=M

1ttt

M

1ttt

WPFC

FCPO50100POFC

:كه در آن

PO :و فرج اليه اول خاك است .خلل

SWAT ط پسمي تخمين ور روزانهحجم آب در هر اليه خاك به زند

و با توابع وزني توزيع عمق خاك موجود است اين اثر توزيع عمق روي رواناب

.گرددمي عمق بيان

)12(m0.1tM

1t t

1tt

M

1t t

1ttt

* Z

ZZZ

ZZZFFC

FFC <

=

=

=

=

∑

∑−

−

=

: كه در آن*FFC : مقدار وزني عمقFFC ،است

Z:عمق)m(خاك است،اي تا كف اليه

همچنين تخمين رواناب خاك يخ زده. خاك هستنديها شماره اليه:mو1

از. سازدمي را مقدور درجه سانتيگراد باشد صفراگر دماي اليه دوم خاك كمتر

:پارامتر تلفات با محاسبه معادله زير كم خواهد شد

)13(SF=0.1s

:كه در آن

SF :يخ زده است .پارامتر تلفات براي زمين

مدل رواناب اوجگيرد فرمولمي در نظر روش براي تخمين حداكثر روانابSWAT ،2مدل

و روش ),TR-55 )1988USDA-SCSاستداللي اصالح شده

روش استداللي

.تواند به فرم مقابل نوشته شودمي اين معادله

)14(( )( )( )360

Arpqp =

pq:رواناب حداكثر است( )sm3،

p:ضريب رواناب است كه با توجه به مشخصات نفوذ پذيري حوزه بيان

گردد، مي

r:شدت بارش است)mm/hr (ز بارش،براي زمان تمرك

A:به ).,1961Hershfield(استhaسطح حوزه

)15(RQp =

)16(c

tc

tRr =

Qبا معادلهCNآيدمي بدست.

Rtc :بارش در زمان تمركز

tc:زمان تمركز

)17(R.pQaRRtc ==

آيدمي پس معادله رواناب حداكثر از فرمول زير بدست

)18(( )( )( )360

Arpqp =

TR-55روش

. در اين روش براي تخمين رواناب حداكثر، جزئيات تشريح شده است

و زمان رواناب حداكثر به توزيع بارش، مقدار تمركزبارش، شماره منحني رواناب

و با معادله زير تشريح شده است ).,1988USDA-SCS(بستگي دارد

)19(( )( )Rqq *pp =

:كه در آن

qp:نرخ پيك)mm/m(*pq:نرخ پيك هر واحد از بارش )mm/hr.mm(

R:براي بارش رگبار)mm(

ز ير سطحي تاخيريمدل جريانهايشد Sloan) 1983(مدل ذخيره جنبشي بوسيله اين.و همكاران توسعه داده

معادله پيوستگي. كندمي فرايند از معادله پيوستگي از پروفيل داخلي خاك استفاده

:در اختالف متناهي براي مدل ذخيره جنبشي به صورت زير است

)20(2

qqiLttss 2lat1lat

12

12 +−=

−−

:كه در آن

S:حجم قابل زهكش ازآب ذخيره شده در منطقه اشباع)m/m(،

t:،زمان برحسب ساعت

latq:مقدار آب ورودي به منطقه اشباع( )hrm2

L:توده(طول شيب تپه) (m(

:است كه برابر)H0(ي شيب دار اشباع شده،هاي نرمال تپهها ضخامت

)21(L0s2H

d0 =

:كه در آن

od:خلل فرج با قابليت زهكشي خاك است.

S:حجم زهكشي آب ذخيره شده هست كه در مدل حوزه به صورت روزانه

.باشد مي

ي شيب دار، بوسيله معادله زير بدستهاي تپهها جريان تاخيري در خروجي

:آيد مي

)22(vwHq 0lat =

:كه در آن

v:عت جريان خروجي استسر

w:ي شيب دار استها عرض تپه.

:شودمي سرعت در خروجي با فرمول زير تخمين زده

)23(( )αsinKv s=

:كه در آن

Ks:هدايت اشباع است

:باتركيب اين سه معادله زير خواهيم داشت

)24(( )LO

sinsK2024.0qd

slat

α=

:كه درآن

S:برحسب)m/hr(وlatqبرحسب)mm/d.(

α:برحسب)m/m(

Od:برحسبm/m وLبرحسب)m(

ي بااليي جاريها اگر منطقه اشباع در ناحيه خاك باال بيايد، آب در اليه

از. گردد مي و طول شيب اشباع با معادله زير بدستKsمقدار جريان فوقاني

).,.1983Sloan et al(آيد مي

)25(L

LK24q sssat =

:كه در آن

Ls:طول شيب اشباعي

satq:به mm/dجريان فوقاني

و تعرق مدل تبخيرو تعرق پتانسيل عرضه مدل سه روش - پنمن. كندمي براي پيش بيني تبخير

روش ). 1972(3تايلور-پريستلي) 1985(2هارگريوز-، ساماني)1965(1مونتيس

و رطوبت نسبي نياز-پنمن و دماي هوا، سرعت باد مونتيس به تشعشع خورشيدي

و دماي هوا به عنوان ورودي نياز-روش پريستلي. دارد تايلر به تشعشع خورشيدي

.رگريوز فقط به دماي هوا نياز داردها دارد در حالي كه روش

و خاك حساب بمي مدل، تبخير را جداگانه ازگياهان وسيله رايتچي كند كه

و شاخص. تشريح گرديد) 1972( تبخير پتانسيل آب خاك در تابع تبخير پتانسيل

سطح برگ گياهان با سطح خاك ارتباط LAI( شودمي سطح برگ، پيش بيني

و شاخص سطح برگ شبيه ). دارد تبخير آب گياهان تابع خطي تبخير پتانسيل

.شودمي سازي

____________________________________________________________

1 - Penman-Montieth 2 - Samani-Hargreaves 3 - Priesty- Taylor

مانتيس-روش تبخير پتانسيل پنمن

اضافه شده SWATبه مدل)1965(وش پنمن مانتيسر

)1965Montiese, (تا به عنوان يك وسيله براي تخمين اثرات تغييراتCo2به

مانتيس به صورت زير بيان-معاله پنمن). ,.1992Stockle et al(كار رود

:شود مي

)26(( ) ( )

( )( )γδ

δ

α +

−+−

=HV

AReeAD7.86Gh

Edaa

و

)27(( ) ( )

++

−+−

=γγδ

δ

ρ

ARCR1HV

AReeAD7.86Gh

Edaa

:در آنهاكه

ha:2(تشعشع شبكهm/mj(،

δ:شيب منحني فشار بخار اشباع)Kpa/c(،

G:2(جريان حرارت خاكmmj /(

ea:فشار بخار اشباع در دماي متوسط هواkpa،

ed :فشار بخار در دماي متوسط هواKpa

HV :حرارت بخار

y:بت سايكرومترثا)Kpa/c(

AD:3(اكم هواترm/gr(،

AR :و حرارت )s/m(مقاومت آيروديناميكي انتقال بخار

CR :مقاومت كانوپي براي انتقال بخار)s/m(است .

:شودمي تراكم هوا بامعادله زير تخمين زده

)28(T0367.01

PB01276.0AD+

=

:كه در آن

PB :س Kpaنجي است فشار هوا

T:دماي متوسط روزانه )co(

.گرددمي مقاومت آيروديناميكي بامعادله زير حساب

)29(V

ZOZD10Ln25.6

AR

2

−

=

:آن كه در

ZD:ارتفاع جابجاسازي محصول)m(،است

،)m(زبري سطح:ZOپارامتر

Vسرعت متوسط باد روزانه)m/s (است.

شودمي معادله زير تخمين زده زبري سطح با

)30(997.0CHT131.0ZO =

:گرددميو ارتفاع جابجا شده محصول با هوا در معادله زير پيش بيني

)31(979.0CHT702.0ZD =

:كه در آنها

CHT :ارتفاع محصول)m(است زماني كه هيچ محصول در حال رشد

.گرددمي ادله زير پيش بينينيست مقاومت آيروديناميكي با مع

)32(V

350AR =

:گرددمي مقاومت كانوپي با معادله زير محاسبه

)33(( )( )( )20

1

Co00121.04.1gLAIPCR−

=

:كه در آنها

P1:كند،مي تغيير2تا1پارامتري كه با محدوده بين

LAI :است شاخص سطح برگ محصول.

go:هدايت برگها)m/s (،است

Co2:سطح دي اكسيد كربن دراتمسفر است)ppm.(شاخص هدايت برگ

.شودمي از روي محصول براي كسر فشار بخار اصالح

)34(( )( )FVgg 00 =&

:كه در آن

go:كه VPDكمتر از آستانهVPDTمقاومت برگ محصول است زماني

محصول است،

FV :فاكتور اصالحVDP است.

)35(( ) 1.0VPDVPDb1FV t ≥−−= τ

:كه در آن

bv :،ضريب محصول است

VPDtآستانهVPD براي محصول است.

)1972(1تيلر-روش پريستلي

و تشعش پيش بيني :كندمي اين روش تبخير پتانسيل را فقط بر پايه دما

)36(

+

=

γδδ

HVh28.1E 0

0

:كه در آن

Eo:به است،mmتبخير پتانسيل

δ:شيب منحني فشار بخار اشباع)c/Kpa o(،

____________________________________________________________

1 - Priesty-taylor

γ:ثابت سايكرومتر)c/Kpa o(،

h0:خالص(تشعشع شبكه) (2m/mj(

HV :حرارت بخار)mj/mg(

.تابع حرارت به صورت زير حساب ميگردد

)37(HV= 2.50-0.0022T

:كه در آن

T:دماي متوسط روزانه)co(،

و با معادله زير حساب :گرددمي فشار بخار اشباع تابعي از حرارت بود

)38(( )

+−+−=

273T6791273TLn03.588.54exp1.0E0

:گرددمي شيب منحني فشار بخار اشباع با معادله زير حساب

)39(

−

+

+= 035

2736791

2730 .

TTeδ

س :گرددمي ايكرومتر با معادله زير محاسبهثابت

)40(PB610.6 4−=γ

:كه در آن

PB :فشار هوا سنجي)Kpa(

:گرددمي فشار هواسنجي كه تابعي از ارتفاع است با معادله زير حساب

)41(27 ELEV4410.5ELEV0115.0101PB −+−=

:كه در آن

ELEV :ارتفاع محل است)m(

:گرددميي ممكن است با معادله زير حسابحداكثر تشعشع خورشيد

)42(( )

++= 2.88i3602sin0335.00.130RAMX π

)3(( ) ( ) ( )

+

XTsinSDcosLAT

3602cosSDsinLAT

3602sinXT... ππ

)44(( ) XT0,SDtanLAT3602tancosXT 1 <

−= − π

:كه در آنها

LAT :،عرض جغرافيايي محل به درجه است

SD :راديان(زاويه انحراف خورشيدي(،

i:ي با معادله زير حسابزاويه انحراف خورشيد. روزهاي سال است

:گردد مي

)45(( )

−= 25.80i3602sin4102.0SDiπ

:گرددمي معادله زير حساب تشعشع خالص با

)46(( )ii AB1RAhr −=

:كه درآن

RA:2(تشعش خورشيديm/mj(

AB :آلبدو است.

و )1985(1رگريوزها روش ساماني

و دماي هوا حساب ميكند و تعرق پتانسيل را از تابع تشعشع . اين روش تبخير

ازها روش بوسيله افزايش نمايي اختالف دما بين SWATرگريوز براي استفاده

و نيز تشعشع خارج االرضي بوسيله 0.6تا 0.5 RAM Xاصالح شده بود

كه) حداكثر تشعشع خورشيدي ممكن در سطح زمين( اين ضريب جابجا شده بود

.براي تبديل صحيح، تغيير ميكند 0.0032تا 0.0023بين

____________________________________________________________

1 -Samani-Hargreaves

:معادله اصالح شده به فرم

)47(( )( ) 6.00 minTmaxT8.17T

HWRAMX0032.0E −+

=

و خاك حساب هر دو روش آلبدو را با لحاظ پوشش برف محصول

0.6باشد يا حجم آب بيشتر، مقدار آلبدوmm5اگر پوشش برف. كنند مي

ك. باشد مي و هيچ محصولي در خاك رشدmm5متر از اگر پوشش برف باشد

كنند،مي زماني كه محصوالت رشدي. نكند آلبدو خاك مقدار مناسبي است

:شودمي آلبدو با معادله زير تعيين

)48(( ) ( )( )EAABEA0.123.0AB S+−=

:كه در آن

آلبدوي گياهان است،: 0.23

ABS:،آلبدو خاك است

EA :شاخص پوشش خاك مقدارEAتغيير ميكند، كه طبق معادله0-1بين

:باشدمي زير

)49(( )CV02.0expEA =

:كه در آن

CV :مجموع وزن خشك محصوالت)t/t/ha.(

مدل جريان آب زيرزمينيزيربرنامه مهم ديگر در ساختمان مدل، مدل آب زيرزميني بود، كه تغييرات

اين مدل عمدتاً در اراضي.ندكمي مديريت را براي تهيه مجموع آب، پيش بيني

زراعي، براي بدست آوردن وروديهايي كه حصول آنها آسان نيست، استفاده

بايست اين وروديها را به سهولت استفادهمي آب زيرزميني پس ساختار. شود مي

),1993Arnold,Allen(كند

شامل چهار اليه كنترل در شبيه سازي SWATسيستم هيدرولوژيكي براي

وهاد كه عبارت از اليه پروفيل خاك يا منطقه ريشه، اليه سفرهباش مي ي كم عمق

سطحي،، روانابهاي جريان در اين اليهها حركت. باشدميي عميقها اليه سفره

و جريان برگشتي از سفره نفوذ.ي عميق هستندها جريان تاخيري پروفيل خاك

به. شده استي كم عمق فرضها آب در پروفيل خاك براي پركردن سفره

و محض نفوذ آب به سفره عميق، سيستم شبيه ساي آن را تلف شده تلقي كرده

يها چرخه آب براي سفره). ,1993Moore & Clarke(نمي تواند برگرداند

:كم عمق به صورت

)50(SAgwrf1sqtsq WUpercqrevapRCVV −−−−+= =

:كه در آن

Vsq:برگشت جريان آب از سطح االرض به عمق

ravap :جر ي كم عمق به پروفيل خاك است،ها يان آب از سفرهبرگشت

qrf :جريان برگشتي

Perc gw :ي عميق،ها نفوذ به سفره

WUSA :ي كم عمقها استفاده مجدد آب از سفره

i:روز

Rycroft وSmedema)1983(از اثر مراحل مطالعه جريان ناپيوسته

آب جريان زيرزميني براي پيش ازها زيرزميني سفره بيني برگشت مجدد جريان به ،

:فرمولي با مراحل پيوسته زير استفاده كردند

)51(hLkd8q 2=

:كه در آن

q:جريان برگشتي

k:هدايت هيدروليكي

L:،فاصله زهكشي

h:آب .ارتفاع سفره

يها اوش كانالتر بوسيله)ي كم عمقها سفره(با فرض اينكه آب زيرزميني

پر) بارش يا آبياري(ن يا پروفيل خاك جريان، مخاز و يا برگشتمي دوباره شود،

اب با معادله زير) كم يا زياد شدن(يابد، تغييرمي جريان به داخل رودخانه جريان

),Smedema& Pycroft 1985(شودمي محاسبه

)52(µ8.0qRc

dtdh −=

:كه در آن

RC :كمها مقدار پرشدن دوباره سفره عمقي

µ:بازدهي ويژه

تغيير در جريان برگشتي در واحد زمان با مقدار تغيير ارتفاع سفره آب

:گرددمي اين بازدهي با معادله زير حساب. ارتباطي دارد

)53(( ) ( )qRcqRcL

Kd10dtdq

2

−=−= αµ

:كه در آن

d:م. ثابت تناسب يا فاكتور واكنش است و ساختن و بدست آوردن عادله

ازqحل آن براي :عبارتست

)54(( )tt e0.1cRe1qiqi ∆α∆α −− −+==

.كيب چهار معادله فوق گرفته شده استتر روابط ارتفاع سفره آب از

)55(( )tt e0.18.0

cRe1hihi ∆α∆α

µα−− −+==

Sangrey معادله براي محاسبه زمان تاخيري براي)1984(و همكاران

را. ارش استفاده كردندب-جريان برگشتي در مدل اثر آب زيرزميني آنها تابع زير

:پيشنهاد شده بود)Venetis )1969استفاده كردند كه بوسيله

)56(( )( ) 1t08.1

t08.1 RceRce0.1Rc =

−− +−=

:كه در آن

δ:زمان تاخير يا زمان زهكشي سفره است اين معادله فقط بر جريان برگشتي

),1984Sanger(موثر خواهد بود نه كل حجم

Revap شودميي كم عمق به پروفيل خاك منتقلها آبي است كه از سفره

و به اتمسفر برمي گردد كه به صورت تبخير از خاك يا آبيگيري ريشه گياهان

:گرددمي معادله زير محاسبه اين حجم بوسيله. باشد مي

)57(stactr revaprevapETrevap >= β

)58(strevaprevapif0.0revap <=

د آنكه :ر

Etact :افتد،مي تبخير تعرق واقعي است كه در پروفيل خاك اتفاق

β:ضريبrevap،st revapذخيرهrevapجريان. استrevapمستقيماً به بيالن

ش جريان برگشتي اتفاق. گرددمي ذخيرهrevapود اماآبي پروفيل خاك منتقل نمي

),1990Hill(تالقي شودrevapنمي افتد، تا اينكه ذخيره

:عميق به صورت زير استيها بيالن آب براي سفره

)59(dagw1t WUpercvdaVda −+= −

:كه در آن

Vda :،ذخيره سفره عميق است

Percgw:،نفوذ آب به سفره عميق است

WUda : آب(استفاده .ي عميق استها از سفره) برداشت

ي عميق با جريانها دوباره پرشدن سفره(ي كم عمقها مقدار نفوذ از سفره

:به صورت زير است) عمقي

)60(rRcpercgw β=

Bp:ضريب نفوذ است.

مدل ذوب برفم، اگر گرماي اليه دوم خاك بيش از در شرايطي كه برف داشته باشي

برف طبق تابع دماي پيك. شود ممكن است در اين مواقع، ذوب گردد صفردرجه

),.1985Srinivasan et al(شودمي برف با استفاده از مدل زير ذوب

)61(( )SPT54.052.1TSML +=

SNOSML0 <<

:كه در آن

SML :ميزان ذوب برف است)mm/d(،

SNO :آب ،)mm(برف فعلي معادل

T:،دماي متوسط روزانه هوا به سانتيگراد است

SPT دماي پيك برف با معادله زير. دماي پيك برف به سانتيگراد است

):,1992Bengtsson & Westerstorm(شودمي تخمين زده

)62(( )( )2TTminSPT s=

:كه در آن

TS :اس ت،دماي باالي ارتفاع برف

T(2):برف ذوب شده به عنوان مقداري. دماي مركز اليه دوم برف است

و نفوذ منظور شود، اما گرماي بارش را برايمي بارش موقع محاسبه حجم رواناب

درمي آن صفر در نظر و مقدار اوج رواناب با فرض يكنواختي توزيع بارش گيرند

),1988Price(گرددمي ساعت حساب24طول

تآبمدل مديري در مديريت آب زراعي، عمليات آبياري از مواردي است كه توسط

SWAT اين عمليات ممكن است براي چرخه آب شبيه. گرددمي شبيه سازي

.سازي گردد ولي در اين تحقيق، پارامتر تاثيرگذار نبود

آب مورد استفاده در زراعت

و رودي براي شبيه سازي استفاده آب، برداشت متوسط روزانه براي هر ماه،

، نگهداشت آب،)آبراهه(تواند براي كانالمي پس گيري. باشدمي هر زيرحوزه

و سفرهها سفره راهاي كم عمق ي عمق ايجاد شود مدل هر روز پس گيري معيني

& 1992Arnold(كنند البته اگر آب موجود باشدمي از منبع مناسب كم

Stockel,.(

)63(

mo.daii

mo.saii

mo.iii

mo.ciI

WUvdaVdaWUvsaVsa

WUviViWUvcVc

−=−=

−=−=

:كه در آن

Vc:حجم آب كانال

Vi:و مخازن نگهداشتها حجم آب چاله

Vsa :ي كم عمق،ها حجم آب سفره

Vda ي عميقها حجم آب سفره)m3است،) در روز

WU :متوسط پس گيري روزانه در هر ماه است

)mo(شود ديگر به سيستم برنمي گرددمي زماني كه آب پس گيري

)1994 Srinvasan et al.,(.

ايها عيين محلت ي ذخيره چاله

ها دو روش براي زيرحوزه. سه روش براي تعيين محل ماندابها وجود دارد

و يك روش ديگر خاص شبكه خاص شبكه رونديابي استمي بكار روش. رود

(ي بزرگ استها اول براي ماندابهاي كوچك داخل در حوزه وها چاله. ، مردابها

مجموع توانند روي هم براي ورودميدماندابهاي كوچك متعد) مخازن كوچك

و سطوحها زهكشي داخل زيرحوزه حساب شوند كه براي ماندابها،مجموع حجم

رونديابي. شوندمي اين ماندابها روي رودهاي فرعي تعيين محل. كنندمي شركت

جريانها اصلي امتدادهاي جريان برخالف جريان زيرحوزه است وداخل اين چاله

دوم شبيه سازي مخزن در رونديابي اصلي امتداد زيرحوزه، همه روش. نمي يابد

جريان عبوري توسط جريانهاي زيرحوزه داخل مخزن است روش سوم قابليت

و تعيين محل ويژه در شكل رونديابي است هر. انعطاف بيشتري دارد اين روش به

راها كدام يا همه هيدروگراف رومي اين امكان نديابي دهد كه با لحاظ مانداب،

با. شوند كه18اين روش معموالً حداكثر تواند در مدلمي مانداب انجام شده،

SWAT 1992(شبيه سازي شودArnold,.(

واحدهاي اثر هيدرولوژيك

ياها در بيشتر حاالت، شبيه سازي در هر نوع مزرعه يا اراضي در حوزه آبخيز

ن است براي قسمتي از ممكها اغلب داده. حوزه رودخانه مقدور يا آسان نيست

.ي خاصشان، موجود باشندها ناحيه يا خاكهاي خاص داخل زير حوزه روي محل

و نقشهها در اين حاالت تعيين محل ويژه عرصه ي خاك موجودهاي خاص

نمي تواند تك تك شبيهي اضطراري، هر عرصهها هست، ولي مقتضي پروژه

و بايستي با هم حساب گردند .سازي گردد

درميتاين حاال واحدهاي اثر«با استفاده از مفهومي به نام SWATتواند

ي شامل توپوگرافي تعريفها شبيه سازي در زير حوزهHRUs1» هيدرولوژيكي

متعدد داخل اين HRUs. شوندمي تعريفها شده، همين طور در زير حوزه

مي زيرحوزه آ. توانند تعريف شوند ها ب وروديهاي مدل شامل اقليم،خاكها،

هر زيرزميني ومديريت باشد، تعادل آب خاك، رشدمي نياز HRUبراي

و غيره براي هر شبيه سازي HRUمحصوالت، چرخه مواد غذايي، مديريت

به صورت وزنيها كيبات چرخه آب شامل بازدهي آب براي زيرحوزهتر.شود مي

ب)qp(اما زماني كه مقدار دبي اوج. هستند ياه محاسبه، داده رايالزم

و كانال(توپوگرافيكي و شيب زمين تمركز استفاده حوزه براي تخمين زمان) طول

شودمي شود براي تخمين رسوب دهي رويكرد وزني، از رابطه زير استفاده مي

)1995Cilolkosz et al.,.(

)64(( )( )( )( )( )( )

=∑−

su

iiiiii

qsub DA

DALSPECkVY

hru

.. 1560811ρ

:كه در آن

i:نشاندهندهHRU است

SUB :اس .تنشان دهنده زيرحوزه

____________________________________________________________

1 - Hydrologic Response Units

hru يها مجموع شمارهHRU داخل زير حوزه است اين رويكرد براي

ي زيادي متناسب با خاك، كاربريها دهدتا به زيربخشمي زيرحوزه امكان

و مديريت تقسيم گردند در حالي كه نگهداشت توپوگرتافي زير حوزه اراضي

يرواي تواند جزئيات خاص قابل مالحظهمي شود كه اين رويكردمي تعريف

.ايجاد كندهاي آبخيز بزرگ بدون شبيه سازي تك تك عرصهها حوزه

مدل اقليم، بارش، دماي هوا، تشعشع SWATمتغيرهاي مورد نياز براي اجراي

و رطوبت نسبي است و اگر بارش،. خورشيدي سرعت باد حداقل دماي حداكثر

هاي مستقيم توانند، به عنوان وروديمي روزانه مشاهده شده موجود باشند، آنها

SWAT اگر پارامترهاي مذكور اقليم براي مدل مو جود نباشد،. استفاده شوند

و بارش روزانه را شبيه سازي كندمي مدل تشعشع خورشيدي، سرعت. تواند دما

و رطوتب نسبي روزانه ؛ 1980Kuchment(شوندمي هميشه شبيه سازي باد

1996Arnold et al,(

بيمدل ساختار روند ياوها قادر به رونديابي سيل، رونديابي رسوبات مانده در چالهمدل ي حوزه

و مخازن سطح حوزه است كه در اين تحقيق رونديابي سيلها روند يابي چاله

.بحث ميشود

ها رونديابي سيل در كانال

مدل.ي زمان روزانه به تكرار نياز داردها پيگيري عمليات رونديابي در گام

يها در حوزه)50-100ساله(براي شبيه سازيهاي درازمدت به اندازه كافي قادر

يها داده.ي جريان متقاطع حذف شده استها همچنين جزئيات داده. بزرگ است

ورودي كانالها شامل طول امتداد كانال، شيب كانال، عمق كانال، عرض باالي

و شيبnكانال، شيب كناري كانال، شيب دشت سيالبي، ضريب مانينگ كانال

و سرعت متوسط بوسيله معادله مانينگ. باشدمي سيالبيشتد مقدار جريان

توسط سرعت محاسبه بوسيله تقسيم طول كانال زمان طي شده. شودمي محاسبه

در. گردد مي و عمق طي شده زمان،1/0اين محاسبات براي تمام عمق كانال

روابط غيرخطي كامل انجام گيرد كه به زمان پيمايش جرياني مربوط است، كه از

),.1985Williams et al(آيدمي بدست

)65(2x1qrxTT =

:كه در آن

TT :؛)زمان پيمايش(برحسب ساعت

qr:مقدار جريان)m3/hr(

x1,x2پارامترهاي متغير در هر امتداد زماني كه جريان در كانال وجود دارد.

ماني كه جريان در كل عمقز. گرددمي اين فرايند براي عمق كامل تكرار

شودمي كانال جاري باشد در طول رونديابي، رابطه به شكل زير

)66(4x3qrxTT =

:كه در آن

x4,x3پارامترهاي متغيرهاي هر امتداد زماني كه جريان بيش از جريان كل

.كانال باشد

آيدمي با استفاده از معادالت زير بدست:SCضريب ذخيره

)1973Williams & Hann:(

)67(24TT2

48SC+

=

:شودمي جريان خروجي امتداد بوسيله معادله زير تغيير داده

)68(( )1i1i sISCO =+=

:كه در آن

Q:3(جريان خروجي استm(

I:3(جريان وروديm(

Si=1 : 3(امتداد در روز ذخيره در هرm(يها جريان خروجي براي افت. است

هر. گرددميو اصالح انتقال، تبخير، انحراف برگشت جريان تنظيم ذخيره در

.گرددمي امتداد توسط معادله بيالن محاسبه

)69(rtdvEVTLOISS ii1ii ++−−−+= −

:كه در آن

TL :3(افت انتقال كانالm(

EV :3(تبخيرm(،

rv :3(انحرافm(

rt :3(برگشت جريانm(باشدمي.

مدل رونديابي ماندابها

) گوديهاي(يها براي محاسبه اثرات مخازن، چاله SWATاين زير برنامه

و مردابها روي بازدهي آب طر روابطي كه براي محاسبه. احي شده بودزراعي

شوند، براي هر سه نوع مانداب يكسان استمي تبخير وتراوش استفاده

)1977Begnold,.(

:معادله بيالن آب

)70(SEPEVQOQIVMVM O −−−+=

:كه درآن

VMO :ماندابهاي داخل زيرحوزه در شروع روز، حجم آب ذخيره در همه

VM :،حجم آب در پايان روز

QI :،جريان ورودي در طول روز

QO :،جريان خروجي

EV :تبخير

SEP:اوش كه همه واحدها به مترمكعب استتر.

OI در رواناب سطحي از مجموع ماندابهاي سطح زهكشي تشكيل شده به

شودمي تبخير با معادله زير محاسبه. باشدمي اضافه بارش روي سطح آب سطحي

)1979Doorenbos & Kassaman,.(

)71(( )( )( )SAE10EV 0η=

:كه در آن

η:0.6(ضريب تبخير است(،

SA :سطح ناحيه ماندابهاست.

:آيدمي تراوش از ماندابها از معادله زير به دست

)72(( )( )SASC240SEP =

:كه در آن

SC :هدايت اشباع كف مانداب است)mm/hr(

وسطح ناحيه ماندابه شود، رابطه بين سطحمي اوئي نيازترا براي محاسبه تبخير

درها نياز است، دادهو حجم مانداب و مخازن كوچك براي ماندابهاي موجود

و آكالهاما دهد كه سطح ناحيهمي نشان) ,1957USDA-SCS(تگزاس

:توان با معادله زير حساب گردد مي

)73(( ) 2VMSA 1ϖϖ=

:كه در آن

w1:4103.1پارامتر است×−

w2:است مدل)9/0(پارامتر نسبتا ثابتSWAT

w2=0.9 ومي را فرض و SAmxبراي هر زير حوزه با استفاده ازw1كند

Vmmt 1985(كندمي تعيينHargreaves, 1982Lane,.(

.تاندكي متفاوت اسw2وw1براي تخمينها براي مخازن بزرگ، اين روش

و حجم ناحيه براي آبراهه و اضطراري برايها از سطح ي ارتفاع باالدست اصلي

شود، در نتيجه معادالت،مي شبيه سازي حل معادالت باال استفاده

)74(SF

SF1 VRlogVRlog

SAlogSAlog−−=ϖ

)75(2VR

SAF2 ϖϖ =

:كه در آن

SA يها سطح مخزن ناحيه است، انديسS,F بهتربه يها آبراههتيب

و اصلي برميگردد، اگرچه اين روابط براي پيش ارتفاعات باالدست اضطراري

و و گودال. شوندمي اوش استفادهتر بيني تبخير ، يكسانها براي همين مانداب

مردابها ممكن. كنندمي براي تعيين خروجي به طور ملحوض تغييرها هستند، روش

ذخ. است خروجي نداشته باشند پارامتر ذخيره يره آب كشاورزي فقطاستخرهاي

وها استخر آب دارند، در حالي كه مخازن كوچك كنترل سيل قسمت ي سطح

و اصلي را دارنداي حجم آبراهه ).,1953Monsi&Saeki(اضطراري

بهمي براي استخرهاي كشاورزي، خروجي جريان زماني اتفاق افتد كه حجم

:گرددميو با معادله زير تشريح ظرفيت ذخيره ماندابي دائمي افزايش يابد

)76(VMVM,mxmx VMVM

0QOVMVMQO

<≥=

−=

:كه در آن

VMmx :درها حداكثر ذخيره ماندابي دائمي است براي همه چاله

)3m(زيرحوزه

اساساً براي شبيه سازي جريان توسط مخازن كوچك طراحيها اين برنامه

چرخه ساختار. روي مخازن بزرگ استفاده شودتواندمي همچنين. شده بودند

راها كيب چالهتر مخازن آب مثل يها دهد كه در آبراههمي است، اين امكان

و اصلي جريان يابند .اضطراري

نظر توسط مهندسين براي مخازن كنترل سيل تنظيم شده بزرگ در تجديد

اين. شده بودخروجي استفادهيها زراعي ارتش آمريكا براي شبيه سازي جريان

و ممكن است بوسيلهمي رويكرد براي قوانين ساده عمومي شبيه سازي شود

مالكي براي همه گرچه اين مدل ساده است ولي. كاركنان مخازن استفاده گردد

تواند به طور ساده جريانهاي خروجيمي.شودميي محسوبها تصميم گيري

به اضافه قواعد اين عمليات. كندميي كوتاه شبيه سازيها اصلي را در دوره

(ي مخازن اضافه گرددها تواند براي مدل كردن مخازن ويژه با سيستم مي

1983Smedea&Rycroft,(

ي معمولي يا اصلي با مخازن كنترل سيالب،ها براي اين حاالت حجم آبراهه

مخزن كنترل سيل حداكثر مطابقت را دارد در حاليكه حجم آبراهه اضطراري با

و پايان فصل سيل نياز داردمطابقت در سراسر آمريكا. ندارد اين به ماه شروع

وها كند ولي به طور معمول شامل ماهمي مسئله تغيير بهميي زمستان است تواند

مدل از روش ذخيره. تاخير در بهار براي نواحي برفي كوهستاني معين اجرا گردد

و شرايط هيدرولوژيكي مخزن كنترل سيل كه پايه ريزي شده بر فصل سيالب

):,1969Venetis(كندمي حوزه آبخيز استفاده

)77(t

t

VRVRmo

VRVRmoT

T

QRQO

QRND

VRVRQO

<

≥

=

+

−= ,

:كه در آن

VRt:3(مخزن كنترل سيلm(

NDt:،روزهاي ذخيره هدف است

QR:3(مخزن رها شده حداقل روزانه براي ماهm(

بدها در فصل و مخزن هدف ون سيل به مخازن كنترلي سيالب نياز نيست

در طول فصل سيالبي، مخزن كنترل.ي اضطراري هماهنگ استها با حجم آبراهه

مخزن كنترل سيل. تابعي از حجم آب خاك در آبخيز است) هدف مخزن( سيل

اي(براي شرايط مرطوب خاك مزرعه و براي شرايط) ظرفيت مزرعه با حداكثر

با) نقطه پژمردگي(مزرعه خشك خاك برابر حداكثر5/1مخزن كنترلي سيل

).,.1994Sirinvasan et al(مطابق است

)78(( ) FSS1 VRVRSWF15.0VRVR −−+=

:كه در آن

SWF :و با معادله زير تعريف :شودمي فاكتور آب خاك است

)79(w

w

FCSWSWF =

:كه در آن

SWw:آب خاك)mm(است.

FCw:است براي سطح زهكشي حوزهاي ظرفيت مزرعه)mm(