مدلسازی و بهینه‌سازی راهکارهای کنترل فرسایش و رسوب در منطقه فومنات با استفاده از مدل SWAT

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی عمران، دانشکده عمران و محیط‌زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.

10.22059/jwim.2025.394722.1226

چکیده

فرسایش و رسوب‌گذاری تأثیرات قابل توجهی بر مورفولوژی حوضه‌های آبریز و دینامیک رودخانه‌ها دارند. اگرچه این فرآیندها طبیعی هستند، تشدید فرسایش می‌تواند منجر به ناپایداری سواحل، افزایش اتلاف خاک و آسیب به اکوسیستم‌های آبی و سازه‌ها شود. این پژوهش به مدلسازی و بهینه‌سازی راهکارهای کنترل فرسایش و رسوب در منطقه فومنات (حوضه تالش-تالاب انزلی) با استفاده از فیلترهای گیاهی (VFS) پرداخته است. ابتدا حوضه آبریز با مدل SWAT شبیه‌سازی شد و متغیرهای رواناب و رسوب با الگوریتم SUFI2 در نرم‌افزار SWAT-CUP واسنجی و اعتبارسنجی گردید. سپس با اتصال الگوریتم بهینه‌سازی DE به مدل SWAT، فرآیند بهینه‌سازی با هدف حداکثرسازی منافع اقتصادی ناشی از کاهش رسوب انجام شد. در این مطالعه 26 متغیر تصمیم از جمله نسبت مساحت HRU به فیلتر گیاهی و نفوذپذیری فیلترها (عبور 90% جریان) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد اجرای فیلترهای گیاهی نه تنها بار رسوبی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد، بلکه منافع اقتصادی معادل 82,673 میلیون تومان نیز ایجاد می‌کند. تغییرات کاربری اراضی نیز بر بار رسوب کل تأثیرگذار بود. محاسبه هزینه‌های رسوب‌زدایی بر اساس فهرست بهای سال 1399، لزوم مدیریت دقیق با در نظر گرفتن ملاحظات مالی و اثرات اکولوژیکی بر تالاب انزلی را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Modeling and Optimization of Erosion and Sediment Control Strategies in the Fomanat Region Using the SWAT Model

نویسندگان [English]

  • Pooria safari dinachali
  • Ali Moridi
  • Reza Khalili
Department of Environmental Engineering, Faculty of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Erosion and sedimentation significantly alter watershed morphology and river dynamics. While natural, excessive bed erosion can destabilize banks and increase soil loss, harming aquatic ecosystems and infrastructure. This study models and optimizes erosion control strategies in the Fomanat region (Talesh-Anzali Wetland basin) using vegetative filter strips (VFS) for sediment reduction. The SWAT model simulated the watershed, with runoff and sediment variables calibrated/validated via SUFI2 in SWAT-CUP. The Differential Evolution (DE) algorithm was then linked to SWAT for optimization, focusing on maximizing economic benefits from sediment reduction. Twenty-six decision variables including HRU-to-VFS area ratio and VFS permeability (90% flow passage) were analyzed. Results showed that VFS implementation significantly reduced sediment load while generating 82,673 million Tomans in economic benefits. Land-use changes also influenced total sediment load. Sediment removal costs (based on 2020 watershed pricing) highlighted the need for precise management, considering both financial and ecological impacts on the Anzali Wetland. Climate change effects were also integrated into the model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flow discharge and sediment
  • Vegetative Filter Strip (VFS)
  • Erosion and sediment control
  • SWAT model

مراجع

  1.  Aboelnour, M. A., Tank, J. L., Hamlet, A. F., Bertassello, L. E., Ren, D., & Bolster, D. (2025). A SWAT Model Depicts the Impact of Land Use Change on Hydrology, Nutrient, and Sediment Loads in a Lake Michigan Watershed. Modeling Earth Systems and Environment, 11(1), 22.
  2. Akoko, G., Le, T. H., Gomi, T., & Kato, T. (2021). A Review of SWAT Model Application in Africa. Water, 13(9), 1313.
  3. Bibi, T. S., & Adem, E. A. (2023). Evaluation of Best Management Practices to Reduce Sediment Yield in the Upper Gilo Watershed, Baro Akobo Basin, Ethiopia Using SWAT. Heliyon, 9(10).
  4. Conesa-García, C., Martínez-Salvador, A., Puig-Mengual, C., Martínez-Capel, F., & Pérez-Cutillas, P. (2023). Simulation of Retrospective Morphological Channel Adjustments Using High-Resolution Differential Digital Elevation Models versus Predicted Sediment Delivery and Stream Power Variations. Water, 15(15), 2697.
  5. Cousino, L. K., Becker, R. H., & Zmijewski, K. A. (2015). Modeling the Effects of Climate Change on Water, Sediment, and Nutrient Yields from the Maumee River Watershed. Journal of Hydrology: Regional Studies, 4, 762-75.
  6. Elemile, O. O., Ibitogbe, E. M., Folorunso, O. P., Ejiboye, P. O., & Adewumi, J. R. (2021). Principal Component Analysis of Groundwater Sources Pollution in Omu-Aran Community, Nigeria. Environmental Earth Sciences, 80, 1-16.
  7. Huai, W. X., Li, S., Katul, G. G., Liu, M. Y., & Yang, Z. H. (2021). Flow Dynamics and Sediment Transport in Vegetated Rivers: A Review. Journal of Hydrodynamics, 33(3), 400-420.
  8. Hui, L., Xiaoling, C., Lim, K. J., Xiaobin, C., & Sagong, M. (2010). Assessment of Soil Erosion and Sediment Yield in Liao Watershed, Jiangxi Province, China, Using USLE, GIS, and RS. Journal of Earth Science, 21(6), 941-53.
  9. Khalili, R., & Moridi, A. (2025). A Comprehensive Review of Eutrophication in Water Resources: From Identifying Contributing Factors to Proposing Management Strategies. Interdisciplinary Journal of Civil Engineering, 1(1), 38-52.
  10. Owji, M. R., Nikkami, D., Mahdian, M. H., & Mahmoudi, S. (2013). Minimizing Runoff and Sedimentation by Optimizing Land Use (Case Study: Jajrood Watershed). Journal of Water and Soil Conservation, 20(4), 183-99.
  11. Ostad-Ali-Askari, Kaveh. (2022). Investigation of Meteorological Variables on Runoff Archetypal Using SWAT: Basic Concepts and Fundamentals. Applied Water Science, 12(8), 177.
  12. Ouallali, A., Briak, H., Aassoumi, H., Beroho, M., Bouhsane, N., & Moukhchane, M. (2020). Hydrological Foretelling Uncertainty Evaluation of Water Balance Components and Sediments Yield Using a Multi-Variable Optimization Approach in an External Rif’s Catchment. Morocco. Alexandria Engineering Journal, 59(2), 775-89.
  13. Preetha, P. P., & Al-Hamdan, A. Z. (2020). Integrating Finite-Element-Model and Remote-Sensing Data into SWAT to Estimate Transit Times of Nitrate in Groundwater. Hydrogeology Journal, 28(6), 2187-2205.
  14. Quamar, S., Kumar, P., & Singh, H. P. (2025). Streamflow and Sediment Simulation in the Song River Basin Using the SWAT Model. Frontiers in Water, 7, 1500086.
  15. Rahimi, R. (2021). Agricultural Activities Impacts on Water Resources of Masouleh River Basin with WEAP Model. Computational Ecology and Software, 11(1), 46.
  16. Santhi, C., Arnold, J. G., Williams, J. R., Dugas, W. A., Srinivasan, R., & Hauck, L. M. (2001). Validation of the Swat Model on a Large Rwer Basin with Point and Nonpoint Sources 1. JAWRA Journal of the American Water Resources Association, 37(5), 1169-88.
  17. Wang, L., Dang, D., Liu, Y., Peng, X., & Liu, R. (2023). Dynamic Water Environment Capacity Assessment Based on Control Unit Coupled with SWAT Model and Differential Evolution Algorithm. Water, 15(10), 1817.
  18. Wang, Q., Liu, R., Men, C., Guo, L., & Miao, Y. (2019). Temporal-Spatial Analysis of Water Environmental Capacity Based on the Couple of SWAT Model and Differential Evolution Algorithm. Journal of Hydrology, 569, 155-66.
  19. Xu, Y., Esposito, C. R., Beltrán-Burgos, M., & Nepf, H. M. (2022). Competing Effects of Vegetation Density on Sedimentation in Deltaic Marshes. Nature communications, 13(1), 4641.
  20. Zewde, N. T., Denboba, M. A., Tadesse, S. A., & Getahun, Y. S. (2024). Predicting Runoff and Sediment Yields Using Soil and Water Assessment Tool (SWAT) Model in the Jemma Subbasin of Upper Blue Nile, Central Ethiopia. Environmental Challenges, 14, 100806.
  21. Zhang, T., Li, D., East, A. E., Kettner, A. J., Best, J., Ni, J., & Lu, X. (2023). Shifted Sediment-Transport Regimes by Climate Change and Amplified Hydrological Variability in Cryosphere-Fed Rivers. Science Advances, 9(45), eadi5019.
مدیریت آب و آبیاری
دوره 16، شماره 1
تیر 1405
صفحه 49-68

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار