دانشگاه ایلام مدیریت جامع حوزه های آبخیز 2783-4581 5 4 2026 02 20 Evaluation of the efficiency of the SWAT+ model in mountainous watersheds in arid and semi-arid regions (Case study: Meymeh watershed, Ilam) ارزیابی کارایی مدل +SWAT در حوزه‌های آبخیز کوهستانی مناطق خشک و نیمه‌خشک (مطالعه موردی: حوضه میمه، ایلام) 38 53 724391 10.22034/iwm.2025.2043396.1180 FA رضا شیرخانی گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران محسن توکلی گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران 0000-0001-5482-4927 علی اکبر اختری گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران حیدر ابراهیمی گروه آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه کاشان، ایران Journal Article 2024 10 15 Extended Abstract Introduction: A watershed system regulates both the quantity and quality of water within the hydrological cycle. Challenges have arisen in managing this cycle, largely due to insufficient understanding of its complexity and inadequate planning regarding the interconnections between water resource management and community development. Effective watershed management requires comprehensive and accurate information on various technical and managerial approaches. Simulating hydrological processes within a watershed is considered a promising approach for achieving optimal management. This study aims to develop and evaluate a new rainfall-runoff model for the Meymeh Watershed as a mountainous watershed located in a semi-arid region of Ilam Province, Iran. Materials and methods: This study was conducted using the new SWAT+ model. SWAT+ is a powerful tool for achieving watershed management objectives, offering a flexible spatial representation of basin processes and responses. It integrates a large number of parameters, utilizes the free QGIS software, and features a robust graphical interface.The data required for this research include meteorological records from the watershed and its surrounding areas, historical flow data of the Meymeh River, a Digital Elevation Model (DEM), and geological and soil maps. Meteorological data were collected from two synoptic stations near the watershed and 20 rain gauges located within and around the watershed, sourced from governmental organizations. Historical and observed daily flow data from a hydrometric station at the watershed outlet were also obtained from existing databases.Daily meteorological and hydrological data from 2010 to 2020 were used to simulate streamflow in the study area. Considering that using multiple statistical indicators can lead to mixed interpretations of model performance, in this study were employed the coefficient of determination (R²), Nash–Sutcliffe Efficiency (NSE), Mean Absolute Error (MAE), and Mean Bias Error (MBE) to evaluate the accuracy and reliability of the model. Results and Discussion: Based on the results, NS, R2 coefficients, MAE and MBE were obtained -0.38 , 0.39, 11.1 and 8.4 respectively, using non-optimized coefficients using in the initial run of the model. According to the value of the objective functions in the first run, it was found that the SWAT+ model has insufficient accuracy for the watershed runoff simulation, so the calibration operation is necessary to improve its accuracy. For calibration, ten coefficients and parameters that are effective in producing watershed runoff were determined. These parameters were entered into the model along with the allowed range of their changes (Theoretically) and were real and optimized during 2000 iterations. Following this process, the R2, Nash-Sutcliffe coefficients, MAE and MBE for the calibration period (2010-2018) were obtained 0.72, 0.70, 2.97 and 0.58 respectively, and for the validation period (2019-2020), 0.78, 0.77, 7.6 and 0.38 respectively. In order to evaluate the ability of the model in simulating base and peak flows and also checking their temporal consistency with the observed data, scatter plots and time series of observed and simulated daily flow values were drawn for the calibration and validation periods. A detailed review of the drawn graphs showed that this model has correctly identified the time of the peak flows. Also, the daily fluctuations of the river flow are correctly modeled. From a graphical point of view, the comparison of the time series plots during the validation period shows that the SWAT+ model estimated the peak and base flows close to the actual values. Conclusion: The results of this study showed that SWAT+ has a good ability to simulate of daily runoff in The Meymeh river watershed. It can also be applied to simulate runoff under different management scenarios and in other watersheds with similar environmental and hydrological conditions. چکیده مبسوط مقدمه: سیستم حوزه آبخیز، تنظیم کننده کمیت و کیفیت چرخه آب میباشد. مشکلاتی که در عصر حاضر در این چرخه پدید آمده است (وقوع سیلاب، کم آبی و...)، هزینهای است که بشر به دلیل عدم درک صحیح از این چرخه پیچیده و عدم برنامهریزی در پروژههای مرتبط با مدیریت آب و توسعه جوامع، متحمل شده است. لذا مدیریت صحیح حوضه، مستلزم داشتن اطلاعات جامع و کامل از تکنیکهای مختلف اجرایی و مدیریتی است. اعتقاد بر این است که شبیهسازی پدیدههای هیدرولوژیکی در حوزه آبخیز میتواند راه‌حلی بهینه برای مدیریت صحیح آنها باشد. هدف از پژوهش حاضر توسعه و ارزیابی یک مدل نسبتاً جدید بارش-رواناب در حوضه رودخانه میمه به عنوان یک حوضه کوهستانی با اقلیم خشک و نیمهخشک در استان ایلام میباشد. مواد و روش‌ها: این مطالعه با استفاده از مدل جدید SWAT+ انجام گرفت. مدل SWAT+ به دلیل فراهم نمودن یک نمایش مکانی انعطافپذیر از واکنشها و فرآیندهای حوضه، استفاده از تعداد زیادی پارامتر، نرم‌افزار رایگان QGIS و رابط گرافیکی قدرتمند، ابزار بسیار مفیدی برای دستیابی به اهداف مدیریتی میباشد. دادههای موردنیاز این تحقیق شامل دادههای هواشناسی حوضه و مناطق اطراف آن، دادههای تاریخی و ثبت شده جریان رودخانه، مدل رقومی ارتفاعی، نقشههای خاک و زمینشناسی است. دادههای هواشناسی دو ایستگاه سینوپتیک واقع در اطراف حوضه و 20 دستگاه بارانسنج در داخل و اطراف حوضه از سازمانهای دولتی اخذ شد. دادههای تاریخی و مشاهدهای جریان روزانه در یک ایستگاه هیدرومتری واقع در خروجی حوضه (ایستگاه پل میمه) نیز از شرکت آب منطقهای تهیه گردید. برای شبیهسازی جریان در حوضه مورد مطالعه، دادههای روزانه هواشناسی و هیدرولوژیکی دوره زمانی 2010 تا 2020 میلادی مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به این که انتخاب شاخص آماری چندگانه «احتمال تفسیر ترکیبی، عملکرد مدل را افزایش میدهد» آمارههای ضریب تعیین (R2)، نش ساتکلیف (NSE)، میانگین خطای مطلق (MAE) و میانگین خطای اریب (MBE) جهت ارزیابی عملکرد مدل مورد استفاده قرار گرفت. نتایج و بحث: بر اساس نتایج، ضرایب نش ساتکلیف، تعیین، MAE و MBE در اولین اجرای مدل و با استفاده از ضرایب بهینه نشده بهترتیب 38/0- ، 39/0 ، 1/11 و 4/8 به دست آمدند. با توجه به مقدار توابع هدف در اجرای اول، مشخص شد که مدل SWAT+ فاقد دقت برای شبیه‌سازی رواناب حوضه است، بنابراین عملیات واسنجی برای بهبود دقت آن ضروری است. برای واسنجی، ده ضریب و پارامتر موثر تولید رواناب حوضه تعیین و این پارامترها به همراه محدوده مجاز تغییرات آنها (به لحاظ نظری) وارد مدل شدند و در طی 2000 تکرار، واقعی و بهینه شدند. پس از این فرآیند، ضرایب تعیین، نش-ساتکلیف و مقادیر MAE و MBE برای دوره واسنجی (2018-2010) بهترتیب 72/0 ، 70/0 ، 97/2 ، 58/0 و برای دوره اعتبارسنجی (2020-2019) بهترتیب 78/0 ، 77/0 ، 6/7 و 38/0 به دست آمدند. به منظور ارزیابی توانایی مدل در شبیهسازی دبیهای پایه و دبی اوج و همچنین بررسی سازگاری زمانی آنها با دادههای مشاهده شده، نمودارهای پراکندگی و سری زمانی مقادیر جریان روزانه مشاهده شده و شبیهسازی شده برای دورههای واسنجی و اعتبارسنجی ترسیم شد. بررسی دقیق نمودارهای ترسیم شده نشان داد که این مدل، زمان پیک دبیها را به درستی شبیهسازی کرده است. همچنین نوسانات روزانه جریان رودخانه به درستی مدلسازی شده است. از نقطه نظر گرافیکی، مقایسه نمودارهای سری زمانی در طول دوره اعتبارسنجی نشان میدهد که مدل SWAT+ جریانهای پیک و پایه را نزدیک به مقادیر واقعی تخمین زده است. نتیجه‌گیری: نتایج این مطالعه نشان داد که مدل SWAT+ توانایی مناسبی برای شبیهسازی دبی روزانه در حوزه آبخیز رودخانه میمه دارد و میتواند برای شبیه سازی رواناب تحت سناریوهای مدیریتی مختلف و همچنین در حوضههای با شرایط طبیعی مشابه مورد استفاده قرار گیرد.

https://iwm.ilam.ac.ir/article_724391_7452f41ef05ae7b2b88a363b29f60956.pdf