Streamflow Simulation and Assessing the Land Use Changes impacts on it (Case Study: Gol Gol Catchment in The Province of Ilam, Iran)

Authors

• Somaye Mirzaee
• Hossein Zeinivand
• Ali Haghizadeh

Abstract

The main purpose of this study was to simulate rainfall - runoff processes to assess the effects of land use changes on the runoff generation using the hydrological WetSpa model, and also to evaluate the accuracy of predicted daily discharge at the Gol Gol Catchment outlet, in Iran. The Nash Sutcliffe efficiency criterion was 0.603 for the daily discharge during the 2003 to 2009 period and the land use map of 2007. The results Further indicated that the land use have changed from 1988 to 2013, as forests and irrigated – gardens have decreased by 3322.502 and 3934.386 hectares (ha), respectively, while rangeland and rain-fed areas have increased by 3942.99 and 3313.9 ha, respectively. For assessing the effects of land use changes on the discharge, the simulated daily discharges generated by the model for the following years;1988, 2003, 2007 and 2013 were compared using the paired t-test. Results showed that there were significant differences at the 99% confidence level between the simulated discharges of 2003 and 2013 land use maps. The average annual discharge has increased from 1.118 m³/s in 2003 to 1.134 m³/s in 2013 due to this land use changes. Moreover, the mean daily discharge was increased by 15 l/s from the beginning to the end of the study period. In addition, there was a general increasing trend in the runoff volume

Keywords

• Water balance
• Hydrological model
• WetSpa
• Runoff
• discharge

20.1001.1.20086377.1395.9.29.7.0

---

References

1. آذری، م. 1385. پایان­نامه کارشناسی ارشد مهندسی آبخیزداری. دانشگاه تربیت مدرس. دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی.
2. برخورداری، ج. و خسروشاهی، م. 1386. بررسی اثر تغییرات پوشش اراضی و اقلیم بر جریان رودخانه ( مطالعه موردی: حوضه آبخیز میناب). مجله پژوهش و سازندگی در منابع طبیعی 77: 191-199.
3. بی­همتا، م.ر، و زارع چاهوکی، م.ع. 1389. اصول آمار در علوم منابع طبیعی. انتشارات دانشگاه تهران.چاپ دوم.
4. زینی­وند، ح. 1389. شبیه­سازی توزیع مکانی فرسایش خاک و رسوب در مقیاس حوضه آبخیز. در مجموعه مقالات ششمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری و­ چهارمین همایش ملی فرسایش و رسوب. 8 تا 9 اردیبهشت ماه، نور، دانشگاه تربیت مدرس. 262 ص.
5. سلاجقه، ع.، فتح آبادی، ا.،و مهدوی، م. 1388. بررسی کارایی روش های عصبی-فازی و شبیه های آماری در شبیه سازی فرآیند بارش-رواناب. نشریه مرتع و آبخیزداری، مجله منابع طبیعی ایران. 62،: 65 تا 79.
6. صادقی، ح ر.، مرادی، ح ر.، مزین، م. و وفاخواه، م. 1384. کارایی روشهای مختلف تجزیه و تحلیل آماری در شبیه سازی بارش- رواناب. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان: ، 12: 81-90
7. عباسی، م.، محسنی ساروی، م.، خیرخواه، م. م.، خلیقی سیگارودی، ش. رستمی­زاد، ق.، و حسینی، م. 1389. بررسی تاثیر فعالیت های آبخیزداری در زمان تمرکز و شماره منحنی حوضه با بهره­گیری از شبیه HEC-HMS (بررسی موردی حوضه آبخیز کن تهران). مجله منابع طبیعی ایران 63: 375-385.
8. کریمی، ص. 1394. شبیه سازی رواناب با استفاده از شبکه عصبی موجکی (مطالعه ی موردی: حوضه ی آبخیز رود خرسان 3). مجله مهندسی منابع آب، 8،: 1-14.
9. متکان، ع ا. زینی­وند، ح.، بیات، ب.، غفوری، ع.، و میرباقری، ب. 1390. شبیه­سازی جریان روزانه رودخانه و تحلیل اثرات تغییر کاربری بهینه روی آن با استفاده از شبیه WetSpa در محیط GIS (مطالعه موردی: حوضه آبریز مرک، استان کرمانشاه). مجله سنجش از دور و GIS ایران، سال سوم، شماره دوم.
10. مرادی­پور، ش.، بهره­مند، ع ر.، زینی­وند، ح.، و نجفی­نژاد، ع.1390. شبیه­سازی توزیعی _ مکانی سیل با شبیه هیدرولوژیکی WetSpa در حوضه آبخیز طالقان. لوح فشرده مجموعه مقالات هفتمین همایش ملّی علوم و مهندسی آبخیزداری. 7تا 8 اردیبهشت، دانشگاه صنعتی اصفهان. 252 ص.
11. یعقوبی، ف.، بهره­مند، ع ر.، و نورا، ن، 1389. تهیه نقشه ضریب پتانسیل روانآب حوضه چهل­چای با استفاده از شبیه .WetSpa در مجموعه مقالات ششمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری وچهارمین همایش ملی فرسایش و رسوب. 8 تا 9 اردیبهشت ماه، نور، دانشگاه تربیت مدرس. 262 ص.
12. یوسفی، ص.، مرادی، ح ر.، حسینی، ح.، و میرزایی، س. 1390. آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی شهر مریوان با استفاده از داده­های TM و ETM+ ماهواره لندست. مجله کاربرد سنجش از دور و GIS در علوم منابع طبیعی جلد2.
13. Cornelissen, T., Diekkrüger, B., and Giertz, S. 2013. A comparison of hydrological models for assessing the impact of land use and climate change on discharge in a tropical catchment. Journal of Hydrology.
14. De Smedt, F., Liu, Y. B,  and Gebremeskel, S. 2000. Hydrologic modeling on a catchment scale using GIS and remote sensed land use information, In Risk Analysis II, Brebbia, C.A., Ed., WTI press: Southampton, Boston. P. 295-304.
15. De Voorde, T. V., Chormanski, J., Batelaan, O., and Canters, F. 2006. Multi-resolution impervious surface mapping for improved runoff estimation at catchment level. 1st EARSeL Workshop of the SIG Urban Remote Sensing Humboldt-Universität zu Berlin, 2-3 March.
16. Galton, F. 1892. Finger Prints Macmillan, London. 246p.
17. Gebremeskel, S., Liu, Y. B., and De Smedt, F. 2002. GIS based distributed modeling for flood estimation, Pproceeding of the Twenty_Second Annual American Geophysical Union Hydrology Days, 98-109.
18. Kabir, A., Mahdavi, M., Bahremand, A., and Noora, N. 2011. Application of a geographical information system (GIS) based hydrological model for flow prediction in Gorganrood River Basin, Iran, African Journal of Agricultural Research, 6: 35-45.
19. Li, K. Y., Coe, M .T., Ramankutty, N., and De Jong, R. 2007. Modeling the hydrological impact of land-use change in West Africa. Journal of Hydrology 337: 258– 268.
20. Liu, Y. B, Gebremeskel, S., De Smedt, F., Hoffman, L., and Pfister, L. 2003. A diffusive approach for flow routing in GIS based food modeling, J. Hydrol. 283, 91-106.
21. Liu, Y. B., Gebremeskel, F., De Smedt, S., Hoffmann, L., and Fister, S. 2004. Assessing land use impacts on flood processes in complex terrain by using GIS and modeling approach, Environmental Modeling and Assessment 18: 227–235.
22. Nash, J. E., and Sutcliffe, J. V. 1970. River flow forecasting though conceptual models. Part 1-A discussion of principles. Journal of Hydrology 10: 282-290.
23. Nugroho, P., Marsono, D., Sudira, P., and Suryatmojo, H. 2013. Impact of land-use changes on water balance, Procedia Environmental Sciences 17: 256 – 262.
24. Öztürk, M., Copty, N., and Saysel, A. K. 2013. Modeling the impact of land use change on the hydrology of a rural watershed. Journal of Hydrology 497: 97–109.
25. Price, K. C. R., Jackson, A. J., Parker, T., Reitan, J., and Dowd, M. J. 2010. Effects of watershed land use and geomorphology on stream baseflows in the Southern Blue Ridge Mountains. Presented at Coweeta Long Term Ecological Research Program Summer Research Meeting, Otto,NC. June 28-29.
26. Safari, A., De Smedt F., and Moreda, F. 2009. WetSpa model application in the distributed model intercomparison project (DMIP2). Journal of Hydrology: 1-12.
27. Smeeton, N. C. 1985. Early history of the Kappa Statistic. Biometrics 41: 795.
28. Wang, Z., Batelaan, O., and De Smedt, F. 1997. A distributed model for water and energy transfer between soil, plants and atmosphere (WetSpa), Physics and Chemistry of the Earth. 21:189-193.
29. Wijesekara,  G. N., Gupta, A., Valeo, C., Hasbani, J. G., Qiao, Y., Delaney, P., and Marceau, D. J. 2012. Assessing the impact of future land-use changes on hydrological processes in the Elbow River watershed in southern Alberta, Canada. Journal of Hydrology 412: 220–232.
30. Zeinivand, H., and De Smedt, F. 2009. Spatially distributed modeling of soil erosion and sediment transport at watershed scale, World Environmental & Water Resources Congress (EWRI), 17-21 May, Kansas City, USA.
31. Zeinivand, H. 2009. Development of spatially distributed hydrological WetSpa Modules for snowmelt, soil erosion, and sediment transport. Thesis submitted in fulfillment of the requirements for the award of the degree of Doctor in de ingenieurswetenschappen (Doctor in Engineering).