Hydrology modelling in Taleghan mountainous watershed using SWAT

Mountainous regions in Iran are important sources of surface water supply and groundwater recharge. Therefore, accurate simulation of hydrologic processes in mountains at large scales is important for water resource management and for watershed management planning. Snow hydrology is the more important hydrologic process in mountainous watersheds. Therefore, streamflow simulation in mountainous watersheds is often challenging because of irregular topography and complex hydrological processes. In this study, the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) was used to model daily runoff in the Taleghan mountainous watershed (800.5 km²) in west of Tehran, Iran. Most of the precipitation in the study area takes place as snow, therefore, modeling daily streamflow in this river is very complex and with large uncertainty. Model calibration was performed with Particle Swarm Optimization. The main input data for simulation of SWAT including Digital Elevation Model (DEM), land use, soil type and soil properties, and hydro-climatological data, were appropriately collected. Model performance was evaluated both visually and statistically where a good relation between observed and simulated discharge was found. The results showed that the coefficient of determination R² and the Nash-Sutcliffe coefficient NS values were 0.80 and 0.78, respectively. The calibrated model was most sensitive to snowmelt parameters and CN₂ (Curve Number). Results indicated that SWAT can provide reasonable predictions daily streamflow from Taleghan watersheds.

Górskie regiony Iranu są ważnymi terenami zasilania wód powierzchniowych i podziemnych. Z tego powodu dokładna symulacja procesów hydrologicznych w dużej skali ma znaczenie dla gospodarki zasobami wodnymi i planowania zarządzania zlewnią. Śnieg odgrywa ważną rolę w hydrologii górskich zlewni. Symulacja przepływów w tych zlewniach stanowi więc wyzwanie z powodu nieregularnej rzeźby terenu i skomplikowanych procesów hydrologicznych. W badaniach zastosowano system oceny gleby i wody (SWAT) do modelowania dobowego odpływu z górskiej zlewni Taleghan (800,5 km²) położonej w Iranie na zachód od Teheranu. Większość opadów na obszarze badań stanowi śnieg, dlatego modelowanie dobowego przepływu rzeki jest złożone i obarczone znacznym stopniem niepewności. Optymalizację modelu przeprowadzono metodą roju cząstek (PSO). Zebrano odpowiednie dane wejściowe do symulacji SWAT: cyfrowy model deniwelacji (DEM), dane o użytkowaniu gruntów, typie i właściwościach gleby oraz dane hydrologiczne i klimatyczne. Działanie modelu oceniano zarówno wizualnie, jak i statystycznie. W tym drugim przypadku stwierdzono ścisłą zależność między obserwowanym i symulowanym przepływem wody. Współczynniki determinacji R² i Nasha-Sutcliffa NS wynosiły odpowiednio 0,80 i 0,78. Wykalibrowany model był najbardziej wrażliwy na parametry topnienia śniegu i CN₂. Wyniki badań wykazały, że model SWAT może zapewnić wiarygodne prognozy dobowego przepływu wody w zlewni rzeki Taleghan.