Modelling rainfall-runoff processes in Kabul River Basin using Arc SWAT model

Abstract

SWAT model is applied to Kabul River Basin (KRB) located in Afghanistan to assess the runoff. KRB is located between latitudes 33 ﾟN and 37 ﾟ N, and longitudes 67 ﾟE and 74 ﾟE, with a drainage area of 72000 km2. This study (1) determines the most sensitive parameters that affect the catchment flow, (2) estimates monthly and daily flows of the basin from the available meteorological stations data, (3) calibrates and validates the simulated and observed flow data for different hydrological stations located in the basin, and (4) determines the total amount of surface runoff and water yield in the basin. SWAT-CUP is applied for the sensitivity analysis. Initially 27 different sensitive parameters effecting the runoff are tasted and 20 most sensitive ones are found. Among these, GWQMN.gw (Treshold depth of water in the shallow aquifer required for return flow to occur ), SMTMP.bsn (Snow melt base temperature), CN2.mgt (SCS runoff curve number II), PLAPS.sub (Precipitation lapse rate), and HRU_SLP.hru (Average slope steepness) are found to be the most sensitive parameters. The predicted flow is calibrated and validated against the measured flow for seven different Hydrological Stations both on a monthly and daily time scales. The performance of the model is checked by applying R2, NSE, and the RSR. Overall, the model's monthly simulation flow is superior to the daily simulation.

SWAT modeli USDA-ARS tarafından geliştirilmiş olan bir modeldir. Bu çalışmada SWAT modeli Kabul River Havzasına (KRB) uygulanmıştır. KRB 33ﾟN ve 37 ﾟN enlem, ve 67 ﾟE ve 74 ﾟE boylamda bulunmakta ve yaklaşık 72000 km2 drenaj alanıne sahiptir. Bu çalışmanın ana amaçları: (1) önemli parametrelerin belirlenmesi ve optimize edilmesi, (2) Havzada oluşabilecek yüzeysel suyun tahmini, (3) aylık ve günlük akımların tahminleri, (4) modelin kalibrasyonu ve velidayonunu yapmak, ve (5) düşük ve yüksek akımların tahminleridir. SWAT-CUP programı ile model paramterelerin kalibrasyonu yapıldı. 20 tane duyarlı paramtrenin yağış-akış olayını etkilediği belirlenmiştir. Bu parametrelerden en önemlilerinin GWQMN.gw (su tablası lokasyonu), SMTMP.bsn (kar erime sıcaklığı), CN2.mgt (eğri numarası), PLAPS.sub (yağış şiddeti), ve HRU_SLP.hru (eğim) oldukları ortaya konmuştur. Modelin kalibrasyonu ve velidasyonu 7 istasyondan elde edilen ölçümlerle hem günlük hem de aylık periyotlar için ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir. Modelin performansı Korrelasyon katsayısı (R2), Nash-Shutcliffe parametresi (NSE) ve RMSE hata ölçüm değerleri kullanılarak yapılmıştır. Genel olrak, modelin aylık akımları daha iyi modelleyebildiği ortaya konmuştur.