مدل هیدرولوژیکی WetSpa یک مدل هیدرولوژیکی پیوسته و توزیعی بوده که در بسیاری از حوضه های آبریز در کشورهای مختلف جهت پیش بینی انتقال آب و انرژی بین خاک، گیاهان و اتمسفر استفاده شده است که در مقیاس ناحیه ای یا حوزه ای بوده و بر گام زمانی روزانه، ساعتی و دقیقه ای استوار می باشد و در دانشگاه بروکسل VUB در بلژیک توسعه یافته است. این مدل اولین بار توسط ونگ و همکاران (1996) ارائه و سپس توسط لیو و همکاران (2003) جهت پیش بینی سیلاب و محاسبه بیلان آبی توسعه یافت و بعد از آن قابلیت شبیه سازی کیفیت آب توسط لیو و همکاران (2006) به آن اضافه شد و دی اسمت و همکاران (2000) و زینی وند (2009) توانایی محاسبه ذوب برف و شبیه سازی فرسایش خاک و حمل رسوب را بر آن مدل افزود.
مدل هیدرولوژیکی WetSpa یک کد کامپیوتری به زبان فرترن است که به صورت یک برنامه جانبی در محیط GIS اضافه می شود. اطلاعات ورودی مدل در دو دسته کلی نقشه های رستری (شامل سه نقشه پایه مدل رقومی ارتفاعی، کاربری اراضی و نقشه بافت خاک) و اطلاعات هواشناسی تقسیم بندی می شود. همچنین از داده های دبی رودخانه برای واسنجی و اعتبارسنجی مدل استفاده می شود.
همانطور که در ابتدای نوشته عرض شد، مدل WetSpa قادر است کلیه شبیه سازی ها و پدیده های مختلف هیدرولوژیکی را در پایه های زمانی متفاوت برآورد کند. به عبارات دیگر این مدل می تواند هم با داده های ورودی در گام زمانی کوتاه (دقیقه و ساعت) و هم با داده های زمانی با گام بلند (روزانه) شبیه سازی فرآیندهای هیدرولوژیکی را انجام دهد.
مدل هیدرولوژیکی WetSpa به منظور بیان تعادل آب و انرژی، براساس شبکه سلولی طراحی شده است. مدل در هر شبکه سلولی با استفاده از مجموعه روابط فیزیکی و تجربی و با توجه به میزان بارندگی، دما و تبخیر و تعرق و کلیه فرآیندهای هیدرولوژیکی (شامل بارش، برف، ذخیره برگابی، ذخیره چالابی، رواناب سطحی، نفوذپذیری، تبخیر و تعرق، نفوذ عمقی، جریان زیرسطحی، جریان آب زیرزمینی و بیلان آب) در منطقه ریشه و منطقه اشباع را شبیه سازی می کند.
در این مدل برای هر شبکه سلولی، 4 لایه عمودی شامل: منطقه ریشه، منطقه لایه، لایه تاج پوشش (ذخیره برگابی) و منطقه اشباع (سفره آب زیرزمینی) در نظر گرفته می شود که در شکل زیر نشان داده شده است. علاوه بر آن هر سلول خود شامل خاک لخت و خاک دارای پوشش است که دارای تعادل آب و انرژی است.
بیلان آبی در هر سلول ترکیبی از تعادل آبی خاک لخت، پوشش گیاهی، آب های با سطوح آزاد و بخش غیرقابل نفوذ به هر سلول می باشد. در هر شبکه سلولی فرآیندها به روش آبشاری تنظیم می شوند، به این معنی که رخداد فرآیندها پس از وقوع بارش به صورت پی در پی فرض شده است. در این مدل ترکیبی از روابط فیزیکی و تجربی برای شرح فرآیندهای پایه به کار می رود.
بارش، نیروی محرکه حیاتی و ورودی اصلی بسیاری از فرآیندهای هیدرولوژیک است. مدل های بارش رواناب که از جمله آن ها مدل هیدرولوژیکی WetSpa به ورودی بارش حساس اند و داده های بارش به طور معمول به صورت نقطه ای در ایستگاه های باران سنجی ثبت می شوند. در این مدل برای رسیدن به تخمین مکانی بارش از روش درون یابی چندضلعی های تیسن استفاده می شود. همچنین تخمین توزیع مکانی برخی پارامترهای هواشناسی مانند دما در حالتی که تغییرات زیاد این پارامترها با ارتفاع وجود دارد، با استفاده از پدیده گرادیان دما صورت می گیرد.
رواناب در شبکه سلولی حاصل مجموع رواناب سطحی، جریان زیرقشری و دبی آب های زیرزمینی است. در مدل هیدرولوژیکی WetSpa فرض بر این گرفته می شود که شدت باران شروع به کم شدن می کند تا جایی که ظرفیت ذخیره برگابی به انتها برسد. تعادل آب در منطقه ریشه مهم ترین بخش در نگهداشت آب محسوب می گردد. زیرا این بخش کنترل کننده حجم رواناب سطحی، رواناب زیرسطحی، تبخیر و تعرق و دبی آب زیرزمینی می باشد.
ظرفیت ذخیره چالابی نیز براساس کدهای مربوطه در نقشه کاربری اراضی و نقشه بافت خاک و همچنین درصد شیب محاسبه شده از روی نقشه مدل رقومی ارتفاع و با استفاده از جداول استاندارد تعبیه شده در مدل بدست می آید.
تبخیر و تعرق در مدل هیدرولوژیکی WetSpa شامل چهار بخش تبخیر از ذخیره برگابی، تبخیر از ذخیره چالابی، تبخیر و تعرق از خاک و ذخیره آب های زیرزمینی می باشد.
برای واسنجی و کالیبره کردن مدل، یک سری پارامتر کلی در مدل WetSpa مورد استفاده قرار گرفته است. در این مدل واسنجی در مورد 11 پارامتر عمومی انجام می شود. این پارامترها دارای تعاریف فیزیکی بوده و در کنترل رواناب و هیدروگراف خروجی حوزه نقش مهمی دارند. اما تعیین نمودن آنها در مقیاس شبکه سلولی مشکل می باشد. بنابراین برای تطبیق بهتر آنها در مدل، واسنجی آنها در مقابل داده های رواناب مشاهده ای ترجیح داده می شود. پارامترهای اصلی مدل که می تواند کالیبره شود در شکل زیر نمایش داده شده است.