حسین صالحی؛ سعید قره چلو؛ سعید گلیان؛ محمدرضا رنجبری؛ عماد محجوبی
چکیده
مدلسازی هیدرولوژیکی جهت شبیهسازی رواناب برای یک دوره بلند مدت در راستای مطالعات اقلیمی از اهمیت بالایی در مدیریت منابع آب حوضه آبخیز برخوردار است. این دسته از شبیه‌سازی‌ها نیاز به داده‌های ورودی با طول دوره بلندتر دارد که در مناطق دور افتاده و صعب العبور که دارای کمبود داده هستند قابل انجام نیست. داده‌های بارش اقلیمی با طول دوره ...
بیشتر
مدلسازی هیدرولوژیکی جهت شبیهسازی رواناب برای یک دوره بلند مدت در راستای مطالعات اقلیمی از اهمیت بالایی در مدیریت منابع آب حوضه آبخیز برخوردار است. این دسته از شبیه‌سازی‌ها نیاز به داده‌های ورودی با طول دوره بلندتر دارد که در مناطق دور افتاده و صعب العبور که دارای کمبود داده هستند قابل انجام نیست. داده‌های بارش اقلیمی با طول دوره بلند در دو دهه اخیر کارایی زیادی از خود نشان داده‌اند. در این پژوهش با استفاده از سه داده بارش اقلیمیAPHRODITE, PERSIANN-CDR و ERA5-Land و داده بارش دورن‌یابی شده ایستگاه‌های باران‌سنجی با روش (IDW) شبیه سازی رواناب در حوضه آبریز حبله رود در دوره 1996-1992 پرداخته‌شد. مدل هیدرولوژیکی نیمه توزیعی (VIC) در این مطالعه در حالت تعادل آبی با هدف بهینهسازی ضریب کارایی (KGE)مورد استفاده قرار گرفت. جهت ارزیابی دقت داده‌های بارش هر پایگاه داده در مقیاس سلول، از روش IDW استفاده شد که نتایج نشان داد پایگاه APHRODITE بیشترین دقت و PERSIANN-CDR کمترین دقت را داشته است. همچنین نتایج شبیهسازی رواناب نشان داد مدل هیدرولوژیکی VIC در مقیاس روزانه و ماهانه توانایی مناسبی در شبیهسازی رواناب دارد. میزان شاخص کارایی KGE رواناب شبیه‌سازی‌شده روزانه با استفاده از بارش مشاهداتی در دوره واسنجی برابر با 0.78 و در دوره صحت‌سنجی برابر با 0.76 بود. نتایج ارزیابی رواناب شبیه-سازی شده توسط داده‌های بارش اقلیمی نشان داد، داده بارش ماهواره‌ای PERSIANN-CDR باوجود اینکه دقت کمتری در تشخیص میزان بارش داشت، عملکرد بهتری در شبیهسازی رواناب دارد بهطوری که میزان KGE برای این داده در مقیاس روزانه در دوره واسنجی برابر با 0.64 و در دوره صحت‌سنجی برابر با 0.77 به دست آمد. داده بارش APHRODITE که یک داده بارش بر اساس ایستگاه‌های زمینی است، با شاخص KGE برابر با 0.62 در دوره واسنجی و 0.75 در دوره صحت‌سنجی در رده دوم قرار گرفت. داده بارش ERA5-Land که یک داده بازتحلیل شده است در رده سوم قرار گرفت که شاخص KGE برابر با 0.50 در دوره واسنجی و 0.66 در دوره صحنت‌سنجی بود. نتایج این تحقیق نشان داد، داده‌های بارش اقلیمی در حوضه های فاقد شبکه منظم یا با طول دوره کوتاه مدت از داده‌ها ، می‌توانند عملکرد مناسبی و مشابه با داده‌های بارش ایستگاه‌های زمینی داشته و در مطالعات مدیریت حوضه آبخیر با هزینه کم و دقت مناسب مورد استفاده قرار گیرند.
اشکان بنی خدمت؛ حسین صالحی؛ سعید گلیان؛ فرشاد کوهیان افضل؛ نازنین عزتی بورستان
چکیده
مقدمه
یکی از راه‌های برآورد مقدار رواناب حاصل از بارش، استفاده از مدلهای هیدرولوژیکی است. مدل SWAT، یکی از ابزارهای پرکاربرد در سطح حوزه آبخیز در شبیهسازی کمیت و کیفیت آب است. این مدل، یک مدل مفهومی است که قادر است حوضه‌‌های بزرگ با سناریوهای مدیریتی مختلف را شبیهسازی کند. از جمله چالش‌های مهم مدل مذکور و بسیاری از مدلهای ...
بیشتر
مقدمه
یکی از راه‌های برآورد مقدار رواناب حاصل از بارش، استفاده از مدلهای هیدرولوژیکی است. مدل SWAT، یکی از ابزارهای پرکاربرد در سطح حوزه آبخیز در شبیهسازی کمیت و کیفیت آب است. این مدل، یک مدل مفهومی است که قادر است حوضه‌‌های بزرگ با سناریوهای مدیریتی مختلف را شبیهسازی کند. از جمله چالش‌های مهم مدل مذکور و بسیاری از مدلهای هیدرولوژیکی، واسنجی پارامترهای موثر و حساس در برآورد مقدار رواناب است. به‌طور کلی، روش‌های واسنجی را میتوان به دو گروه دستی و خودکار تقسیم کرد. واسنجی یک مدل به‌صورت دستی، نیازمند این است که مدل‌ساز، شناخت خوبی نسبت به فیزیک مدل داشته باشد. از سویی، به‌دلیل وقت‌گیر بودن و پیچیدگی‌های موجود و همچنین، توسعه الگوریتم‌‌های جدید بهینهسازی، امروزه واسنجی خودکار بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. واسنجی خودکار بر پایه سه مولفه تابع هدف، الگوریتم بهینهسازی و اطلاعات ایستگاه‌ها بنا شده است. استفاده از یک تابع هدف در واسنجی یک مدل ممکن است موجب افزایش خطا در برخی دیگر از جنبه‌های شبیهسازی شود و همچنین، تجربه‌های علمی در زمینه واسنجی تک‌‌هدفه نشان داده است که هیچ تابع هدفی هرچند با کارایی بالا، به تنهایی نمی‌‌تواند ویژگی‌ها و خصوصیات حوضه را به درستی نشان دهد. لذا، به‌‌کارگیری راه‌‌حل بهینهسازی مناسب به‌‌منظور بهبود نتایج واسنجی شامل استفاده از یک الگوریتم بهینهسازی مناسب با چندین تابع هدف، برای شناسایی مجموعه جواب‌‌های کارآمد است.
مواد و روش‌‌ها
حوزه آبخیز مورد مطالعه در غرب ایران و در استان کرمانشاه، با مساحت 5467 کیلومتر مربع، واقع شده است. کمینه و بیشینه ارتفاع آن، 1275 و 3360 متر است. متوسط بارندگی حوضه، حدود 505 میلی‌متر بوده است که بیشترین بارش در ماه‌های آبان و آذر و کمترین بارش در ماه‌های تیر و مرداد رخ می‌دهد و سه رودخانه اصلی مرک، قره‌سو و رازآور در این حوضه جریان دارند. در این پژوهش، مدل بارش-رواناب SWAT، با استفاده از الگوریتم NSGA-II تحت سه سناریو واسنجی شد. برای واسنجی این مدل، در سناریوی اول، از تابع هدف NSE که به جریان‌‌های بیشینه توجه دارد، استفاده شد. در سناریوی دوم، برای تمرکز بر جریان‌‌های کمینه، پس از تبدیل لگاریتمی دو سری جریان رواناب شبیهسازی شده و مشاهداتی، ضریب کارایی NSE به‌عنوان تابع هدف اتخاذ شد که به‌صورت LogNSE نمایش داده می‌‌شود. سناریوی آخر، تلفیقی از دو سناریوی اول و دوم بود. بهطوری که توابع هدف غیرهمسوی NSE و LogNSE به‌صورت همزمان مورد استفاده قرار گرفتند.
نتایج و بحث
نتایج این پژوهش، نشان داد که با توجه به مقادیر شاخص ارزیابی NSE برابر با 0.83، 0.74 و 0.83 برای سناریوهای اول تا سوم و بیش برآوردی مدل و بررسی نمودار جریان در سناریوی اول و تمایل بیشتر برای حرکت به سمت دبی‌‌های بالا، این سناریو برای برآورد جریان‌‌های بیشینه، کارآمدتر خواهد بود. همچنین، با توجه به شاخص ارزیابی LogNSE، مقادیر 0.69، 0.74 و 0.72 برای سناریوهای اول تا سوم، سناریوی دوم با تک هدف LogNSE در دبی‌‌های کمینه، عملکرد بهتری دارد. اما مدل ساخته شده با استفاده از دو تابع هدف غیرهمسو، سعی بر ایجاد توازن داشته است و عملکرد مطلوبی در تخمین همزمان رواناب‌های بیشینه و کمینه دارد.
نتیجه‌گیری
به‌طور کلی میتوان گفت، در صورتی‌که هدف مطالعه بررسی دبی‌‌های بیشینه و کمینه، یعنی مطالعات سیلاب یا خشکسالی باشد، الگوریتم‌‌های تک هدفه عملکرد مطلوب‌‌تری خواهند داشت. در صورتی‌که با هدف کنترل بیلان آبی و عملکرد مطلوب یک مدل در دو سوی دبی‌‌های بیشینه و کمینه، مدلسازی انجام شود، سناریوی دو هدفه با رویکرد غیرهمسو می‌‌تواند نتیجه بهتری نسبت به الگوریتم‌‌های تک هدفه داشته باشد.
