ارزیابی کارآیی مدل هیدرولوژیکی توزیعی TOPKAPI-X در شبیهسازی دبی روزانه در حوزه آبخیز گاماسیاب
مقدمه ناهمگنی موجود در آبخیزها و غیر‌‌خطی بودن رفتارهای هیدرولوژیکی، شناخت کامل روابط موجود در آنها را بسیار پیچیده و مشکل ساخته است. از این رو، ارزیابی این سیستم‌‌ها، نیاز به فرایند مدل‌‌سازی دارد. با توجه به توسعه زبان‌های برنامه‌‌نویسی و ارائه الگوریتم‌های بهینه و کارا جهت حل مسائل دیفرانسیلی در...
Saved in:
| Main Authors: | , , |
|---|---|
| Format: | Article |
| Language: | fas |
| Published: |
Soil Conservation and Watershed Management Research Institute (SCWMRI)
2024-06-01
|
| Series: | Muhandisī va mudirīyyat-i ābkhīz |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://jwem.areeo.ac.ir/article_131588_a622ba791828aa78444c7a6c19fd3892.pdf |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Summary: | مقدمه
ناهمگنی موجود در آبخیزها و غیر‌‌خطی بودن رفتارهای هیدرولوژیکی، شناخت کامل روابط موجود در آنها را بسیار پیچیده و مشکل ساخته است. از این رو، ارزیابی این سیستم‌‌ها، نیاز به فرایند مدل‌‌سازی دارد. با توجه به توسعه زبان‌های برنامه‌‌نویسی و ارائه الگوریتم‌های بهینه و کارا جهت حل مسائل دیفرانسیلی در چند دهه اخیر، مدلهای هیدرولوژیکی/هیدرولیکی جایگاه خاصی در مطالعات هیدرولوژی پیدا کرده و بر این اساس، به‌کارگیری مدلهای شبیهسازی بارش-رواناب، برای پیش‌‌بینی سیل مورد توجه محققین قرار گرفته است. این امر سبب شده تا مدلهای متنوعی جهت شبیهسازی فرایند بارش-رواناب توسعه یابند. یکی از مدلهای موفق در این زمینه، مدل TOPKAPI-X است. این مدل در دهه 90 میلادی در دانشگاه بولونیا توسط پروفسور Todini به‌صورت یک مدل بارش-رواناب توزیعی مکانی قابل کاربرد در سطح حوزه آبخیز توسعه داده شد. از ویژگی‌های مهم مدلهای توزیعی مکانی این است که میتوان نتایج شبیهسازی مدل را در هر نقطه از حوزه آبخیز استخراج نموده و بر خلاف مدلهای یکپارچه که کل حوزه آبخیز را یک واحد در نظر می‌گیرند، اجازه تفکیک‌‌بندی در هر نقطه از حوضه را میدهد. بنابراین، در این پژوهش بعد از واسنجی و اعتبارسنجی مدل فیزیکی-توزیعی TOPKAPI-X در حوزه آبخیز گاماسیاب، نسبت به بهینه‌‌سازی مدل در منطقه پژوهش جهت برآورد دبی روزانه اقدام می‌‌شود.
مواد و روش‌‌ها
حوزه آبخیز گاماسیاب در غرب کشور و در نواحی شمالی رشته کوه زاگرس، در شمال حوضه سد کرخه و عمدتاً در محدوده استان‌‌های همدان و کرمانشاه قرار دارد. مناطق کوهستانی این حوضه بیشتر در قسمت‌های شمالی و جنوبی متمرکز شده‌اند و مناطق پست و جلگه‌ای آن بیشتر در بخش‌های میانی و جنوب غربی حوضه قرار دارند. در این پژوهش از مدل TOPKAPI-X برای شبیهسازی رواناب در حوزه‌‌‌آبخیز گاماسیاب استفاده شد. برای این منظور، ابتدا مرز حوضه با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی (DEM) با وضوح 30 متر، نقشه کاربری اراضی، بافت خاک، شبکه آبراهه حوزه آبخیز و مولفههای اقلیمی در مدل TOPKAPI-X وارد شد. پس از معرفی مکان حوضه، از محل خروجی حوضه (ایستگاه هیدرومتری) برای شبیهسازی جریان استفاده شد. در این مدل بارش-رواناب، داده‌‌های سری زمانی پیوسته در گام زمانی روزانه در نظر گرفته شد. برای اجرای مدل در حوضه، سری زمانی دبی، بارش و دمای روزانه در دوره آماری 21 ساله در 13 ایستگاه هواشناسی و یک ایستگاه هیدرومتری داخل و خارح حوضه طی سال‌‌های 1999 تا 2020 بهره برده شد. پس از چندین بار اجرای مدل، هر بار پارامترهای کلی مدل به‌صورت دستی و سعی و خطا تغییر می‌‌کرد تا در نهایت، با در نظر گرفتن مقادیر مناسب معیارهای ارزیابی ناش-ساتکلیف و اریب مدل برای حوضه، مقادیر بهینه پارامترهای مدل به‌دست آمد.
نتایج و بحث
این پژوهش، به‌منظور تحلیل بارش-رواناب یکی از زیرحوضههای اصلی حوضه آبخیز سد کرخه با استفاده از مدل TOPKAPI-X در مقیاس زمانی روزانه انجام شده است. در محیط نرم‌افزار TOPKAPI-X با استفاده از نقشه‌‌های ورودی و داده‌‌های مشاهداتی بارش، دما و دبی، واسنجی مدل انجام شد. مقایسه ظاهری هیدروگراف‌‌های مشاهداتی و شبیهسازی شده، امکان ارزیابی کلی و سریع دقت مدل‌‌ها را فراهم می‌‌کند. نتایج گرافیکی مقایسه دبی حاصل از اجرای مدل TOPKAPI-X با پارامترهای واسنجی شده و دبی اندازه‌‌گیری شده در حوضه گاماسیاب نشان داد که این مدل، توانایی خوبی در برآورد دبی روزانه این حوضه را دارد. اما در برخی موارد دبی‌‌های شبیهسازی شده بیشتر از دبی مشاهده شده است. چهار معیار NSE، R، BIAS و RMSE برای ارزیابی مدل استفاده شده است. برای حوزه آبخیز گاماسیاب مقدار معیار ناش-ساتکلیف در دوره واسنجی (2014-1999) برابر 0.697 و در دوره اعتبارسنجی (2020-2014) برابر 0.660 محاسبه شد. بنابراین، میتوان نتیجه گرفت که این مدل در حوضه مورد مطالعه، در شبیهسازی جریان عملکرد خوبی دارد.
نتیجه‌‌گیری
اهمیت مدلهای هیدرولوژیکی برای مدیریت منابع آب، ارزیابی کیفیت مطالعات اجرایی و درک فرایندهای هیدرولوژیکی کاملاً مشخص است. مدلهای هیدرولوژیکی ابزارهای مهمی هستند که به دانشمندان و همچنین سیاستگذاران اجازه میدهد تا بر اساس شبیهسازی رفتار حوضه، تصمیم‌‌گیری کنند. بنابراین، با توجه به افزایش تقاضا برای آب و تأثیر تغییرات آب و هوایی، شبیهسازی هیدرولوژیکی توسط مدل‌‌ها از ابزارهای مدیریت آب در آینده خواهند بود. نتایج مطالعه حاضر نشان داد که مدل TOPKAPI-X پتانسیل بالایی در شبیهسازی رواناب در حوزه‌‌‌آبخیز انتخابی دارد. بنابراین، با توجه به قابلیت‌‌های آن، استفاده از این محیط به عنوان یک ابزار مدل‌‌سازی برای حوزه‌‌های آبخیز پیشنهاد می‌‌شود. |
|---|---|
| ISSN: | 2251-9300 2322-536X |