کاهش عدم قطعیت در یک مدل نیمه توزیعی هیدرولوژیکی با روش GLUE

سابقه و هدف: واسنجی مدل های نیمه توزیعی- فیزیکی هیدرولوژیکی به دلیل عدم قطعیت در پارامترهای زیاد مدل و عدم توانایی در اندازه گیری توزیعی خصوصیات فیزیکی در سطح حوضه آبخیز، منجر به افزایش عدم قطعیت در بهینه سازی پارامترها می شود. لذا، به-منظور کاربرد موفقیت آمیز مدل های هیدرولوژیکی در تحقیقات کاربردی منابع آب، واسنجی دقیق و تجزیه و تحلیل عدم قطعیت پیش بینی ضروری است (40 و 43). شن و همکاران (2012) در تحلیل پارامترهای عدم قطعیت در مدل سازی هیدرولوژیکی و رسوب با مدل SWAT در منطقه ای از چین به این نتیجه رسیدند که فقط تعداد محدودی پارامتر بر خروجی مدل اثر قابل توجهی دارند (34). شاپ و همکاران (2014) در شبیه سازی وقایع تک رخداد و طولانی مدت دوره بارش مانسون با استفاده از مدل SWAT بر رواناب نتیجه گرفتند که در نواحی مرتفع و شیب دار آب پایه غالب است، در صورتی که در نواحی با ارتفاع کم تر، رواناب سطحی موثرتر است (35). در این مقاله، با استفاده از روش عدم قطعیت درست نمایی تعمیم یافته ( GLUE) در مدل SWAT ، کمیت ورودی و خروجی جریان ماهانه در حوضه شرقی رودخانه گرگانرود به مساحت 7072 کیلومترمربع برآورد شد. مواد و روش ها: ایستگاه هیدرومتری قزاقلی یکی از ایستگاه های آب منطقه ای گلستان جهت شبیه سازی رواناب ماهانه انتخاب شد. بارش سالیانه از غرب به شرق، از 800 میلی متر به 200 میلی متر، و جنوب به شمال کاهش می یابد. در این تحقیق اجرای مدل در مقیاس زمانی ماهانه و از سال 1983 تا 1993 انجام شد. به طوری که سال آبی 1984 تا 1990 به عنوان دوره واسنجی و سال آبی 1991 تا 1993 برای دوره اعتبار سنجی انتخاب گردید.یافته ها: در مدل های توزیعی و نیمه توزیعی مانند SWAT، جهت به دست آوردن خروجی بهتر، شناسایی پارامترهای حساس، قبل از واسنجی ضروری است. براساس این مطالعه پارامترهایی مانند CN2 (شماره منحنی)، GWQMN (حداقل عمق مورد نیاز سطح ایستایی در سفره های کم عمق)، RCHRG_ DP (درصد تغذیه سفره عمیق از سفره کم عمق)، ALPHA_ BNK (پارامتر α در جریان پایه)، ESCO (فاکتور جبران کننده تبخیر از خاک) وSOL_ K (هدایت هیدرولیکی اشباع لایه های خاک) به عنوان حساس ترین پارامترها تعیین شدند. با توجه به نتایج این مطالعه، پارامتر CN2، موثرترین پارامتر در دبی خروجی از منطقه مورد مطالعه می باشد و شماره منحنی به عنوان منبع اصلی عدم قطعیت در نتایج مشخص شد. نتایج این مطالعه با استفاده از شاخص های آماری ضریب تعیین و ضریب ناش – ساتکلیف در خروجی ایستگاه هیدرومتری قزاقلی برای دوره واسنجی به ترتیب 80/0 و 72/0 و برای دوره اعتبارسنجی به ترتیب 83/0و 73/0 می باشد. از طرف دیگر روش GLUE به خوبی توانسته رواناب را در طول دوره مورد مطالعه واسنجی کند، به طوری که بین 69 تا 74 درصد از داده های مشاهداتی به ترتیب در دوره واسنجی و صحت سنجی در محدوده ی اطمینان 95 درصد قرار گرفتند. نتیجه گیری: نتایج آنالیز عدم قطعیت بیانگر عدم قطعیت زیاد مدل در دوره واسنجی بود اگر چه نتایج شبیه سازی رواناب قابل قبول بود و 69 درصد داده های مشاهداتی در محدوده ی اطمینان 95 درصد قرار گرفتند. نتایج کلی نشان داد مدلSWAT در تحقیق حاضر، عملکرد قابل قبولی برای برآورد رواناب داشته و می توان از آن برای ارزیابی هیدرولوژیکی حوزه گرگانرود استفاده کرد. این مطالعه اطلاعات مفیدی برای مدل سازی هیدرلوژیکی مربوط به سیاست گذاری های توسعه ای در حوزه رودخانه گرگانرود و مناطق مشابه ارایه می کند.

کلیدواژه ها:

GLUE ، SWAT ، تحلیل حساسیت ، عدم قطعیت ، گرگانرود