بخشی از مقاله
چکیده
مدلهای هیدرولوژیکی عموماً برای براورد جریان و سیلاب برای اهداف متعدد در پروژه های منابع آب مورد استفاه قرار میگیرد. این مطالعه کارائی مدل بارش رواناب IHACRES را برای براورد دبی روزانه درحوزه آبخیز دهکده سفید واقع در استان فارس آنالیز کرد. به این منظور از اطلاعات دبی، بارش و درجه حرارت بعنوان ورودی به مدل در طول دوره آماری 1381-1392 استفاده گردید. دوره آماری 1381-1388 بعنوان دوره کالیبراسیون و دوره آماری 1389-1392 بعنوان دوره اعتبارسنجی در نظر گرفته شد. در مرحله کالیبراسیون در قسمت همبستگی میانی1 که ملاحظه گردید که میزان تاخیر بین بارش و رواناب یک روز اشد.
سپس مقادیر بهینه پارامترهای مدل در دوره کالیبراسیون تعیین گردید. مقایسه گرافیکی دبی مشاهداتی و شبیه سازی در مرحله کالیبراسیون بیانگر عدم توانایی مدل در شبیهسازی رواناب در منطقه میباشد . نتایج مقایسه شاخصهای آماری معرف ضعف نتایج خروجی مدل در شبیهسازی دبی در دوره کالیبراسیون در منطقه میباشد. نتایج حاصل از مرحله اعتبارسنجی نیز نشاندهنده بیشتر بودن تخمین متوسط جریان شبیهسازی شده توسط مدل نسبت به جریان مشاهداتی است. نتایج مقایسه شاخصهای آماری هم نشان از ضعف نتایج خروجی مدل در شبیهسازی دبی در دوره اعتبارسنجی میباشد.
واژههای کلیدی: اعتبارسنجی، دهکده سفید، کالیبراسیون، مدل بارش رواناب، .IHACRES
مقدمه
مدلهای هیدرولوژیکی عموما" برای براورد جریان و سیلاب برای اهداف متعدد در پروژه های منابع آب مورد استفاه قرار میگیرد. مدلهای هیدرولوژیکی بیشماری وجود دارد که میتواند به دو دسته مدلهای تجربی و تفهیمی تقسیم شود . - CarCano et al.,2008 - یک مدل تجربی بر اساس ارتباط ریاضی بین سریهای ورودی و خروجی - برای مثال، اطلاعات بارش و رواناب - آبخیز را بصورت یکپارچه بدون توجه به خصوصیات فیزیکی آبخیز در نظر میگیرد. مدل هایی از این نوع شامل مدلهای ARMA که توسط - 1976 - Box and Jenkins توسعه یافته و همه واکستنشنهای مدلهای تابع انتقال - Hipel and Mcleod,1994 - ، شبکه عصبی مصنوعی که توسط - Cybenko,1989 - توسعه یافته است، میباشد. مدلهای تفهیمی شامل :
USDA - SCS، - 1972، - Nielsen and Hansen, 1973 - NAM، - Sugawara, 1974 - TANK ×،,2000 - HEC-HMS - Hydrologic Engineering Center، - Neitsch et ، ،al., 2005 - SWAT - Beven and Kirkby, 1979; Beven et al., 1995 - TOPMODEL × و - IHACRES - Croke et al., 2003مدل IHACRES بطور موفقیت آمیزی برای بررسی پاسخ هیدرولوژیکی آبخیزهای مختلف در سراسر دنیا در ذیل بکار برده شد. در استرالیا - Carlile et al., 2004 - در آمریکا - Evans , 2003 - در تایلند - Croke et al., 2003;Taesombat and Sriwongsitanon, 2010 - ، در انگلستان - Littlewood et al., 1997 - در آفریقای جنوبی - - Dye and Croke, 2003 بکار گرفته شد.
- 1996 - Post and Jakeman دریافت که بعضی پارامترهای مدل IHACRES میتواند بطور موفقیتآمیزی با خصوصیات آبخیز در 16 آبخیز کوچک در منطقه Maroondah در ویکتوریا، استرالیا مرتبط شود. - 1997 - Ye at al. مدل IHACRES را برای 3 آبخیز در استرالیا 0/820 - ، 15و 517 کیلومترمربع - با متوسط بار سالانه 10، 12و 2 درصد با استفاده از مراحل زمانی روزانه و شبیهسازی مداوم زمانی بکار برد. کارائی با مدل تفهیمی 22 پارامتره LASCAM و یک مدل تفهیمی 8 پارمتره - GSFB - مقایسه شد. اشتباه مطلق در جریان روزانه - متوسط همه مشاهدات مراحل زمانی مشاهداتی و آبخیزها - با استفاده از 0/1 IHACRES میلیمتر در روز در دوره اعتبارسنجی در مقایسه با متوسط رواناب 0/24 میلیمتر در روز برابر با یک اشتباه مطلق نسبی 43درصد بود.
با این حال کارائی مدل بالا بود - ضریب کارائی ناش شاتکلیف از 0/77 تا 0/87 در دوره اعتبارسنجی - و مولف نتیجه گرفت که مدل IHACRES کارائی خوبی دارد. آنها نتیجه گرفتند که مدل 22 پارامتری LASCAM عموما" بهتر از IHACRES هم در دوره کالیبراسیون و هم اعتبارسنجی با یک متوسط اریب مطلق 0/08 میلیمتر در روز است و تشخیص دادند که اگر توزیع مکانی LASCAM بکار برده شود، کارائی مدل ممکن است بهبود یابد. - 2008 - Hope et al. کاربرد بارش شبکهای را برای پیشگوئی جریان روزانه رودخانه با استفاده از مدل IHACRES در آبخیزی در جنوب کالیفرنیا بررسی کرد.
مدلهای بارش رواناب توانایی شبیهسازی فرایندهای داخل حوزه را دارا هستند و ابزاری جهت تعیین وراناب و مطالعه فرایندهای هیدرولوژیکی هستند. مدلهای متفاوتی جهت برآورد رواناب حوضه گسترش یافتهاند که در این میان مدل IHACRES به دلیل استفاده از دما و بارش، یک مدل ساده و بسیار کابردی به منظور شبیهسازی رواناب به حساب میآید . - Croke et al., 2006 - در این تحقیق کارائی مدل بارش رواناب IHACRES را برای براورد دبی روزانه درحوزه آبخیز دهکده سفید واقع در استان فارس آنالیز می گردد.
مواد و روشها منطقه مورد مطالعه
ایستگاه دهکده سفید - 43-003 - واقع بر رودخانه سفید به مساحت 625 کیلومتر مربع در استان فارس به طول جغرافیائی 52 درجه و 06 دقیقه و عرض جغرافیائی 30درجه و 39 دقیقه واقع و ارتفاع متوسط از سطح دریا 2100 متر میباشد. در این تحقیق از ایستگاه بارانسنجی خسروشیرین - 43-055 - و ایستگاه تبخیرسنجی شده - 43-201 - بعنوان ورودیهای مدل با طول دوره آماری 1381-1391 استفاده گردید.مدل IHACRES یک مدل پارامتری موثر و کارامد میباشد که در اکثر مناطق آب و هوائی مختلف از جمله مناطق خشک و نیمهخشک کاربرد دارد. اساس این روش از دو مدول غیر خطی و مدول غیر خطی هیدروگراف تشکیل میشود. به این منظور در ابتدا بارندگی rk و دما tk در هر گام زمانی k توسط مدول غیرخطی به بارندگی موثر uk تبدیل میشود و سپس بوسیله مدول خطی هیدروگراف واحد به رواناب سطحی موثر همان گام زمانی تبدیل میشود - صادقی، . - 1393
مدل IHACRES دارای شش پارامتر است که سه پارامتر آن مربوط به بخش تلفات غیر خطی شامل 1/c، w و که به ترتیب عبارتند از: ظرفیت ذخیره رطوبت حوضه آبخیز که نشان دهنده سرعت واکنش حوزه آبخیز نسبت به بارش میباشد، به گونهای که هر چه مقدار این پارامتر بیشتر باشد، حوزه واکنش آهستهتری نسبت به بارش نشان میدهد - زارعی و همکاران، - 1388، مدت زمانی که طول میکشد حوضه آبخیز خشک شود و فاکتور تعدیل حرارت حوضه و سه پارامتر مربوط به بخش تابع تبدیل خطی - V - و - T - به ترتیب مدت زمانیکه طول میکشد جریان سریع و آهسته کاهش یابد و - s - - حجمی از جریان آهسته که در ایجاد جریان رودخانه مشارکت دارد - میباشد - روشندل و همکاران، - 1391، مقدار زیاد این پارامتر نشان دهنده وجود جریان پایه بیشتر در رودخانه میباشد - زارعی و همکاران، . - 1388
کالیبراسیون و اعتبار سنجی
معمولا در ارزیابی مدلها، آنها را از دو جنبه مورد بررسی قرار میدهند . در حالت اول مدلها واسنجی میشوند و متناسب با منطقه مورد استفاده تصحیح میگردند و در جنبه دیگر مدلهای کالیبره شده مورد ارزیابی صحت واقع شده و تصدیق آنها بررسی میشود. روش جداسازی دادهها بدین منظور انجام میشود - Tasket, 1982 - در این روش بخشی از دادههای واقعی یا مشاهدهای - دو سوم - برای ارائه مدل و یا واسنجی مدل - دادههای تخمینی - بکار میرود و بخش دیگر - یک سوم - برای ارزیابی صحت مدلها - داده های برآوردی - استفاده میشود . - Goswami et al.,2002 - کاربرد یک مدل شامل اختصاص نوع مدل، تعیین پارامترها و اعتبار سنجی مدل میباشد.
ارزیابی مدل
به منظور ارزیابی کارائی مدل در تولید هیدروگراف مشاهدهای یک سری شاخصهای آماری مورد استفاده قرار میگیرد. علاوه بر مقایسه چشمی به منظور ارزیابی بهترین برازش بین هیدروگراف مشاهدهای و محاسبه شده، شاخصهای ارزیابی مورد استفاده قرار میگیرد. مدلها با استفاده از روشهای ارزیابی - میانگین انحراف، میانگین انحراف نسبی و ضریب تبیین - با یکدیگر و دادههای مشاهداتی مقایسه میگردند. بعد از آنالیز نتایج حاصل از مدلها بهترین مدل با توجه به خطای ایجاد شده به وسیله هر مدل انتخاب میشود. در ذیل به شرح هر کدام پرداخته میشود:روابط فوق QM و Qo بترتیب مقادیر براوردی مدل و مقادیر مشاهداتی میباشد. مقادیر نزدیک به صفر، معرف کارائی بهتر مدل میباشد.
