بخشی از مقاله
چکیده
اطلاعات هواشناسی و هیدرومتري در اکثر نقاط کشور داراي نقصان و کمبود هستند. این کمبود چه از نظر دوره زمانی کم برداشت اطلاعات و چه از نظر تعداد نقاط اندازهگیري چالشی در پیشروي انجام تحقیقات است. این تحقیق با هدف ارائه راهکاري به منظور جبران این کمبودها انجام گرفته است. بدین منظور از اطلاعات بارندگی پایگاه جهانی GPCC به عنوان جایگزینی براي دادههاي بارندگی نقطهاي، با هدف مدلسازي بارش-رواناب در حوضه کرخه استفاده شد. سري زمانی مورد استفاده شامل اطلاعات بارندگی ماهانه براي یک دوره 34 ساله مربوط به سالهاي 1967 تا 2000 براي 14 ایستگاه بارانسنجی در سطح حوضه کرخه بود.
براي مدلسازي فرآیند بارش-رواناب از شبکه عصبی پرسپترون چند لایه - MLP - استفاده گردید. از آنجا که در نظر گرفتن بارش 14 ایستگاه بارانسنجی به عنوان ورودي مدل، باعث پیچیدگی فرآیند مدلسازي میشد، از روش تحلیل مولفه اصلی - PCA - به منظور کاهش ابعاد اطلاعات ورودي به مدل استفاده شد. نتایج نشان داد که شبیهسازي جریان به وسیله دادههاي بارش مشاهداتی همبستگی 90 درصدي و با استفاده از اطلاعات بارش GPCC همبستگی 76 درصدي را با جریان مشاهداتی دارد. بر اساس معیارهاي کارایی تعریف شده اطلاعات بارندگی GPCC میتواند جایگزین مناسبی براي اطلاعات ایستگاههاي باشند.
-1 مقدمه
نیاز به در دسترس بودن اطلاعات بارندگی و دبی باعث شده است که ایستگاههاي بارانسنجی و هیدرومتري در قسمتها مختلف کشور احداث شوند. اما اطلاعات این ایستگاهها از نظر طول دوره آماري معمولا جوابگوي نیازهاي مطالعاتی نیستند و از طرف دیگر ایستگاههاي که اطلاعات بلند مدتی دارند داراي از پراکندگی کافی برخوردار نیستند. در چنین شرایطی جستجو یک جایگزین براي اطلاعات برداشت شده ایستگاهی شاید بتواند بهترین گزینه پیشرو باشد. یکی از این جایگزینهاي میتواند اطلاعات پایگاههاي جهانی بارش باشد.
این اطلاعات میتوانند در زمینههاي مختلف مانند شبیهسازي بارش-رواناب، مطالعات خشکسالی و سایر زمینههاي مهندسی منابع آب مورد استفاده قرار بگیرند. در زمینه استفاده از اطلاعات پایگاههاي جهانی بارش در مدلسازي بارش رواناب تحقیقات زیادي صورت گرفته است. بیتو و گبرمایکل[1]1 به بررسی دقت چهار پایگاه ماهوارهاي تولید دادههاي بارندگی شاملCMORPH2، TMPA3 3B42RT4،TMPA 3B42 و 5PERSIANN در شبیهسازي هیدرولوژیکی حوضه گیگل ابی6در اتیوبی پرداختند.
ایشان بیان کردند پایگاههاي که براي محاسبه بارش از اطلاعات ماکرویو7استفاده میکنند CMORPH - و - TMPA 3B42RT کارایی بهتري از پایگاههاي که از اطلاعات اینفرارد8استفاده میکنند - PERSIANN - دارند. بهرنگی و همکاران [2] به ارزیابی دقت 5 پایگاه داده TMPA-RT، TMPA-V6، CMORPH، PERSIANN و PERSIANN-adj در شبیهسازي جریان رودخانه ایلینوي9پرداختند. از 5 پایگاه مورد استفاده آنها اطلاعات دو پایگاه داراي گرایشهاي تنظیم شده10بودند TMPA-V6 - و - PERSIANN-adj و سه پایگاه دیگه گرایشهاي تنظیم نشده داشتند.
نتایج تحقیق ایشان نشان داد پایگاههاي داده با گرایشهاي تنظیمنشده مقدار جریان را در تابستان و بهار بیشبرآورد میکنند و در فصل-هاي سرد مقدار دبی جریان کمبرآورد میشود؛ همچنین در میان پایگاههاي داده با گرایشهاي تنظیمنشده، اطلاعات CMORPH بهترین دقت را از خود نشان داده است. ایشان بیان کردند اطلاعات TMPA-V6 وPERSIANN-adj میتوانند به خوبی در کاربردهاي هیدرولوژیکی نزدیک به زمان واقعی مورد استفاده قرار گیرند. لی 11و همکاران [3] به بررسی قابلیت اطلاعات بارندگی ماهوارهاي TRMM در شبیهسازي جریان حوضه زینچیانگ12در چین پرداختند. نتایج نشان دارد براي شبیهسازي روزانه جریان مناسب نیست، اما توانایی شبیهسازي دبی ماهانه جریان را به خوبی دارد.
هوقز[4]13 براساس اطلاعات ایستگاههاي بارندگی، PERSIANN و GPCP در چهارمنطقه با شرایط آب و هوایی مختلف در جنوب افریقا به شبیهسازي رواناب پرداخت. نتایج نشان دارد که اطلاعات پایگاههاي جهانی به تنهایی جواب مناسبی نمیدهند و بایستی به همراه اطلاعات ایستگاهها بهکار روند. استراچ14و همکاران [5] به بررسی کارایی اطلاعات ماهواره TRMM برایی شبیهسازي جریان رودخانه پیپیراپو15برزیل با استفاده از مدل SWAT پرداختند.
آنها نتایج خود را با نتایج حاصل از ایستگاههاي زمینی مقایسه کردند و بیان کردند اطلاعات ماهوارهاي TRMM میتواند براي مناطق فاقد اطلاعات جایگزین مناسبی باشد. زو16و همکاران [6] به بررسی دقت اطلاعات شبکهبنديCRU17 در مدل-سازي هیدرولوژیک حوضه زینگشان18در چین پرداختند. نتایج آنها حاکی از کارایی اطلاعات بارش پایگاه CRU در شبیهسازي رواناب در حوضه مورد مطالعه بود. زو19و همکاران [7] دو نسخه از اطلاعات TMPA به نامهاي 3B42V6 و 3B42V7 را براي حوضه وانشیو20در کشور بوتان21مورد مقایسه قرار دادند.
نتایج نشان داد در نسخه جدید - 3B42V7 - کمبرآوردهاي مدل قبل - 3B42V6 - برطرف شده است، بهنحوي که مقدار گرایش در تخمین بارش در نسخه جدید از -41/%15به % -8/38 بهبود یافته است. در شبیهسازي جریان نیز در مقیاس روزانه ضریب ناش-ساتکلفت - NSCE - 1 براي 3B42V6 برابر 0/23 و در مقیایس ماهانه برابر 0/25 بهدست آمده است در حالی که مقدار این ضریب براي نسخه 3B42V7 در مقیاس زمانی روزانه و ماهانه بهترتیب برابر 0/66 و 0/77 بهدست آمده است.
دیوتمنت2و همکاران [8] در تحقیق خود به صحت اطلاعات پایگاه CRU نسخه TS 3.10.01، 3Aphrodite وGPCC4 براي حوضه کارادریا5در قرقیزستان پرداختند. نتایج آنها نشان داد میانگین سالانه بارش Aphrodite و GPCC در منطقه دراي توزیع مکانی یکسانی هستند اما دادههاي Aphrodite کمی مقدار بارش را کم تخمین میزنند ولی CRU میانگین سالانه را بسیار کم - حدود 60 درصد کمتر - برآورد میکند.
همانطور که از سابقه مطالعاتی انجام شده مشخص است نتایج مختلفی از دقت دادههاي پایگاههاي جهانی در نقاط مختلف زمین گزارش شده است و همچنین اکثر مطالعات به شبیهسازيهاي نزدیک به زمان واقعی و یا پدیدههاي حدي نظیر سیل 9] و[10 پرداختهاند و کمتر به شبیهسازي طولانی مدت جریان رودخانه پرداخته شده است.
از اینرو در این تحقیق به منظور بررسی دقت اطلاعات بارش جهانی در شبیهسازي جریان حوضه کرخه، از اطلاعات بارش پایگاه GPCC بهمنظور شبیهسازي طولانی مدت دبی خروجی حوضه کرخه در ایستگاه عبدالخان در بین سالهاي 1967 تا 2000 استفاده شده است و نتایج با نتایج حاصل از شبیهسازي جریان با استفاده مشاهداتی ایستگاهها بارانسنجی مقایسه شد. در ادامه مراحل کار تشریح شده است.
-2 مواد و روشها
-2-1 مطالعه موردي
در این پژوهش حوضه آبریز کرخه بهعنوان مطالعه موردي در نظر گرفته شد. این حوضه یکی از منابع آبی سطحی مهم کشور محسوب میشود. حوضه کرخه با وسعتی حدود 50000کیلومتر مربع، بخشهایی از استانهاي ایلام، خوزستان، کرمانشاه، لرستان و همدان را در بر میگیرد. این حوضه از نظر موقعیت جغرافیایی بین 46˚:5 الی 49˚:10 طول شرقی و 30˚:8 الی 34˚:56 عرض شمالی قرار گرفته است. زهکش اصلی این حوضه رودخانه کرخه است که خود از دو شاخه اصلی سیمره و کشکان تشکیل شده است. متوسط میزان بارندگی در حوضه از 450میلیمتر در بالادست تا 150 میلیمتر در قسمتهاي جنوبی متغیر است. همچنین حجم آورد متوسط حوضه آبریز کرخه 7230 میلیون متر مکعب میباشد.
کل مصرف آب در حوضه از منابع آب سطحی 2275/6 میلیون متر مکعب است که از این مقدار 2149/2 میلیون متر مکعب آن در بخش کشاورزي مصرف میشود. خروجی این حوضه تقریبا در ایستگاه عبدالخان در جنوب حوضه است که در این تحقیق به شبیهسازي جریان در این ایستگاه در گامهاي زمانی ماهانه براي 34 سال - 2000-1967 - پرداخته شده است. شکل 1 موقعیت ایستگاهها بارانسجی - سمت راست - و شبکهبندي اطلاعات GPCC - سمت چپ - را نشان می-دهد.
