ارزیابی مقایسه‌ای مدل‌های IHACRES، AWBM و Tank برای شبیه‌سازی رواناب روزانه در دوره‌های ترسالی و خشکسالی

Abstract

سابقه و هدف: رواناب متغیر اصلی برای تجزیه و تحلیل هیدرولوژیکی حوزه آبریز است و باتوجه‌به اهمیت آن، برای چندین دهه تحقیقات هیدرولوژیکی بر شبیه‌سازی روابط بارش رواناب متمرکز بوده است که منجر به ارائه مدل‌های فراوانی گردیده است. باتوجه‌به تعدد مدل‌های هیدرولوژیکی، انتخاب یک مدل بهینه از بین انواع مدل‌ها فرآیند ساده‌ای نیست. بدین منظور در پژوهش حاضر پس از انتخاب حوزه آبریز گالیکش از سیل‌خیزترین حوزه‌ها در استان گلستان، عملکرد سه مدل هیدرولوژیکی AWBM، Tank و IHACRES مورد ارزیابی قرار گرفت و پارامترهای مدل‌ها نیز تحلیل حساسیت شد و در نهایت کارایی مدل‌ها در دوره‌های ترسالی و خشکسالی سنجیده شد. مواد و روش‌ها: مقدار رواناب روزانه خروجی از حوزه برای یک دوره 30 ساله (2019-1989) با استفاده از هر یک از مدل‌های مذکور شبیه‌سازی شده و با استفاده از چهار معیار ضریب ارزیابی نش-ساتکلیف، ریشة میانگین مربعات خطا، ضریب تبیین و میانگین درصد قدر مطلق خطا، عملکرد هر یک از مدل‌ها در دو دوره واسنجی و صحت‌سنجی بررسی شده است. پس از بهینه‌سازی مقادیر تمامی پارامترها، حساسیت پارامترهای هر یک از مدل‌ها تجزیه و تحلیل گردیده است. در نهایت پس از مشخص کردن وضعیت خشکسالی با شاخص SPI، عملکرد هر یک از مدل‌ها در دو دوره ترسالی و خشکسالی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است.یافته‌ها: نتایج حاکی از عملکرد تقریباً مشابه دو مدل بارش-رواناب IHACRES و AWBM است. مدل IHACRES با داشتن ضریب نش-ساتکلیف 73/0 و 75/0 و RMSE 97/2 و 94/2 به‏ترتیب در دو دوره واسنجی و صحت‌سنجی و مدل AWBM نیز با ضریب نش-ساتکلیف 74/0 و 69/0 و RMSE 92/2 و 24/3 برای دوره‌های واسنجی و صحت‌سنجی عملکرد مطلوبی را نشان داده‌اند، اما مدل Tank در شبیه‌سازی رواناب حوزه موفق نبوده و عملکرد پایین‌تری نسبت به دو مدل دیگر داشته است. تحلیل حساسیت پارامترهای مدل‌ها نیز نشان داد پارامترهای Kbase، H11 و f به‏ترتیب در مدل‌های AWBM، Tank و IHACRES بیشترین حساسیت را به تغییر مقادیر خود دارند. در نهایت مقایسه عملکرد مدل‌ها در دو دوره ترسالی و خشکسالی نشان داد که تمامی مدل‌ها با دقت بالایی موفق به شبیه‌سازی رواناب حوزه در دوره ترسالی شده‌اند به‏طوری که ضریب نش-ساتکلیف 79/0، 74/0 و 78/0 به‏ترتیب برای سه مدل AWBM، Tank و IHACRES عملکرد مورد قبول مدل‌ها را در شبیه‌سازی رواناب در دوره ترسالی نشان می‌دهد. درحالی‌که ارزیابی نتایج، عملکرد ضعیف تمامی مدل‌ها را در دوره خشکسالی نشان داده است و ضریب نش-ساتکلیف به‏دست آمده برای مدل‌ها به‏ترتیب برابر 05/0-، 45/0- و 12/0 است که نشان از ضعف مدل‌ها در شبیه‌سازی مقادیر پایین جریان است.نتیجه‌گیری: در ارزیابی سه مدل هیدرولوژیکی AWBM، Tank و IHACRES در شبیه‌سازی جریان روزانه مشخص شد که به‏طور کلی با اختلاف کمی مدل IHACRES نسبت به مدل AWBM نتایج بهتری را نشان می‌دهد؛ اما در دوره‌های ترسالی با توجه به ارزیابی‌های صورت گرفته مدل AWBM دقت خوبی داشته‌است درحالی که مدل IHACRES در دوره خشکسالی نسبت به دیگر مدل‌ها عملکرد بهتری را نشان داده است. با توجه به این موضوع می‌توان گفت مدل‌ها در شبیه‌سازی جریانات کم که در دوره‌های خشکسالی اتفاق می‌افتد ضعیف‌تر عمل کردند در حالی که آگاهی از وضعیت جریان رودخانه‌ها در دوره‌های خشکسالی می‌تواند نقش مؤثری را بر مدیریت منابع آبی داشته باشد از این‌رو در جهت افزایش دقت آن‌ها می‌بایست چاره‌ای جست.

Keywords

• بارش-رواناب
• بهینه‌‏سازی
• تحلیل حساسیت
• حوزه آبریز گالیکش
• مدل هیدرولوژیکی