-251554-491

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال ششم، شماره اول، پاییز 1395
تحلیل عدم قطعیت مدلDWB با استفاده از روش GLUE (مطالعه موردي: حوزههاي آبخیز اندرآب و فاروب رمان)
سعید امامی فر1، کامران داوري2*، حسین انصاري3، بیژن قهرمان4 سید محمود حسینی5 و محسن ناصري6

1) دانشجوي دکتري آبیاري و زهکشی؛گروه مهندسی آب؛ دانشکده کشاورزي؛ دانشگاه فردوسی مشهد؛ مشهد؛ ایران
2*) استاد؛ گروه مهندسی آب؛ دانشکده کشاوري؛ دانشگاه فردوسی مشهد؛ مشهد؛ ایران
*نویسنده مسئول مکاتبات: k.Davary@um.ac.ir
دانشیار؛ گروه مهندسی آب؛ دانشکده کشاوري؛ دانشگاه فردوسی مشهد؛ مشهد؛ ایران
استاد؛ گروه مهندسی آب؛ دانشکده کشاوري؛ دانشگاه فردوسی مشهد؛ مشهد؛ ایران
استاد؛ گروه مهندسی عمران؛ دانشکده فنی مهندسی؛ دانشگاه فردوسی مشهد؛ مشهد؛ ایران
استادیار؛ گروه مهندسی عمران؛ دانشکده فنی مهندسی؛ دانشگاه تهران؛ تهران؛ ایران

1754029-464

تاریخ دریافت: 26/12/1394 تاریخ پذیرش: 02/03/1395 چکیده
تجزیه و تحلیل عدم قطعیت پارامترهاي مدلهاي هیدرولوژیکی و تشخیص ویژگیهاي آماري آنها بر اساس روابط موجود بین پارامترها و وروديهاي مدل، از مهمترین موارد مدلسازي هیدرولوژیکی محسوب میشود. در این پژوهش واسنجی و تحلیل عدم قطعیت این مدلDWB در حوزههاي رودخانههاي اندرآب و فاروب رمان از سرشاخههاي رودخانه کالشور (حوزه آبخیز نیشابور) به ترتیب در محل ایستگاههاي آب سنجی زرنده و عیشآباد، با استفاده از روش عمومی عدم قطعیت تشابهات (GLUE) مورد توجه قرار گرفت. نتایج نشان داد که از منظر قابلیت شناسایی، از بین چهار پارامتر این مدل، پارامتر اثر بخشی نگهداشت( ) و ظرفیت ذخیره رطوبتی حوزه ( [ ] ) در روند واسنجی، از قابلیت شناسایی کمتر برخوردار بوده (نمیتوان دامنه بهینه مشخص براي آنها یافت) و در عدم قطعیت رواناب شبیهسازي شده بهوسیله این مدل، نقش بیشتري دارند. در این راستا، پارامتر اثر بخشی تبخیر و تعرق( ) و جریان تدریجی( d )، رفتار مقاومی در خصوص بروز خطا در رواناب مشاهداتی از خود نشان میدهد و به اصطلاح پایستار هستند. بررسی عدم قطعیت رواناب شبیهسازي شده نشان داد که در حالت کلی روش GLUE به خوبی توانسته است که میزان رواناب خروجی از حوزههاي آبخیز مورد مطالعه را واسنجی کند، ب ه طوريکه اغلب دادههاي رواناب ثبت شده (بیش از 55 درصد) در محدوده اطمینان 95
درصد قرار گرفتند.
کلید واژه ها: چارچوب بودیکو؛ رواناب؛ مدلDWB؛ GLUE

مقدمه
66939408377851

سال

ششم

/

شماره

1
/

پاییز

95

سال

ششم

/

شماره

1

/

پاییز

95

تلاشهاي فراوانی براي تشریح کمی چرخه هیدرولوژیکی که تحت تأثیر عدم قطعیتهاي فراوانی نیز میباشد، صورت گرفته است. در این راستا استفاده از روشهایی که به کمک آن ها بتوان در حوزههاي فاقد آمار یا داراي آمار ناقص، به بررسی و تحلیل اثر متقابل فرآیندهاي هیدرولوژیکی پرداخت، از اهمیت قابل توجهی برخوردار است (سینگی، 1381). یکی از این روشها، استفاده از قابلیتهاي مدلهاي هیدرولوژیکی در شبیهسازي فرآیندهاي هیدرولوژیکی است. در زمینه مدلسازي بیلان آب در مقیاس حوزه آبخیز، سوابق مطالعات گذشته نشان میدهد که از جمله روشهاي معروف براي مدلسازي بیلان آّّب در مقیاس حوزه آبخیز، مدلهاي مبتنی برچارچوب عرضه و تقاضا1که بوسیله چارچوب بودیکو2( Budyko، 1974) توسعه یافتهاند، میباشند. در این رویکرد، تبخیر سالانه در برخی از مناطق جهان ممکن است نزدیک به بارش سالانه باشد که این مسئله زمانی اتفاق میافتد که انرژي کافی براي تبخیر کل بارش در دسترس باشد و این قبیل نواحی داراي محدودیت رطوبت هستند. در برخی دیگر از نواحی تبخیر سالانه ممکن است نزدیک به تبخیر-تعرق پتانسیل باشد که این مسئله زمانی اتفاق میافتد که انرژي در دسترس از مقدار انرژي مورد نیاز براي تبخیر کل بارش سالانه، کمتر باشد و این نواحی داراي محدودیت انرژي هستند. از اینرو بسته به خشکی اقلیم، یکی از دو عامل آب یا انرژي موجود، محدودکننده محسوب میشود (2009 ,.Gerrits et al). چارچوب بودیکو با وجود سادگی، بهعنوان روشی مناسب جهت بررسی ارتباط بین عوامل اقلیمی و خصوصیات حوزه آبخیز از یک طرف و چرخه آب و انرژي در مقیاس حوزه آبخیز از طرف دیگر، به وسیله محققین مختلف بکار گرفته شده است( 1981Fu, ؛ 2004 ,.Zhang et al؛ Donohue et
2007 ,.al؛ 2007 ,.Yang et al؛ Potter ،2009). در راستاي توسعه مدلهاي مبتنی بر چارچوب بودیکو، به نظر می رسد که رویکرد ارائه شده به وسیله Zhang و همکارن (2008) در میان انواع گوناگون مدلسازي بیلان آب، از معتبرترین و مورد استنادترین منابع به شمار می آید. این مدل (این مدل به مدل 3DWB مشهور است) بر اساس چارچوب Budyko (1974) بوده و از آن جهت مدلسازي بیلان در مقیاس حوزه آبخیز و آبخیز و همچنین بررسی اثر پوشش گیاهی بر تغییرات رواناب براي مقیاسهاي زمانی مختلف (روزانه، ماهانه و سالانه) استفاده می شود .
بهعنوان نمونه Fang و همکاران( 2009) این مدل را در حوزههاي استرالیا و شمال آفریقا (با دامنه مساحت بین 10

demand and supply framework
Budyko framework
Dynamic Water Balance Model

تا 10000 کیلومتر مربع) و براي مقیاس زمانی ماهانه، بهمنظور بررسی تاثیر پوشش گیاهی بر رواناب خروجی از حوزه آبخیز مورد استفاده قرار دادند که نتایج نشان دهنده عملکرد خوب مدل بود. همچنین Tekleab و همکاران (2011) به ارزیابی مدل DWB جهت شبیهسازي رواناب ماهانه خروجی از بیست زیر حوزه ازحوزه آبخیز رودخانه نیل، براي یک دوره 5 ساله (از سال 1995 تا 2000 میلادي) پرداختند که نتایج نشان داد عملکرد مناسب مدل در برآورد رواناب خروجی از حوزههاي آبخیز مورد مطالعه، بود. بطور کلی در حوزههاي فاقد آمار یا داراي آمار ناقص استفاده از مدلهاي پیچیده که نیازمند دادههاي ورودي فراوان یا تعداد پارامتر زیاد( مانند مدل4 SWAT و HBV که به ترتیب داري بیش از 20 و 12 پارامتر هستند) ،هستند توصیه نمیشود. بنابراین با توجه به مطالب فوق، به نظر میرسد توجه به ارزیابی مدلهایی مانند مدل DWB، به دلیل سادگی از منظر تعداد کم متغیرهاي ورودي (متغیرهاي تبخیر- تعرق پتانسیل و بارندگی) و همچنین تعداد پارامترهاي اندك (چهار پارامتر)، براي مدلسازي بیلان آب و همچنین شبیهسازي رواناب در حوزههاي آبخیز کشور که بعضاً فاقد آمار و یا داراي آمار ناقص هستند، الزامی است. اما مسألهي دیگري که باید به آن توجه داشت این است که در مدل ارائه شده بوسیله Zhang و همکاران( 2008) نیز همانند سایر مدلهاي هیدرولوژیکی، بدلیل خطا یا منابع به وجود آورنده عدم قطعیتهاي مختلف از قبیل عدم اطمینان از درك طبیعت مسئله، مدلسازي مسئله، برآورد پارامترهاي موثر بر پدیدهها، فرض بی نقص و بدون خطا بودن مدل، بطور مطمئن فرضی اشتباه خواهد بود. روشهاي متعددي براي بیان و تحلیل عدم قطعیت در مدلسازي هیدرولوژیکی ارائه شده است که در این میان روش برآورد عدم قطعیت
Soil and Water Assessment Tool

درستنایی تعمیم یافته( GLUE) ارائه شده به وسیله Beven و Binley (1992)، که از دو منظر صحت و سهولت شبیه-سازي عدم قطعیت در مدل سازي، با روش هایی مانند 2Abbaspour) SUFI و همکاران،2009) و MCMC
(Campbell و همکاران ،1999) رقابت میکند، از اهمیت و کاربرد بیشتري برخوردار میباشد. در این راستا Stedinger و همکاران(2008) بیان داشتند که از سال
تحلیل عدم قطعیت مدلDWB با استفاده از روش GLUE (مطالعه موردي: حوزههاي آبخیز اندرآب و فاروب رمان)/ 127

1992 تا سال 2008، در بیش از 500 پژوهش، از روش GLUE به منظور تحلیل عدم قطعیت استفاده شده است .بطور کلی با توجه به آنچه بیان، هدف اصلی این پژوهش ارزیابی دقت و کارایی مدل DWB در مدلسازي رواناب خروجی از حوزههاي آبخیز، به همراه واسنجی و تحلیل عدم قطعیت آن است.

مواد و روش ها منطقه مورد مطالعه
منطقه مورد مطالعه این پژوهش حوزههاي رودخانههاي اندرآب و فاروبرمان از سرشاخههاي رودخانه کالشور به ترتیب در محل ایستگاههاي زرنده و عیشآباد واقع در حوزه آبخیز نیشابور میباشند. حوزه آبخیز اندرآب و فاروبرمان شکل موقعیت به ترتیب بین طول جغرافیایی 35/58 تا 73/58و 82/58 تا 95/59 درجه شرقی و عرض جغرافیایی 46/36 تا 66/36و 38/36 تا 3/36 درجه شمالی واقع شدهاند. از نظر وسعت، حوزه آبخیز اندرآب و فاروبرمان به ترتیب داراي مساحتی برابر با 5/281و 151 کیلومتر مربع و از نظر موقعیت ارتفاعی، این دو حوزه در محل ایستگاهاي هیدرومتري واقع در انتهاي آنها به ترتیب داراي ارتفاع برابر1393 و 1472 متر نسبت به سطح دریا آزاد، هستند. براي انجام این پژوهش از اطلاعات آبدهی ،بارندگی و تبخیر-تعرق پتانسیل در یک دوره آماري 12 ساله و بصورت ماهانه (از سال آبی81-1380 تا 92-1391) که 144 ماه را در بر میگیرد، استفاده شده است. در این راستا از دادههاي متوسط ماهانه رواناب خروجی در موقعیت ایستگاههاي هیدرومتري واقع در خروجی حوزه-هاي آبخیز انتخابی، بهعنوان مقادیر مبنا و مشاهداتی جهت ارزیابی مدل استفاده گردید. براي تعیین مقادیر ماهانه بارندگی در حوزههاي آبخیز اندرآب و عیشآباد به ترتیب از مجموع مقادیر روزانه بارندگی در ایستگاههاي تبخیرسنجی بار- ارایه و سینوتیک نیشابور بهعنوان نزدیک ترین ایستگاههاي هواشناسی به این حوزهها، استفاده گردید. همچنین به منظور برآورد مقدار تبخیر-تعرق پتانسیل در حوزه آبخیز اندرآب به دلیل اینکه تنها دادههاي
5430768493675

سال

ششم

/

شماره

1
/

پاییز
95



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

دیدگاهتان را بنویسید