تلفیق مدل‌های HEC-HMS و GLDAS در تخمین رواناب مناطق فاقد آمار

Abstract

سابقه و هدف: توسعه منابع آب، مستلزم شناخت میزان، توزیع زمانی و مکانی آب، و همچنین ارزیابی دقیق عملکرد آن می‌باشد. یوسوپ و همکاران (2007) برای مدل سازی بارش-رواناب در یک حوضه کوچک در مالزی از مدل HEC-HMS استفاده کردند و نتایج آن را در هر دو مرحله صحت سنجی و اعتبارسنجی رضایت‌بخش اعلام نمودند (20). برنامه‌ریزی در مناطق فاقد آمار مستلزم تهیه‌ی داده‌های با کیفیت مناسب می‌باشد، لذا یکی از روش‌های رفع این معضل، استفاده از داده‌های ماهواره‌ای می‌باشد. بدین منظور، مدل‌های سطح زمین بزرگ مقیاس نظیر GLDAS که بر اساس مشاهدات ماهواره‌ای بروز شده‌اند، به دلیل ارائه پارامترهای هیدرولوژیکی از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشند و به دلیل پوشش جهانی این داده‌ها، کاربرد داده‌های حاصل از این مدل در مطالعات بارش– رواناب مورد توجه واقع شده است. مدل GLDAS با هدف بررسی روند تغییرات اجزای بیلان آب و انرژی در سطح زمین، اقدام به تولید پارامترهای هواشناسی و هیدرولوژیکی با کیفیت کنترل شده در یک دوره آماری 1948 الی 2014 نموده است. هدف از این تحقیق، ارائه مدل تلفیقی در تخمین آبدهی مناطق فاقد آمار می‌باشد.<br /> مواد و روشها: در این تحقیق مدل GLDAS، با مدل هیدرولوژیکی WMS/HEC-HMS تلفیق شده و از آن به منظور انجام مطالعات بارش– رواناب منطقه پلرود استان گیلان استفاده گردید. در این خصوص از داده‌های مشاهداتی ایستگاه طول‌لات دوره آماری 2005-2003 برای واسنجی و سال 2006 برای صحت‌سنجی از طریق دو روش SMA و SCS به کار برده شد. در این رابطه، برای روش SCS پارامترهای مورد نیاز نظیر شماره منحنی، زمان تاخیر و میزان تلفات توسط نرم افزار مورد واسنجی قرار گرفت. برای روش SMA نیز، پارامترهای ذخیره خاک، نرخ نفوذ خاک، ضریب ذخیره لایه زیرزمینی اول و دوم و سایر پارامترهای مربوطه واسنجی شدند. پس از ارزیابی نتایج مدلGLDAS ، به بررسی داده‌های بارش، رواناب‌های سطحی و زیرسطحی و دما در پیکسل مربوط به ایستگاه هیدرومتری طول-لات، در 10 سال 2013-2004 پرداخته شد. سپس با استفاده از مدل WMS/HEC-HMS رواناب منطقه در مقیاس کل حوضه، با بکارگیری دو روش تلفات SCS و SMA، سال‌های 2009-2004 برای واسنجی ضرایب، و سال‌های 2013-2010 برای صحت‌سنجی شبیه‌سازی شد. نتایج نشان داد که هر دو روش SMA و SCS، در مرحله تلفیق دو مدل HEC-HMS و GLDAS نتایج بهتری را ارائه می‌دهند. ارزیابی نتایج بر اساس معیارهای ضریب تعیین (R2)، ضریب نش- ساتکلیف (E)، خطای Bias، RMSE و درصد خطا نشان داد که تلفیق دو مدل HEC-HMS و GLDAS ابزار مفیدی جهت تخمین رواناب در نقاط فاقد آمار حوضه‌های آبریز خواهد بود. <br /> یافته‌ها: نتایج نشان داد تلفیق دو مدل HEC-HMS و GLDAS در روش تلفات SMA، در سال 2013 (دوره صحت‌سنجی)، با ضریب تعیین 8/0، ضریب نش- ساتکلیف 77/0، معیار خطای 5/1 و 1/6 بهترین عملکرد را دارد. هم‌چنین مدل تلفیقی با در نظر گرفتن روش SCS در سال 2005 (دوره واسنجی) با ضریب تعیین 9/0، ضریب نش- ساتکلیف 86/0، معیار خطای 78/0 و 5/2 بهترین نتایج را ارائه داده است. به طور کلی نتایج این تحقیق بیانگر آن است که عملکرد مدل از طریق هر دو روش تلفات SMA و SCS قابل قبول می‌باشد. همچنین مدل در تخمین سیلاب‌های لحظه‌ای و مقادیر اوج آنها بهتر از جریان‌های غیر سیلابی عمل می‌کند. اگرچه در هر دو مورد، مدل نتایج قابل قبولی داشتند. <br /> نتیجه‌گیری: به طور کلی مدل تلفیقی HEC-HMS و GLDAS ارائه شده در این تحقیق، ابزار قابل قبولی جهت پیش‌بینی رواناب در مناطق فاقد آمار می‌باشد.