مقایسه روش‌های ترسیمی و فیلتر‌های عددی برگشتی در تفکیک جریان پایه در تعدادی از رودخانه‌های استان اردبیل

Abstract

سابقه و هدف: جریان پایه یکی از اجزاء مهم در تشکیل هیدروگراف جریان است، که از جریان‌های زیرزمینی یا ذخایر کم‌عمق زیرسطحی ناشی می‌شود. تعیین سهم جریان پایه از جریان امکان ارزیابی واکنش آبخیز و برنامه‌ریزی بهتر استراتژی‌های مدیریت کمی و کیفی منابع آب در مقیاس آبخیز را فراهم می‌نماید. هم‌چنین، تفکیک جریان پایه از موارد مهم در مدل‌سازی هیدرولوژی و افزایش دقت کالیبراسیون در مدل‌سازی بارش-رواناب است. مقایسه حوزه‌های مختلف از نظر ویژگی‌های فروکش جریان می‌تواند اطلاعات ارزشمندی از خصوصیات ذخیره و تغذیه در آبخیز فراهم نماید. هم‌چنین تعیین سهم جریان پایه می‌تواند در تحلیل جریان زیست‌محیطی و شرایط سلامت رودخانه موثر واقع گردد. مولفه جریان پایه به‌شدت تحت تاثیر بهره‌برداری از چاه‌ها در دشت‌های سیلابی است که می‌تواند در روش‌های عددی تفکیک جریان پایه، منشاء بروز عدم قطعیت باشد. هدف از این مطالعه مقایسه روش‌های ترسیمی و فیلتر عددی در تفکیک جریان پایه و انتخاب روش مناسب برای برآورد دبی پایه در تعدادی از رودخانه‌های منتخب استان اردبیل است.<br /> مواد و روش: در این پژوهش تفکیک جریان پایه روزانه علاوه بر روش‌های مرسوم (محدوده زمانی ثابت، محدوده زمانی جابه‌جاشونده و حداقل محلی)، با روش‌های فیلتر دیجیتال برگشتی شامل (الگوریتم یک پارامتره، الگوریتم دو پارامتره باگتون، الگوریتم سه پارامتره IHACRES، لین و هولیک، الگوریتم چاپمن و ایما فیلتر) نیز انجام گرفته است. نتایج روش‌های مذکور با روش تحلیل فروکش به‌عنوان روش مبنا مورد مقایسه قرار گرفته است. تحلیل‌ها و مقایسه نتایج روش‌های تفکیک جریان، براساس آمار دبی روزانه جریان با طول دوره آماری 22 سال در پنج ایستگاه هیدرومتری استان اردبیل با داده‌های در دسترس و مقادیر مختلف دبی جریان صورت گرفته است.<br /> یافته‌ها: براساس نتایج و مقایسه روش‌های ترسیمی و فیلتری در تفکیک دبی پایه جریان، مشخص شد که دقت روش‌های ترسیمی با مقادیر پایین ضریب نش-ساتکلیف، قابل قبول نیست. در این راستا، روش محدوده زمانی ثابت با ضریب کارایی 04/0- در شرایط منطقه مورد مطالعه نتایج مناسبی ارائه نداده است. این در حالی است که روش‌های تفکیک فیلتری الگوریتم یک پارامتره و دو پارامتره باگتون (Boughton two parameter algrithm) با ضرایب کارایی 88/0 و 86/0 به‌ترتیب به‌عنوان مناسب‌ترین روش‌ها برای برآورد دبی پایه در رودخانه‌های استان اردبیل بوده است.<br /> بحث و نتیجه‌گیری: نتایج تحقیق نشان داد که روش‌های ترسیمی تقریبا نتایج قابل قبولی ارائه نمی‌دهند و روش‌های فیلتری با رفع محدودیت‌ها‌ی روش‌های گرافیکی و مبتنی بر تئوری پردازش سیگنال‌ در تفکیک جریان به دو مؤلفه جریان سریع و جریان پایه از صحت و دقت بیش‌تری برخوردار می‌باشند. در مجموع‌ می‌توان گفت که روش‌های فیلتر عددی با ماهیت غیرخطی و تبعیت از توالی سری‌های زمانی در داده‌های دبی، دارای دقت بالاتری نسبت به روش‌های خطی و ترسیمی است. معرفی روش‌های مناسب تفکیک جریان دبی روزانه در مدل‌سازی هیدرولوژیک، تحلیل منطقه‌ای جریان‌های حداقل و تعیین سهم جریان پایه می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.