کاهش عدم قطعیت در یک مدل نیمه توزیعی هیدرولوژیکی با روش GLUE

سابقه و هدف: واسنجی مدل‌های نیمه‌توزیعی- فیزیکی هیدرولوژیکی به دلیل عدم قطعیت در پارامترهای زیاد مدل و عدم توانایی در اندازه‌گیری توزیعی خصوصیات فیزیکی در سطح حوضه آبخیز، منجر به افزایش عدم قطعیت در بهینه‌سازی پارامترها می‌شود. لذا، به-منظور کاربرد موفقیت‌آمیز مدل‌های هیدرولوژیکی در تحقیقات کاربردی منابع آب، واسنجی دقیق و تجزیه و تحلیل عدم قطعیت پیش‌بینی ضروری است (40 و 43). شن و همکاران (2012) در تحلیل پارامترهای عدم قطعیت در مدل‌سازی هیدرولوژیکی و رسوب با مدل SWAT در منطقه‌ای از چین به این نتیجه رسیدند که فقط تعداد محدودی پارامتر بر خروجی مدل اثر قابل توجهی دارند (34). شاپ و همکاران (2014) در شبیه‌سازی وقایع تک رخداد و طولانی مدت دوره بارش مانسون با استفاده از مدل SWAT بر رواناب نتیجه گرفتند که در نواحی مرتفع و شیب‌دار آب پایه غالب است، در صورتی‌که در نواحی با ارتفاع کم‌تر، رواناب سطحی مؤثرتر است (35). در این مقاله، با استفاده از روش عدم قطعیت درست‌نمایی تعمیم یافته ( GLUE) در مدل SWAT ، کمیت ورودی و خروجی جریان ماهانه در حوضه شرقی رودخانه گرگانرود به مساحت 7072 کیلومترمربع برآورد شد. مواد و روش‌ها: ایستگاه هیدرومتری قزاقلی یکی از ایستگاه‌های آب منطقه‌ای گلستان جهت شبیه‌سازی رواناب ماهانه انتخاب شد. بارش سالیانه از غرب به شرق، از 800 میلی‌متر به 200 میلی‌متر، و جنوب به شمال کاهش می‌یابد. در این تحقیق اجرای مدل در مقیاس زمانی ماهانه و از سال 1983 تا 1993 انجام شد. به‌ طوری که سال آبی 1984 تا 1990 به عنوان دوره واسنجی و سال آبی 1991 تا 1993 برای دوره اعتبار سنجی انتخاب گردید.یافته‌ها: در مدل‌های توزیعی و نیمه توزیعی مانند SWAT، جهت به‌دست آوردن خروجی بهتر، شناسایی پارامترهای حساس، قبل از واسنجی ضروری است. براساس این مطالعه پارامترهایی مانند CN2 (شماره منحنی)، GWQMN (حداقل عمق مورد نیاز سطح ایستایی در سفره‌های کم عمق)، RCHRG_ DP (درصد تغذیه سفره عمیق از سفره کم عمق)، ALPHA_ BNK (پارامتر α در جریان پایه)، ESCO (فاکتور جبران کننده تبخیر از خاک) وSOL_ K (هدایت هیدرولیکی اشباع لایه‌های خاک) به‌عنوان حساس‌ترین پارامترها تعیین شدند. با توجه به نتایج این مطالعه، پارامتر CN2، مؤثرترین پارامتر در دبی خروجی از منطقه مورد مطالعه می‌باشد و شماره منحنی به عنوان منبع اصلی عدم قطعیت در نتایج مشخص شد. نتایج این مطالعه با استفاده از شاخص‌های آماری ضریب تعیین و ضریب ناش – ساتکلیف در خروجی ایستگاه هیدرومتری قزاقلی برای دوره واسنجی به‌ترتیب 80/0 و 72/0 و برای دوره اعتبارسنجی به ترتیب 83/0و 73/0 می باشد. از طرف دیگر روش GLUE به خوبی توانسته رواناب را در طول دوره مورد مطالعه واسنجی کند، به طوری‌ که بین 69 تا 74 درصد از داده‌های مشاهداتی به‌ترتیب در دوره واسنجی و صحت سنجی در محدوده‌ی اطمینان 95 درصد قرار گرفتند. نتیجه‌گیری: نتایج آنالیز عدم قطعیت بیانگر عدم قطعیت زیاد مدل در دوره واسنجی بود اگر چه نتایج شبیه‌سازی رواناب قابل قبول بود و 69 درصد داده‌های مشاهداتی در محدوده‌ی اطمینان 95 درصد قرار گرفتند. نتایج کلی نشان داد مدلSWAT در تحقیق حاضر، عملکرد قابل قبولی برای برآورد رواناب داشته و می‌توان از آن برای ارزیابی هیدرولوژیکی حوزه گرگانرود استفاده کرد. این مطالعه اطلاعات مفیدی برای مدل‌سازی هیدرلوژیکی مربوط به سیاست‌گذاری‌های توسعه‌ای در حوزه رودخانه گرگانرود و مناطق مشابه ارایه می‌کند.