بهبود مدلسازي هيدرولوژيك در مناطق برف گير با استفاده از مدل ابزار ارزيابي خاك و آب (SWAT)

مناطق با اقليم سرد و كوهستاني به دليل شرايط خاص اقليمي به ويژه برف، داراي تفاوتهاي هيدرولوژيك نسبت به ديگر مناطق هستند. با توجه به اين شرايط، مدلسازي هيدرولوژيك داراي چالشهايي در اين مناطق است كه اين امر لزوم توجه به پارامتر برف را ضروري ميسازد. هدف از اين مطالعه بررسي قابليت مدل SWAT ( Soil Tools Assessment Water an‎d )در شبيهسازي هيدرولوژيك در محدوده ازنا-اليگودرز واقع در باال دست حوضه كارون بزرگ و شرق استان لرستان، با اقليم سرد و كوهستاني و اصالح ماژول برف آن با استفاده از مدلهاي هوش مصنوعي به منظور بهبود شبيهسازي رواناب است. براي انجام اين تحقيق، دادههاي اقليمي روزانه ايستگاه سينوپتيك اليگودرز براي دوره ،2023-1991 دادههاي دبي ايستگاه آبسنجي ماربره براي دوره -1991 ،2023 نقشههاي خاك، كاربري اراضي و مدل ارتفاعي رقومي )DEM )منطقه مورد مطالعه استفاده شد. به منظور اصالح ماژول برف و مدلسازي شاخص آب معادل برف )SWE)، از مدلهاي رگرسيون گام به گام، برنامهريزي بيان ژن، دستهبندي گروهي دادهها و رگرسيون بيزين استفاده شد. براي انجام مدلسازي با مدلهاي هوشمند، از 70 درصد دادهها براي آموزش و از 30 درصد دادهها براي آزمون مدلها استفاده شد. نتايج شبيهسازي هيدرولوژيك منطقه با استفاده از مدل SWAT، نشان از عملكرد ضعيف مدل به دليل شبيهسازي ضعيف رواناب توليد شده از ذوب برف، داشت. براي افزايش دقت مدل و واسنجي بهتر آن، دوره واسنجي به فصول گرم و سرد تقسيم شد. در نتيجه، عملكرد مدل بهبود يافت، به طوري كه ضريب نش-ساتكليف )NSE )از 0/28 به 0/60 و ضريب تعيين )2R )از 0/32 به 0/61 افزايش يافت.همچنين مدل بعد از حذف اثر برف و استفاده از فصل گرم در مرحله واسنجي، پارامترهاي برفي مانند SWE و رواناب ذوب برف رو بهتر از زماني كه از دادههاي كل سال استفاده شد شبيهسازي كرد. در ادامه و به منظور دستيابي به يك معادله براي اصالح مدل، عملكرد مدلهاي R و (mm (0/01 RMSE 2 هوشمند ارزيابي شد. نتايج نشان داد، مدل دستهبندي گروهي دادهها با ميزان 0/99= =در مرحله آموزش و 0/99=R2 و (mm (0/01= RMSE در مرحله آزمون بهترين عملكرد را داشته است. نتايج مرحله مدلسازي SWE با استفاده از روشهاي هوشمند نشان داد كه معادله حاصل از مدل دستهبندي گروهي دادهها متشكل از دو پارامتر فيزيكي برف )عمق برف و چگالي برف( به عنوان معادله برتر در قالب ضريب اصالحي براي مرحله بعد استفاده شود. پس از ايجاد تغييرات در ماژول اصلي برف، اقدام به شبيهسازي هيدرولوژيك با مدل اصالحي شد. نتايج اجراي مدل اصالحي نشان از بهبود عملكرد اين مدل نسبت به مدل اصلي داشت. به طوري كه در مرحله واسنجي مقدار NSE از 0/28 به 0/74 و ضريب 2R از 0/32 به 0/72 افزايش يافت. اين تحقيق نشان داد كه اصالح مدل SWAT با استفاده از دادههاي واقعي و رويكردهاي مبتني بر هوش مصنوعي ميتواند منجربه رفع نواقص اين مدل به ويژه در مناطق برف خيز و كوهستاني شود. كاربرد مدل اصالحشده SWAT در ساير حوضههاي آبريز برفگير با ويژگيهاي اقليمي، توپوگرافي و كاربري اراضي متفاوت ميتواند قابليت تعميمپذيري نتايج را مورد بررسي قرار دهد.

236493

آبياري و زهكشي

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان