مدیریت جامع حوزه های آبخیز

مدیریت جامع حوزه های آبخیز

تأثیر طول بازه گرم کردن مدل‌های هیدرولوژیک در شبیه‌سازی رواناب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه احیاء مناطق خشک و کوهستانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران
چکیده
تخمین مولفه‌های چرخه آب در طبیعت از اهمیت زیادی برخوردار است که مدل­سازی فرآیند ابزار مربوط به آن است. در مدل‌های هیدرولوژیک، دوره گرم کردن (Warm-Up) به دوره اولیه شبیه‌سازی اطلاق می‌شود که قبل از تحلیل یا دوره پیش‌بینی اصلی انجام می‌شود. به‌عبارت‌دیگر بخشی از داده­ها به‌طور معمول قبل از استفاده در مدل، در دوره گرم کردن قرار می‌گیرند تا خطاهای مربوط به شرایط اولیه و نقص مدل کمتر شوند. در این تحقیق، تأثیر طول دوره آماده‌سازی مدل بر عملکرد آن، در دوره­های واسنجی و صحت‌سنجی توسط بهینه­سازهای مختلف در نرم­افزار RRL با مدل­های AWBM، Sacramento، SimHyd و TANK در حوزه آبخیز کشکان مورد بررسی قرار گرفت. در این ارزیابی از دوره­های گرم کردن 5، 7 و 10 درصد ابتدای طول داده­ها بدون در نظر گرفتن شرایط خشک‌سالی و ترسالی دوره و مقدار پیشنهادی نرم­افزار (2/1 درصد کل داده­ها) استفاده شد. نتایج نشان داد که به‌طورکلی، در مدل­ها و بهینه­سازهای مختلف، انتخاب 5 و 7 درصد از کل طول داده­ها در دوره­های واسنجی و صحت­سنجی، موجب بهبود کارایی مدل نسبت به میزان پیشنهادی نرم­افزار می­گردد. به نظر می­رسد علت اینکه دوره‌های طولانی‌تر آماده‌سازی باعث کاهش دقت عملکرد مدل می‌گردد این است که به همان میزان از طول دوره واسنجی و صحت­سنجی کاسته می‌شود. از طرف دیگر بر اساس معیار ارزیابی نش ساتکلیف بهترین مدل برای شبیه‌سازی رواناب در این حوضه مدل SimHyd با روش بهینه‌ساز روزنبروک (واسنجی: 572/0 و صحت­سنجی: 544/0) است. نتایج این تحقیق گام مهمی برای بررسی یکی از منابع عدم قطعیت در مدل‌های هیدرولوژیک بسته RRL است که می­تواند به کاربران این نرم‌افزار کمک شایانی کند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


Akkouche-Tabi, A., Benmamar, S. & Bouanani, A. (2018). The impact of warm-up time on the performance of a hydrological model: A case study of a Mediterranean catchment. Journal of Water and Land Development, 38(1), 15-21. doi.org/10.2478/jwld-2018-0002
Alizadeh, A. (2014). Principles of Applied Hydrology. 36th Edition, Imam Reza Publication, Mashhad.
Andréassian, V., Perrin, C., Berthet, L., Le Moine, N., Lerat, J., Loumagne, C. & Valéry, A. (2009). HESS Opinions: Crash tests for a standardized evaluation of hydrological models. Hydrology and Earth System Sciences, 13(10), 1757-1764.‏
Aubert, D., Loumagne, C. & Oudin, L. (2003). Sequential assimilation of soil moisture and streamflow data in a conceptual rainfall–runoff model. Journal of Hydrology, 280(1-4), 145-161.‏
Brassel, K. E. & Reif, D. (1979). A procedure to generate Thiessen polygons. Geographical analysis, 11(3), 289-303.
Carlos Mendoza, J. A., Chavez Alcazar, T. A. & Zuñiga Medina, S. A. (2021). Calibration and uncertainty analysis for modelling runoff in the Tambo River Basin, Peru, using Sequential Uncertainty Fitting Ver-2 (SUFI-2) algorithm. Air, Soil and Water Research, 14(1-13), 1178622120988707.
Cosgrove, B. A., Lohmann, D., Mitchell, K. E., Houser, P. R., Wood, E. F., Schaake, J. C., Robock, A., Sheffield, J., Duan, Q. & Luo, L. (2003). Land surface model spin‐up behavior in the North American Land Data Assimilation System (NLDAS). Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 108(D22), GCP6(1-19).
Daechini, F., Vafakhah, M., Moosavi, V. & Zabihi Silabi, M. (2022). Performance Assessment of Five Water Balance Models for Runoff Simulation in the Gorganrood Watershed. JWSS-Isfahan University of Technology, 26(2), 263-281.‏(In Persian) Paper
De Gooijer, J. G. & Hyndman, R. J. (2006). 25 years of time series forecasting. International journal of forecasting, 22(3), 443-473.
Duan, Z., Sun, Y. & Liang, X. (2018). Optimizing the Use of Warm-Up Periods in Hydrological Modeling. Water Resources Management, 32(6), 1979–1992. doi.org/10.1007/s11269-018-1952-2.
García-Sanabria, M. A., Pulido-Velázquez, M. & Giraldez, J. V. (2016). The effect of warm-up time on the calibration of hydrological models. Hydrological Processes, 30(6), 913-924.
Hassangavyar, M. B., Damaneh, H. E., Pham, Q. B., Linh, N. T. T., Tiefenbacher, J. & Bach, Q.-V. (2022). Evaluation of re-sampling methods on performance of machine learning models to predict landslide susceptibility. Geocarto International, 37(10), 2772-2794.(In Persian)
Heo, J. & Kim, C. (2018). The effect of warm-up period on hydrologic model calibration. Water, 10(6), 771. doi: 10.3390/w10060771.
Kim, K. B., Kwon, H. H. & Han, D. (2018). Exploration of warm-up period in conceptual hydrological modelling. Journal of Hydrology, 556, 194-210.
Kim, S., Vertessy, R., Perraud, J. & Sung, Y. (2005). Integration and application of the rainfall runoff library. Water science and technology, 52(9), 275-282.
Li, C. Z., Wang, H., Liu, J., Yan, D. H., Yu, F. L. & Zhang, L. (2010). Effect of calibration data series length on performance and optimal parameters of hydrological model. Water Science and Engineering, 3(4), 378-393.
Mein, R. G., Capon, S. J. & Powell, B. (2013). The importance of appropriate warm-up periods in hydrologic modelling: Lessons from a case study of a wetland catchment in Australia. Environmental Modelling & Software, 47, 131-141. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2013.05.016 .
Merz, R., Parajka, J. & Blöschl, G. (2009). Scale effects in conceptual hydrological modeling. Water resources research, 45(9), W09405(1-15).
Nash, J. E., & Sutcliffe, J. V. (1970). River flow forecasting through conceptual models part I—A discussion of principles. Journal of hydrology, 10(3), 282-290.
Podger, G. (2004). Rainfall Runoff Library User Manual (Version 1.0.5 Non-beta release). CRC for Catchment Hydrology. https://www.toolkit.net.au/rrl
Rosenbrock, H. (1960). An automatic method for finding the greatest or least value of a function. The computer journal, 3(3), 175-18.
Shahrban, M., Walker, J. P., Wang, Q. J. & Robertson, D. E. (2018). On the importance of soil moisture in calibration of rainfall–runoff models: Two case studies. Hydrological Sciences Journal, 63(9), 1292-1312.‏
Sharifi, Z., Mostafazadeh, R., Esmali Ouri, A., Hazbavi, Z. & Golshan, M. (2023). Comparing optimization methods of SIMHYD model parameters to simulate daily flow discharge in the Kouzetopraghi Watershed, Ardabil. Hydrogeomorphology, 10(34), 51-33.‏ (In Persian)
Sheikh godarzi, M., Jabbarian Amiri, B. & Azarnivand, H. (2018). A comparison of conceptual models for simulating river hydrology. Journal of Natural Environment, 71(4), 509-521. Doi:10.22059/jne.2018.227408.1339(In Persian)
Shrestha, R. & Houser, P. (2010). A heterogeneous land surface model initialization study. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 115(D19), 111-121. ‏
Sleziak, P., Szolgay, J., Hlavčová, K., Danko, M. & Parajka, J. (2020). The effect of the snow weighting on the temporal stability of hydrologic model efficiency and parameters. Journal of hydrology, 583, 124639, (1-14).
Sugawara, M. (1995). Tank model. Computer models of watershed hydrology.  
Trivedi, A., Galkate, R. V., Gautam, V. K. & Pyasi, S. K. (2021). Development of RRL AWBM model and investigation of its performance, efficiency and suitability in Shipra River Basin. Journal of Soil and Water Conservation, 20(2), 160-167.‏
Vidyarthi, V. K. & Jain, A. (2023). Development of simple semi-distributed approaches for modelling complex rainfall–runoff process. Hydrological Sciences Journal,  68(7), 998-1015
Xue, X., Zhang, K., Hong, Y., Gourley, J. J., Kellogg, W., McPherson, R. A. & Austin, B. N. (2016). New multisite cascading calibration approach for hydrological models: Case study in the red river basin using the VIC model. Journal of Hydrologic Engineering, 21(2), 05015019, (1-9).‏
Yang, Z. L., Dickinson, R., Henderson‐Sellers, A. & Pitman, A. (1995). Preliminary study of spin‐up processes in land surface models with the first stage data of Project for Intercomparison of Land Surface Parameterization Schemes Phase 1 (a). Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 100(D8), 16553-16578.  
Yonesi, H. A., Yousefi, H., Arshia, A. & Yarahmadi, Y. (2020). Runoff rainfall simulation using RRL toolkit (Case study: Rahim Abad Station - Silakhor Plain). Iranian Journal of Irrigation & Drainage, 14(4), 1348-1361. magiran.com/p2196838 (In Persian).

  • تاریخ دریافت 20 تیر 1402
  • تاریخ بازنگری 21 مرداد 1402
  • تاریخ پذیرش 12 شهریور 1402