بررسی عدم قطعیت پارامترهای مدل هیدرولوژیکی SWAT با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی تطبیقی متروپولیس (DREAM-ZS)

سابقه و هدف: کمی سازی عدم قطعیت های پارامترهای مدل های هیدرولوژیکی نقش اساسی در مدیریت منابع آب ایفا می کنند و امری چالش برانگیز می باشد که به علت تعداد زیاد پارامترها و نبود درک فیزیکی مناسبی از آنها، این مدل ها در مرحله واسنجی با مشکل مواجه می شوند. با توجه به اهمیت منابع آبی در کشور و ضرورت بررسی عدم قطعیت به منظور دستیابی به نتایج قابل اعتماد، هدف از این تحقیق، بررسی، شناسایی و کمی سازی عدم قطعیت پارامترها ابزار ارزیابی خاک و آب (SWAT) و عملکرد آنها جهت پیش بینی رواناب حوضه آبخیز رودخانه کشف رود به عنوان یک حوضه بزرگ مقیاس نیمه خشک در شمال شرق ایران با استفاده از یک روش شبیه سازی مبتنی بر زنجیره مونت کارلو زنجیر مارکف بنام الگوریتم تکامل تفاضلی تطبیقی متروپولیس (DREAM-ZS) می باشد. مواد و روش ها: جهت ارزیابی عدم قطعیت از میان ۲۹ پارامتر موجود تنها ۲۰ پارامتر بر مبنای روش تحلیل حساسیت منطقه ای (RSA) به عنوان پارامترهای حساس انتخاب و بررسی شدند. به منظور بهینه سازی مدل و کمی سازی عدم قطعیت پارامترها، از سناریوهای S1 (سناریوی اول) و S2 (سناریوی دوم) که متعلق به الگوریتم DREAM-ZS می باشند، استفاده گردید. در بررسی انجام شده محدوده های پارامترهای پیشین در سناریوی S1 به کمک واسنجی نهایی محدوده پارامترها در نرم افزار SWAT-CUP و الگوریتم SUFI-2 تعیین گردید و محدوده های پیشین در سناریوی S2 با استفاده از یک رویکرد ترکیبی بین محدوده های پارامترهای پیشین در برنامه SWAT-CUP و محدوده های پسین در سناریوی S1 تعیین گردید. در این تحقیق، تابع درست نمایی حداقل مربعات استاندارد (SLS)، جهت واسنجی مدل هیدرولوژیکی SWAT مورد استفاده قرار گرفت. همچنین، جهت بررسی عملکرد عدم قطعیت مدل در دو سناریوی اشاره شده از معیارهای ارزیابی شامل فاکتور P، فاکتور d، ناش-ساتکلیف (NS)، شاخص عدم قطعیت کل (TUI) و دامنه انحراف میانگین (ADA) استفاده گردید. یافته ها: نتایج معیارهای ارزیابی P، d، NS، TUI و ADA نشان داد که سناریوی S2 نسبت به سناریوی S1 در کاهش عدم قطعیت های پیش بینی از عملکرد بهتری برخوردار است. براساس سناریوی S1، ضریب NS از 0.54 تا 0.72 حاصل گردید، در حالیکه در سناریوی S2مقدار این ضریب از 0.63 تا 0.78 بدست آمده است. شاخص TUI برای عدم قطعیت کل محدوده 0.2 تا 0.6 و 0.22 تا 0.66 به ترتیب برای سناریوهای S1 و S2 حاصل گردید. در ادامه نتایج شبیه سازی های S1 و S2 نشان داد که برای عدم قطعیت پارامترها ضریب ارزیابی TUI در محدوده های 0.63 تا 0.94 برای سناریوی S1 و از 0.74 تا 1.22 برای سناریوی S2 می باشد. در نهایت شاخص ADA نیز برای عدم قطعیت کل برابر 0.098 و 0.445 به ترتیب برای سناریوهای S1 و S2 حاصل گردید، در حالیکه با توجه به شبیه سازی های S1 و S2، شاخص ADA برای عدم قطعیت پارامترها به ترتیب برابر 0.098 و 0.451 برای سناریوهای S1 و S2 بدست آمد. نتیجه گیری: الگوریتم DREAM-ZS راندمان واسنجی مدل را بهبود بخشید و منجر به ارائه مقادیر واقعی تری از پارامترهای شبیه سازی رواناب توسط مدل SWAT در حوضه رودخانه کشف رود می گردید.