ارزیابی کارایی و واسنجی مدل BILAN در برآورد رواناب ماهانه جریان در تعدادی از رودخانه‌های دارای آمار استان اردبیل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، آبخیزداری، دانشگاه محقق اردبیلی

2 گروه منابع طبیعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

3 گروه منابع طبیعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعیدانشگاه محقق اردبیلی

4 گروه مرتع و آبخیزداری، دانشگاه محقق اردبیلی

5 دکتری آبخیزداری، اداره منابع طبیعی و آبخیزداری آستارا، گیلان، ایران

چکیده

شبیه‌سازی رواناب در حوزه‌های آبخیز برای مدیریت رواناب حاصل از بارش ضروری است. مدل‌های هیدرولوژیکی متفاوتی برای این منظور ارائه شده که در این تحقیق مدل BILAN برای اولین بار به‌منظور شبیه‌سازی رواناب استان اردبیل در 23 ایستگاه هیدرومتری با حداقل 20 سال دوره آماری برای داده‌های بارش، دما، رطوبت و دبی انجام شد. برای واسنجی هشت پارامتر مدل شامل Spa، Dgm، Dgw ، Alf، Mec،Wic، Soc، Gid با الگوریتم ژنتیک بهینه‌سازی و سری‌های ماهانه شبیه‌سازی شده و مشاهداتی در خروجی حوزه آبخیز محاسبه شدند. کارایی مدل با نمایه‌های آماری ضریب کارایی (CE)، ریشه ﻣﺮﺑﻌﺎت ﺧﻄﺎ (RMSE) و ضریب تبیین (R2) ارزیابی شد. نتایج نشان داد که در دوره واسنجی، دامنه‌های مقادیر شاخص‌‎های ارزیابی R2 در ایستگاه‌های شمس‌آباد (92 درصد)، ننه‌کران (42 درصد)، مشیران (38 درصد)، باروق (51 درصد) بهتر است. هم‌چنین دوره اعتبارسنجی ایستگاهای عموقین، آتشگاه، نیر، نمین، سامیان، ویلادرق و شمس آباد با R2 بیش از 60 درصد بهترین کارایی مدل BILAN را نشان دادند و ایستگاه‌های گیلانده، ایریل، احمدکندی، باروق و پل الماس با R2 کم‌تر از 5 درصد کارایی چندانی در شبیه‌سازی جریان رودخانه نداشتند. در مجموع با توجه به نتایج ارزیابی عملکرد مدل می‌توان گفت که مدل BILAN در تعدادی از ایستگاه‌های مورد بررسی دارای کارایی نسبتاً قابل قبولی است و می‌تواند به‌منظور اهداف مدیریت رواناب حوضه‌های آبخیز در این منطقه به‌کار رود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Efficiency assessment and calibration of BILAN model for estimation of monthly flow runoff in gauged stations of Ardabil Province Rivers

نویسندگان [English]

  • Darjazi Hamideh 1
  • Abazar Esmali Ouri 2
  • Raoof Mostafazadeh 3
  • Zeinab Hazbavi 4
  • Mohammad Golshan 5
1 Master's student degree in Watershed Management, Faculty of Agricultural and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili
2 Dept. Natural Resources, Faculty of Agriculture & Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili
4 Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili
5 PhD in Watershed Management Sci. & Eng, Astara Natural Resources and Watershed Management Office
چکیده [English]

Streamflow simulation in watersheds is necessary to runoff management and understanding watershed response. Different hydrological models were developed for rainfall-runoff modelling. The BILAN model was used to simulate daily runoff in 23 river gauge stations in a 20-year period using observed rainfall, temperature, humidity and discharge time series. The values of model parameters including Spa, Dgm, Dgw. Alf, Mec, Wic, Soc, and Gid have been calibrated using the genetic algorithm. The monthly values of streamflow data were simulated in the selected watersheds. The efficiency of the calibrated model was evaluated using statistical measures. The statistical measures were coefficient of efficiency (CE), root mean square error (RMSE) and coefficient of determination (R2). The results showed that in the calibration period, the ranges of values of R2 evaluation indicators were acceptable in Shams Abad (92%), Neneh Karan (42%), Mashiran (38%) and Barouq (51%) watersheds. Also, the results of the BILAN model validation showed that the efficiency of the model in Amoghin, Atashgah, Nir, Namin, Samian, Viladaragh and Shams Abad watersheds had a good agreement with the R2 values more than 60%. Meanwhile, the performance of the BILAN model in Gilandeh, Iril, Ahmadkandi, Barouq and Poleh Almas stations was not acceptable according to the R2 values less than 5%. In general, according to the results of model performance evaluation, it can be said that the BILAN model has a relatively acceptable performance in some of studied stations. Therefor the BILAN model can be implemented based on the available input data of the model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrological modelling
  • Monthly changes
  • Water budget
  • Water resources management

مراجع

اسدی، م؛ جباری، ا.، حصادی، ه. 1399. مدل‌سازی سیلاب در مناطق خشک و نیمه خشک با بهره‌گیری از مدلHEC-HMS مطالعه موردی: حوضه آبریز سد استقلال میناب، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی، 8(3): 33-17.
آقابیگی، ن؛ اسمعلی عوری، ا.، مصطفی زاده، ر.، گلشن، م. 1398. اثرات تغییر اقلیم بر رواناب با مدل هیدرولوژیکی IHACRES در برخی از حوزه‌های آبخیز استان اردبیل. مهندسی آبیاری و آب ایران، 10 (2): 189-178.
بهره‌مند، ع.، مصطفی‌زاده، ر. 1389. مقایسه کارایی روش‌های تخمین پارامترهای مدل هیدروگراف واحد لحظه‌ای نش در شبیه‌سازی هیدروگراف جریان. پژوهش‌های آبخیزداری، 86: 42 تا 51.
پورحق وردی، ف؛ معماریان، ه.، پوررضا بیلندی، م.، تاجبخش، م.، مجیدی، م. 1400. استفاده از HydroPSO در واسنجی مدل هیدرولوژی KINEROS2 جهت شبیه‌سازی رواناب در حوزه‌های آبخیز مناطق نیمه‌خشک (مطالعه موردی: حوزه آبخیز بار نیشابور). پژوهش‌های فرسایش محیطی، 10(4): 110-90.
خاوریان، ح.، آقایی، م.، مصطفی‌زاده، رئوف. (1399). پیش‌بینی تأثیر تغییرات کاربری اراضی بر جریان ماهانه با استفاده از مدل هیدرولوژیکی و داده‌های سنجش از دور در حوضه آبریز کوزه‌تپراقی اردبیل، هیدروژئومورفولوژی. سال 7، شماره 24، ص 39-19.
صیاد، د.، قضاوی، ر.، امیدوار، ا. 1400. بررسی کارایی مدل SWAT در برآورد دبی‌های روزانه حوضه‌های فاقد آمار با رویکرد منطقه‌بندی در مناطق خشک. هیدروژئومورفولوژی، 7 (25): 182-161.
عسگری، ا.، حسینی، س.ز.، مصطفی‌زاده، ر. 1399. تعیین ارتباط و تغییرات مکانی مقادیر دبی و رسوب معلق در حوضه‌های استان اردبیل. جغرافیا و توسعه، 18(61): 149 تا 176.
عسگری، ا.، مصطفی‌زاده، ر.، اسمعلی، ا. 1396. تعیین سهم مشارکت مؤلفه‌های هیدروگراف در جریان رودخانه‌ای برخی از ایستگاه‌‌های استان اردبیل. مهندسی آبیاری و آب، 8(30): 56-71.
گلشن، م.، کاویان، ع.، اسمعلی، ا.، زیگلر، ا. 1397. مدل‌سازی تولید رواناب و رسوب با استفاده از خصوصیات هیدروژئومورفولوژیک در حوزه آبخیز سامیان، استان اردبیل. علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 12 (43): 126-117.
مصطفی‌زاده، ر.، عسگری، ا. 1400. ارزیابی کارایی مدل بارش-رواناب GR4J در شبیه‌سازی دبی روزانه جریان در یک آبخیز کوهستانی استان اردبیل. مهندسی آبیاری و آب ایران، 11(3): 79 تا 95.
مطالعات طرح آمایش استان اردبیل، 1391. سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی استان اردبیل، 157 ص.
مهری، س.، مصطفی‌زاده، ر.، اسمعلی عوری، ا.، قربانی، ا. 1396. تغییرات زمانی و مکانی شاخص جریان پایه در رودخانه‌های استان اردبیل. فیزیک زمین و فضا، 43(3): 623 تا 634.
Alley, W.M. 1984. On the treatment of evapotranspiration, soil moisture accounting and aquifer recharge in monthly water balance models. Water Resources 20, 1137-1149.
Cha, S. M. and Lee, S. W. 2021. Advanced hydrological streamflow simulation in a watershed using adjusted radar-rainfall estimates as meteorological input data. Journal of Environmental Management, 277, 111393.‏
Choubin, B., Solaimani, K., Rezanezhad, F., Roshan, M. H., Malekian, A. and Shamshirband, Sh. 2019. Streamflow regionalization using a similarity approach in ungauged basins: Application of the geo-environmental signatures in the Karkheh River Basin, Iran. Catena, 182, 104128.‏
Dembélé, M., Ceperley, N., Zwart, S. J., Salvadore, E., Mariethoz, G. and Schaefli, B. 2020. Potential of satellite and reanalysis evaporation datasets for hydrological modelling under various model calibration strategies. Advances in Water Resources, 143, 103667.‏
EsmaliOuri, A., Golshan, M., Janizadeh, S., Cerdà, A. and Melesse, A. M. 2020. Soil erosion susceptibility mapping in Kozetopraghi catchment, Iran: a mixed approach using rainfall simulator and data mining techniques. Land, 9(10), 368.‏
Horacek, S., Kasparek. L. and Novicky. O. 2008. Estimation of climate change impact on water resources by using Bilan water balance model. IOP Conference Series Earth and Environmental Science, December 2008 4(1):012023. DOI: 10.1088/1755-1307/4/1/012023
Kašpárek, L. and Novický, O. 1997. User's guide BILAN, 12 p. Available at: http://www.geo.uio.no/edc/content/software.htm
Kim, S., Hong, S.J. Kang, N., Noh, H.S. and Kim, H.S. 2016. A comparative study on the simple two-parameter monthly water balance model and Kajiyama formula for monthly runoff estimation. Hydrological Sciences Journal 6667, 1244-1252.
Kumari, N., Srivastava, A., Sahoo, B., Raghuwanshi, N. S. and Bretreger, D. 2021. Identification of suitable hydrological models for streamflow assessment in the Kangsabati River Basin, India, by using different model selection scores. Natural Resources Research, 30(6), 4187-4205.‏
Melišová, E., Vizina, A., Staponites, L. R. and Hanel, M. 2020. The role of hydrological signatures in calibration of conceptual hydrological model. Water, 12(12), 3401.‏
Mosavi, A., Golshan, M., Choubin, B., Ziegler, A. D., Sigaroodi, S. K., Zhang, F. and Dineva, A. A. 2021. Fuzzy clustering and distributed model for streamflow estimation in ungauged watersheds. Scientific Reports, 11(1), 1-14.‏
Mostafazadeh, R., Sadoddin, A., Bahremand, A., and Sheikh, V.B, ZareGarizi, A. 2017. Scenario analysis of flood control structures using a multi-criteria decision-making technique in Northeast Iran. Natural Hazards, 87(3), 1827-1846.
Musie, M., Sen, S. and Srivastava, P. 2019. Comparison and evaluation of gridded precipitation datasets for streamflow simulation in data scarce watersheds of Ethiopia. Journal of Hydrology, 579, 124168.‏
Pirnia, A., Darabi, H., Choubin, B., Omidvar, E., Onyutha, C. and Haghighi, A. T. 2019. Contribution of climatic variability and human activities to stream flow changes in the Haraz River basin, northern Iran. Journal of Hydro-Environment Research, 25, 12-24.‏
Rekomendatsi, A. 1976. Rekomendatsii poroschotu ispareniias poverhnosti suchi (Guideline’s fir Caculation of evaporation from land surface). Gidrometeoizdat, peterbury Russia.
Simões, K., Condé, R. D. C. C., Roig, H. L. and Cicerelli, R. E. 2021. Application of the SWAT hydrological model in flow and solid discharge simulation as a management tool of the Indaia River Basin, Alto São Francisco, Minas Gerais. Revista Ambiente & Água, 16.‏
Strnad, F., Moravec, V., Markonis, Y., Máca, P., Masner, J., Stočes, M. and Hanel, M. 2020. An index-flood statistical model for hydrological drought assessment. Water, 12(4), 1213.‏

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار