26220

جذب چندمتغيره ي داده در مدل هيدرولوژيكي مبتني بر فيزيك MIKE SHE مطالعه ي موردي: حوضه ي آبريز رودخانه ي مهاباد

كارشناسي ارشد

مديريت منابع آب

1397

1400/9/10

حسين عليزاده

مهندسي عمران

مدلهاي هيدرولوژيكي توزيعي مبتني بر فيزيك، با تقسيم حوضهي آبريز به سلولهاي كوچكتر و همچنين با استفاده از معادلات مبتني بر فيزيك ميتوانند حوضههاي آبريز را با دقت بالاتري شبيهسازي كنند. از طرفي پيادهسازي الگوريتمهاي جذب داده به همراه اين مدلها نيز ميتواند توانايي پيشبيني آنها را بهبود بخشد. MIKE SHEيك مدل هيدرولوژيكي توزيعي مبتني بر فيزيك است كه در تحقيق حاضر از نسخهي قفلشكستهي 2014آن براي مدلسازي حوضهي آبريز موردنظر استفاده شد. حوضهي بالادست ايستگاه آبسنجي بيطاس واقع در حوضهي آبريز رودخانهي مهاباد، بهعنوان مورد مطالعاتي اين پژوهش در نظر گرفته شد. هدف از اين مدلسازي، جذب مشاهدات رواناب ايستگاه آبسنجي بيطاس و درصد پوشش برفي محصول ماهوارهي MODISدر اين منطقه، با استفاده از الگوريتم ETKFدر مدل مذكور است. براي كاليبراسيون پارامترهاي مدل MIKE SHEاز رويكرد تخمين متصل متغير حالت-پارامتر در طول روند جذب داده استفاده شد. اتصال مدل MIKE SHEبه الگوريتم جذب داده در محيط MATLABصورت گرفت. در ادامه چهار سناريوي مدلسازي در نظر گرفته شدند كه عبارتنداز: شبيهسازي حلقهي باز (بدون جذب داده،) جذب مشاهدات رواناب بهتنهايي، جذب مشاهدات درصد پوشش برفي بهتنهايي و جذب همزمان مشاهدات رواناب و درصد پوشش برفي. نتايج شبيهسازي سناريوهاي مذكور با استفاده از معيارهاي نكوئي برازش RMSE ،NSE و PBIASبا همديگر مقايسه شدند. مقادير NSEبراي رواناب در هر سناريو به ترتيب برابر ،0/15 0/27 ،0/37و 0/202و براي درصد پوشش برفي برابر -0/23 ، -9/69 ، -8/07و 0/12است. درنهايت بعد از اجراي هر چهار سناريوي تعريفشده، نتايج حاكي از آن است كه دقت شبيهسازي رواناب و درصد پوشش برفي، زماني كه بهصورت همزمان در مدل جذب ميشوند بهبود مييابد. لازم به ذكر است كه عليرغم محدوديتهاي موجود در دسترسي به نسخهي 2017اين مدل كه قرار بود از طرف ستاد احياي درياچهي اروميه مرتفع شود، اما تحقق نيافت و تلاشهاي زيادي كه درروند اتصال مدل MIKE SHE 2014به الگوريتم جذب داده انجام شد، نتايج نشان داد كه نسخهي قفلشكستهي ،2014امكانات مناسبي براي پيادهسازي جذب داده فراهم نميكند و بهتر است در ادامهي اين تحقيق از نسخههاي بالاتر اين نرمافزار بهره گرفت

1400/12/21

Multivariate data assimilation in physically based hydrological MIKE SHE model Case study: Mahabad river basin

12/1/2022 12:00:00 AM

Physiclly based distributed hydrological models can simulate catchments more accurately by dividing the catchment into smaller cells and using physiclly-based equations. On the other hand, implementing data assimilation algorithms with these models can also improve their predictability. In the present study we use the MIKE SHE hydrological model. The upstream basin of Bitas hydrometric station located in the catchment area of Mahabad river was considered as the case study of this study. The purpose of this study is the assimilation of the runoff observations and snow cover fraction of the MODIS satellite production, using the ETKF algorithm. To calibrate the parameters of MIKE SHE model, the joint state-parameter estimation approach was used. The MIKE SHE model was connected to the data assimilation algorithm in MATLAB environment. four modeling scenarios were considered, which are: Openloop simulation (without assimilation), assimilation of runoff observations alone, assimilation of snow cover fraction observations alone, and jointly assimilating both runoff and snow cover fraction. The simulation results of the mentioned scenarios were compared using the goodness of fit criteria NSE, RMSE and PBIAS. the results show that the accuracy of simulation improve when both runoff and snow cover fraction are assimilated in the model. It should be noted that according to the results, the 2014 version of the model does not provide suitable facilities for implementing data assimilation, and it is better to use higher versions of this software

: مدلهاي هيدرولوژيكي توزيعي مبتني بر فيزيك، ،MIKE SHEعدم قطعيت، جذب داده، ETK

Physiclly based distributed hydrological model, MIKE SHE, uncertainty, data assimilation, ETKF

ayla gojeh beyglu

hossein alizadeh