مقدمه مدل‌های هیدرولوژیکی ابزارهای قدرتمندی برای فهم و تخمین پاسخ‌های هیدرولوژیکی حوضه‌آبریز هستند. آن‌ها نقش حیاتی در مدیریت منابع آب، مهندسی رودخانه، کنترل و ذخیره سیلاب ایفا می‌کنند. ارزیابی جنبه‌های کمی و کیفی مدل‌های هیدرولوژیکی با رویکرد سیستماتیک ضروری است. متغیرهای کلیدی مؤثر بر چرخه هیدرولوژیکی شامل بارش، دما، کاربری اراضی، بافت خاک، ارتفاع و تبخیروتعرق هستند. اندرکنش پیچیده بین این متغیرها، چرخه هیدرولوژیکی را به یک فرآیند نسبتاً پیچیده تبدیل می‌کند و استفاده از مدل‌های هیدرولوژیکی را برای ارزیابی ضرروی می‌سازد. مهمترین پارامتر ورودی در فرآیندهای شبیه‌سازی هیدرولوژیکی بارش است. قابل دسترس بودن داده بارش مناسب در زمان‌ها و موقعیت‌های مختلف بسیار مهم است. امروزه، اغلب داده‌های بارش از ایستگاه‌های باران‌سنجی زمین-مبنا یا رادارهای هواشناسی جمع‌آوری می‌شود. مانند هزینه بالا، کمبود ابزرهای پایش در مناطق صعب العبور، توزیع نامناسب، فقدان داده، عملکرد نادرست دستگاه‌ها و خطاهای انسانی از جمله مشکلات همیشگی کاربران داده‌های بارش هستند. از این رو، فقدان داده‌های معتبر و کامل بارش یک چالش بزرگ در تحلیل و پیش‌بینی هیدرولوژیکی برای مدیریت منابع آب است.در نتیجه، پایش بارش در مقیاس‌های زمانی کوتاه و مقیاس‌های مکانی کوچک نقش مهمی در شبیه‌سازی‌های هیدرولوژیکی و در نهایت مدیریت منابع آب دارد.در سال‌های اخیر، استفاده از سنجش از دور و الگوریتم های تخمین بارش ماهواره ای توسعه یافته و به عنوان جایگزین پیشنهاد شده است. این فناوری‌ها پتانسیل ارائه داده‌های جامع‌تر و دقیق‌تر بارش را دارند که می‌تواند عملکرد مدل‌های هیدرولوژیکی را به طور قابل‌توجهی بهبود بخشد و سبب بهبود مدیریت منابع آب شود. مواد و روش‌ها این مطالعه بر ارزیابی هیدرولوژیکی چهار محصول بارش ماهواره‌ای TMPA-3R42V7، TMPA-3B42RTV7، PERSIANNو PERSIANN-CDRدر مدل سازی بارش-رواناب رودخانه شش‌پیر (5/954 کیلومتر مربع) متمرکز است. حداقل ارتفاع حوضه 1527 متر و حداکثر آن 3666 متر از سطح دریا است. ایستگاه هیدرومتری در طول جغرافیایی 51 درجه و 43 دقیقه شرقی و عرض جغرافیایی 30 درجه و 01 دقیقه شمالی قرار دارد و داده های دبی روزانه مناسبی برای رودخانه دارد. برای دستیابی به اهداف تحقیق، مدل هیدرولوژیکی مفهومی و پیوسته IHACRESابتدا با استفاده از اطلاعات بارش و دمای زمینی اندازه گیری شده در بازه زمانی 22 سپتامبر 2004 تا 31 دسامبر 2009 با استفاده از داده‌های واسنجی شده ایستگاه هیدرومتری تلمبه حسنی و پارامترهای مدل استخراج شد. سپس مدل IHACRESبرای بازه زمانی 1 ژانویه 2010 تا 31 دسامبر 2013 اعتبارسنجی شد. IHACRESیک مدل مفهومی-متریک یکپارچه برای شبیه سازی بارش-رواناب است که از طریق تلاش‌های مشترک هیدرولوژیست‌ها از مرکز ارزیابی و مدیریت حوضه آبریز (ICAM) در دانشگاه ملی استرالیا و مرکز اکولوژی و هیدرولوژی (CEH) شورای تحقیقات محیط زیست طبیعی بریتانیا توسعه یافته است. IHACRESیک مدل موثر و کارآمد است که در طیف وسیعی از مناطق آب و هوایی، از جمله مناطق خشک و نیمه خشک، کاربرد داشته است. شاخص‌های ارزیابی مورد استفاده در این مطالعه شامل ضریب تعیین (R2)، کارایی ناش-ساتکلیف (NSE)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و کارایی ناش-ساتکلیف لگاریتمی (logNSE) است.
نتایج و بحث نتایج واسنجی مدل برای حوضه‌آبریز شش پیر نشان داد که عملکرد قابل قبولی دارد، با شاخص‌های آماری کارایی نش ساتکلیف (NSE) و ضریب تعیین (R2) به ترتیب 8/0 و 8/0، و نتایج اعتبارسنجی بر اساس شاخص‌های آماری فوق به ترتیب 62/0 و 66/0، که نشان‌دهنده عملکرد قابل‌قبول مدل هیدرولوژیکی IHACRESاست. سپس، محصولات بارش ماهواره‌ای که هدف این مطالعه معرفی آن‌ها به عنوان جایگزین بارش میانگین ایستگاهی استفاده شدند، بر اساس شاخص‌های آماری نتایج نشان می‌دهد که PERSIANN-CDRتوانایی بالاتری در شبیه سازی بارش-رواناب نسبت به سایر الگوریتم‌ها دارد. ضریب تعیین برای الگوریتم PERSIANN-CDR 79/0 و برای الگوریتم‌های TMPA-3B42V7، TMPA-3B42RTV7، PERSIANNبه ترتیب 67/0، 61/0، 1/0 است. همچنین، بر اساس شاخص آماری NSE، ارزیابی مدل‌های هیدرولوژیکی برای شبیه‌سازی مدل بارش-رواناب با الگوریتم PERSIAN-CDR، در دوره کالیبراسیون 70/0 و در دوره اعتبارسنجی 69/0 است، که نشان‌دهنده عملکرد مناسب مدل بارش-رواناب IHACRESبا الگوریتم بارش PERSIANN-CDRاست. الگوریتم PERSIANN-CDRتوانایی بالاتری نسبت به سایر الگوریتم‌ها دارد؛ از طرف دیگر، عملیات اصلاح خطای مدلPERSIANN-CDRموفق است، اما استفاده از مدل با تأخیر زمانی TMPA-3B42V7 تأثیر قابل‌توجهی بر نزدیک شدن مدل به زمان واقعی ندارد. به طور کلی، مدل IHACRES، همراه با محصول بارش ماهواره‌ای PERSIANN-CDR، نتایج امیدوارکننده‌ای در شبیه‌سازی فرآیندهای بارش-رواناب در حوضه‌آبریز شش پیر، که در منطقه آب و هوایی نیمه خشک قرار دارد، نشان داد. این مطالعه پتانسیل استفاده از داده‌های بارش ماهواره‌ای به عنوان جایگزین قابل‌قبول برای مشاهدات زمینی در مدل‌سازی هیدرولوژیکی در مناطقی با داده کم را برجسته کرد.
نتیجه‌گیری نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که مدل IHACRESاز توانایی بالایی در شبیه‌سازی هیدرولوژیکی حوزه آبخیز و برآورد جریان به صورت یکپارچه برخوردار است. این مطالعه همچنین پتانسیل الگوریتم‌های بارش ماهواره‌ای برای جایگزینی داده‌های مشاهداتی زمینی در مواردی که چنین داده‌هایی کم یا در دسترس نیستند را نشان می‌دهد. یکی از یافته‌های کلیدی پژوهش حاضر، تأثیر عملیات اصلاح خطا بر عملکرد محصولات بارش ماهواره‌ای است. مطالعه نشان می‌دهد که اصلاح خطا در محصول PERSIANN-CDR منجر به بهبود قابل‌توجهی در عملکرد آن شده است، در حالی که تنظیمات مشابه در محصول TMPA-3B42V7 چنین نتایج چشم‌گیری به دنبال نداشته است. ارزیابی چهار الگوریتم بارش ماهواره‌ای PERSIANN، PERSIANN-CDR، TMPA-3B42V7و TMPA-3B42RT - در زمینه مدل‌سازی هیدرولوژیکی نشان می‌دهد که الگوریتم PERSIANN-CDRدر میان الگوریتم‌های مورد آزمایش، بیشترین قابلیت را دارد. برعکس، عملکرد الگوریتم PERSIANNبسیار ضعیف بوده و استفاده از آن در مدل سازی هیدرولوژیکی توصیه نمی‌شود. این یافته‌ها دارای پیامدهای مهمی برای مدیریت منابع آب و تصمیم‌گیری است. توانایی استفاده مؤثر از داده‌های بارش ماهواره‌ای در مدل‌سازی هیدرولوژیکی می‌تواند به ویژه در مناطقی که داده‌های مشاهداتی زمینی محدود هستند، ارزشمند باشد. همچنین، بینش‌های به دست آمده از تحلیل مقایسه‌ای الگوریتم‌های بارش ماهواره‌ای می تواند در انتخاب و کاربرد مناسب‌ترین محصول برای اهداف خاص مدل‌سازی هیدرولوژیکی راهنما باشد. به طور کلی، این تحقیق درک جامعی از عملکرد مدل IHACRESو الگوریتم‌های بارش ماهواره‌ای در شبیه‌سازی هیدرولوژی حوزه آبخیز و برآورد جریان آب ارائه می‌دهد.
Shokri Kuchak V, Sharifi M, Shokri Kuchak S. Satellite Precipitation Algorithms Assessment in Hydrologic Simulation by means of IHACRES Model (Case Study: Sheshpir River Watershed, Fars Province, Iran). jwmseir 2024; 18 (64) : 3 URL: http://jwmsei.ir/article-1-1025-fa.html
شکری کوچک وحید، شریفی محمدرضا، شکری کوچک سعید. ارزیابی الگوریتم‌های بارش ماهواره‌ای در شبیه‌سازی هیدرولوژیکی با استفاده از مدل IHACRES (مطالعه موردی حوضه‌آبریز رودخانه شش‌پیر استان فارس، ایران). مجله علوم ومهندسی آبخیزداری ایران. 1403; 18 (64) :29-38
به اطلاع کلیه نویسندگان ، محققین و داوران محترم می رساند:با عنایت به تصمیم هیئت تحریریه مجله علمی پژوهشی علوم و مهندسی آبخیزداری فرمت تهیه مقاله به شکل پیوست در بخش راهنمای نویسندگان تغییر کرده است. در این راستا، از تاریخ ۱۴۰۳/۰۱/۲۱ کلیه مقالات ارسالی فقط در صورتی که طبق راهنمای نگارش جدید تنظیم شده باشد مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
