مقایسه اثرگذاری مدل‌های رقومی ارتفاع بر دقت و بهینه‌سازی مدل wrf-hydro جهت پیش بینی وقوع سیل در حوضه ی آبریز پلرود

پیشینه و اهداف: هدف از این تحقیق پیش بینی سیلاب و بررسی تاثیر وضوح و ماهیت متفاوت مدل‌های رقومی ارتفاع (dem)  بر شبیه‌سازی پیک سیلاب با استفاده از مدل wrf-hydro در حوضه آبریز پلرود در سواحل جنوب غربی دریای خزر است.روش ها: در این تحقیق برای سه رویداد سیل در تاریخ های 03.2016/27،04.2019/01 و 03.2021/21 از دو dem با ماهیت هیدرولوژی(hydrosheds، merit) و یک dem با کاربرد توپوگرافی و زمین شناسی (srtm 30m) جهت داده ورودی پیش پردازش مدل wrf-hydro استفاده شده است. در نهایت برای هر پیش­پردازش با ورودی dem متفاوت، پارامترهایی که بیش‌ترین تاثیر را بر روی مقدار پیک سیلاب و شکل هیدروگراف دارند بهینه شدند. این پارامترها به ترتیب refdk (هدایت هیدرولیکی اشباع) ، refkdt(پارامتر نفوذ) و mann(ضریب زبری کانال) هستند. یک بازه احتمالی برای مقدار هر پارامتر تخمین زده شد و سپس در گام بعدی با مقایسه هیدروگراف شبیه سازی شده و هیدروگراف مشاهداتی مقدار بهینه برای هر پارامتر تعیین گردید.یافته‌ها: از میان مدل‌های رقومی ارتفاع، merit dem بهترین نتایج را نشان می‌دهد و میزان خطا در هر سه تاریخ واسنجی به ترتیب برابر با 2.3- ، 0.15- و 5.92- می‌باشد. پس از merit dem، مدل رقومی ارتفاع srtm usgs 30m به ترتیب با مقدار خطای نسبی 0.45 ، 4.4 و 14.2 برای هر سه رویداد بهترین نتایج را ارائه می‌دهد. باتوجه به نتایج خروجی مدل و داده‌های مشاهداتی، دو پارامتر refdk و ضریب مانینگ بیش‌ترین اثر را در بهینه‌سازی نتایج مدل داشتند. پارامتر مانینگ اثر قابل توجهی بر زمان عبور جریان دارد به طوری که هرچه مقدار mann کم‌تر باشد زمان انتقال سریع‌تر و جریان بیش‌تری تولید می‌شود.نتیجه‌گیری: مدل‌های رقومی ارتفاع با ماهیت هیدرولوژی می‌توانند اثر بهتری بر نتایج خروجی مدل wrf-hydro بگذارند. از سوی دیگر پارامترهای بهینه‌سازی مدل wrf-hydro اثر قابل ملاحظه‌ای بر نتایج می‌گذارند. باتوجه به حوضه مورد مطالعه، داده‌های بارش، مدل‌های رقومی ارتفاع و وضوح geogrid با تفکیک بهتر بسیار حایز اهمیت است. ترکیب مدل‌های عددی وضع هوا با مدل‌های هیدرولوژیکی ضمن افزایش زمان پیش‌هشدار سیلاب، از توانایی قابل قبولی در پیش‌بینی سیلاب برخوردار است. بنابراین پیشنهاد می‌گردد که در تدوین و توسعه سیستم هشدار سیلاب در حوضه‌های سیل‌خیز کشور از مدلwrf  در ترکیب با مدل هیدرولوژیکی wrf-hydro جهت پیش‌بینی سیلاب استفاده شود. 

comparing the effectiveness of digital elevation models on the accuracy and optimization of the wrf-hydro model in the study of the polrud basin

background and objectives: the aim of this study is to predict floods and investigate the impact of different digital elevation models (dem) on simulating flood peaks using the wrf-hydro model in the polrud watershed on the southwestern coast of the caspian sea.methods: in this study, three different dems (hydrosheds, merit with hydrological nature, and srtm 30m with topographic and geological applications) were used as input data for pre-processing the wrf-hydro model. finally, for each pre-processing with different input dems, the parameters that have the most significant impact on the flood peak value and hydrograph shape were optimized. these parameters are refdk (saturated hydraulic conductivity), refkdt (infiltration parameter), and mann (channel roughness coefficient), respectively. a probable range was estimated for each parameter value, and then in the next step, by comparing the simulated hydrograph with the observed hydrograph, the optimum value for each parameter was determined.  findings: among the digital elevation models, merit dem shows the best results, and the error rate for all three validation dates is 2.5%, 15.0%, and 33.3%, respectively. after merit dem, srtm usgs 30m with an error rate of 0.45, 4.4, and 2.14 for the three events respectively, provides the best results. based on the output of the model and observational data, the two parameters refdk and manning’s coefficient had the greatest effect on optimizing the model results. the manning’s coefficient has a significant effect on the flow time, so the lower the value of mann, the faster the transfer time and the more flow generated.conclusion: hydrology-based digital elevation models can have a better effect on the output results of the wrf-hydro model. on the other hand, the optimization parameters of the wrf-hydro model have a considerable impact on the results. in the study area, precipitation data, digital elevation models, and geogrid resolution with better accuracy are very important. combining numerical weather prediction models with hydrological models can increase flood warning time and have acceptable capabilities in predicting floods. therefore, it is recommended to use the wrf model in combination with the wrf-hydro hydrological model for flood prediction in flood-prone areas of the country in developing and expanding the flood warning system.