ارزیابی مقایسه‌ای مدل‌های ihacres، awbm و tank برای شبیه‌سازی رواناب روزانه در دوره‌های ترسالی و خشکسالی

سابقه و هدف: رواناب متغیر اصلی برای تجزیه و تحلیل هیدرولوژیکی حوزه آبریز است و باتوجه‌به اهمیت آن، برای چندین دهه تحقیقات هیدرولوژیکی بر شبیه‌سازی روابط بارش رواناب متمرکز بوده است که منجر به ارائه مدل‌های فراوانی گردیده است. باتوجه‌به تعدد مدل‌های هیدرولوژیکی، انتخاب یک مدل بهینه از بین انواع مدل‌ها فرآیند ساده‌ای نیست. بدین منظور در پژوهش حاضر پس از انتخاب حوزه آبریز گالیکش از سیل‌خیزترین حوزه‌ها در استان گلستان، عملکرد سه مدل هیدرولوژیکی awbm، tank و ihacres مورد ارزیابی قرار گرفت و پارامترهای مدل‌ها نیز تحلیل حساسیت شد و در نهایت کارایی مدل‌ها در دوره‌های ترسالی و خشکسالی سنجیده شد. مواد و روش‌ها: مقدار رواناب روزانه خروجی از حوزه برای یک دوره 30 ساله (2019-1989) با استفاده از هر یک از مدل‌های مذکور شبیه‌سازی شده و با استفاده از چهار معیار ضریب ارزیابی نش ساتکلیف، ریشة میانگین مربعات خطا، ضریب تبیین و میانگین درصد قدر مطلق خطا، عملکرد هر یک از مدل‌ها در دو دوره واسنجی و صحت‌سنجی بررسی شده است. پس از بهینه‌سازی مقادیر تمامی پارامترها، حساسیت پارامترهای هر یک از مدل‌ها تجزیه و تحلیل گردیده است. در نهایت پس از مشخص کردن وضعیت خشکسالی با شاخص spi، عملکرد هر یک از مدل‌ها در دو دوره ترسالی و خشکسالی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است.یافته‌ها: نتایج حاکی از عملکرد تقریباً مشابه دو مدل بارش رواناب ihacres و awbm است. مدل ihacres با داشتن ضریب نش ساتکلیف 0.73 و 0.75 و rmse 2.97 و 2.94 به‏ترتیب در دو دوره واسنجی و صحت‌سنجی و مدل awbm نیز با ضریب نش ساتکلیف 0.74 و 0.69 و rmse 2.92 و 3.24 برای دوره‌های واسنجی و صحت‌سنجی عملکرد مطلوبی را نشان داده‌اند، اما مدل tank در شبیه‌سازی رواناب حوزه موفق نبوده و عملکرد پایین‌تری نسبت به دو مدل دیگر داشته است. تحلیل حساسیت پارامترهای مدل‌ها نیز نشان داد پارامترهای kbase، h11 و f به‏ترتیب در مدل‌های awbm، tank و ihacres بیشترین حساسیت را به تغییر مقادیر خود دارند. در نهایت مقایسه عملکرد مدل‌ها در دو دوره ترسالی و خشکسالی نشان داد که تمامی مدل‌ها با دقت بالایی موفق به شبیه‌سازی رواناب حوزه در دوره ترسالی شده‌اند به‏طوری که ضریب نش ساتکلیف 0.79، 0.74 و 0.78 به‏ترتیب برای سه مدل awbm، tank و ihacres عملکرد مورد قبول مدل‌ها را در شبیه‌سازی رواناب در دوره ترسالی نشان می‌دهد. درحالی‌که ارزیابی نتایج، عملکرد ضعیف تمامی مدل‌ها را در دوره خشکسالی نشان داده است و ضریب نش ساتکلیف به‏دست آمده برای مدل‌ها به‏ترتیب برابر 0.05 ، 0.45 و 0.12 است که نشان از ضعف مدل‌ها در شبیه‌سازی مقادیر پایین جریان است.نتیجه‌گیری: در ارزیابی سه مدل هیدرولوژیکی awbm، tank و ihacres در شبیه‌سازی جریان روزانه مشخص شد که به‏طور کلی با اختلاف کمی مدل ihacres نسبت به مدل awbm نتایج بهتری را نشان می‌دهد؛ اما در دوره‌های ترسالی با توجه به ارزیابی‌های صورت گرفته مدل awbm دقت خوبی داشته‌است درحالی که مدل ihacres در دوره خشکسالی نسبت به دیگر مدل‌ها عملکرد بهتری را نشان داده است. با توجه به این موضوع می‌توان گفت مدل‌ها در شبیه‌سازی جریانات کم که در دوره‌های خشکسالی اتفاق می‌افتد ضعیف‌تر عمل کردند در حالی که آگاهی از وضعیت جریان رودخانه‌ها در دوره‌های خشکسالی می‌تواند نقش موثری را بر مدیریت منابع آبی داشته باشد از این‌رو در جهت افزایش دقت آن‌ها می‌بایست چاره‌ای جست.

comparative assessment of ihacres, awbm, and tank models for daily runoff simulation in wet and dry periods

background and objectives: runoff is the main variable for the hydrological analysis of the watershed, and due to its importance, for several decades, hydrological research has focused on the simulation of rainfall runoff relationships, which has led to the presentation of many models. due to the multiplicity of hydrological models, choosing an optimal model among various models is not a simple process. for this purpose, in the present research, after selecting the galikash watershed from the most flood prone basins in golestan province, the performance of three hydrological models awbm, tank, and ihacres were evaluated and the parameters of the models were also analyzed for sensitivity and finally the efficiency of the models in wet and dry periods was examined.materials and methods: the amount of daily runoff from the watershed for a period of 30 years (1989 2019) was simulated using each of the mentioned models and using four criteria nash sutcliffe evaluation coefficient, root mean square error, coefficient of determination, and mean absolute percentage error, the performance of each model has been checked in two periods of calibration and validation. after optimizing the values of all the parameters, the sensitivity of the parameters of each model has been analyzed. finally, after specifying the drought condition with the spi index, the performance of each model for two wet and dry periods has been investigated and evaluated.results: the results indicate that two rainfall runoff models, ihacres and awbm, have almost similar performance. ihacres model with nash sutcliffe coefficients of 0.73 and 0.75 and rmse of 2.97 and 2.94, respectively, in two calibration and validation periods and awbm model with nash sutcliffe coefficients of 0.74 and 0.69 and rmse of 2.92 and 3.24 for the calibration and validation periods have shown good performance, but the tank model was not successful in simulating the watershed runoff and its performance is lower than the two other models. the sensitivity analysis of the model parameters also showed that kbase, h11, and f parameters are the most sensitive to the change of their values in awbm, tank, and ihacres models, respectively. finally, the comparison of the performance of the models in wet and dry periods showed that all the models have succeeded in simulating the watershed runoff with high accuracy in the wet period, so that the nash sutcliffe coefficient is 0.79, 0.74 and 0.78 for the three awbm, tank and ihacres models, respectively, shows the acceptable performance of the models in simulating the runoff in wet period. while the evaluation of the results has shown the poor performance of all models in dry period, and the nash sutcliffe coefficient obtained for the models is 0.05, 0.45, and 0.12 respectively, which shows the weakness of the models in simulation of the low flow.conclusion: in the evaluation of the three hydrological models awbm, tank, and ihacres in daily runoff simulation, it was found that in general, with a small difference, the ihacres model shows better results than the awbm model. also, in wet periods, according to the evaluations, the awbm model led to good accuracy, while the ihacres model has shown better performance than other models in dry period. considering this issue, it can be said that the models performed weaker in simulating low flows that occur during dry periods, while the knowledge of streamflow conditions during dry periods can play an effective role in managing water resources. therefore, to increase their accuracy, a solution should be found.