تحلیل حساسیت و عدم قطعیت ضرایب معادله سنجه رسوب با استفاده از شبیه‌ساز مونت کارلو (مطالعه موردی: حوضه آبخیز زشک - ابرده، شاندیز)

به منظور مدیریت حوضه آبخیز جهت کاهش اثرات فرسایش خاک نیاز است تا میزان رسوب معلق خروجی حوضه آبخیز برآورد شود. بدین منظور روش منحنی سنجه متداول ترین روش آماری برای برآورد رسوب معلق در شرایط عدم داده برداری رسوب معلق می باشد. با توجه به خطا های داده های برداشتی و محدود بودن این داده ها مقدار رسوب برآوردی با استفاده از روش منحنی سنجه دارای عدم قطعیت هایی است که این عدم قطعیت در صورت بزرگ بودن منجر به بروز خطاهای معنی دار در برآورد ها می شود. بدین منظور در این تحقیق با استفاده از روش تصادفی مونت کارلو اقدام به برآورد عدم قطعیت و تحلیل حساسیت معادله منحنی سنجه رسوب در ایستگاه هیدورمتری زشک شد. شبیه سازی مونت کارلوی رسوب بر اساس معادله سنجه رسوب و با 5000 نمونه برداری نشان داد که سهم ضریب a نسبت به b در توجیه واریانس داده های شبیه سازی شده رسوب در رژیم جریان نرمال پرآب، کم آب و نرمال بسیار بیش تر می باشد. اما این روند در رژیم جریان حداکثر برعکس است. تحلیل حساسیت معادله سنجه در رژیم جریان نرمال پرآب، کم آب و نرمال نشان دهنده تاثیر پذیری بالای مدل سنجه رسوب نسبت به تغییرات ضریب a می باشد، در حالیکه این تاثیر پذیری نسبت به تغییرات ضریب b اندک است. ولی در رژیم جریان حداکثر معادله سنجه رسوب تاثیرپذیری منظم تر غیر خطی و بالایی را نسبت به تغییرات ضریب b نشان می دهد. معادله سنجه رسوب عدم قطعیت بسیار بالایی را در رژیم جریان حداقل (کم تر از 0.3 متر مکعب بر ثانیه) نشان داد بطوریکه در این نوع از جریان تقریباً هیچ یک از داده های مشاهده ای رسوب در محدوده تخمین باند عدم قطعیت مدل قرار نمی گیرند. در حالیکه میزان عدم قطعیت مدل در رژیم جریان های متوسط به بالا بسیار کم تر بوده و اکثر داده های مشاهده ای رسوب در محدوده باند تخمین عدم قطعیت مدل قرار می گیرند.

Sensitivity and uncertainty analysis of sediment rating equation coefficients using the Monte-Carlo simulation (Case study: Zoshk-Abardeh watershed, Shandiz)

The sediment load estimation is essential for watershed management and soil conservation strategies. The sediment rating curve is the most common approach for estimating the sediment load when the observed sediment records are not available. With regard to the measurement errors and the limitation of available data, the sediment rating curve has a degree of uncertainty which should be accounted. Thus, in this work an stochastic MonteCarlo simulation approach was employed to measure the degree of uncertainty and to analyze the sensitivity of sediment rating equation to changing the coefficients a and b at the Zoshk hydrometric station. Results of the MonteCarlo simulation using 5000 samplings showed that in the hydrologic regimes of normal high flow, normal low flow and normal, the contribution of the coefficient a to variance is significantly higher than the contribution of the coefficient b to sediment load variance. However, this condition is conversely for the hydrologic regime of maximum flow. The sensitivity analysis confirmed a higher sensitivity of the sediment rating equation to the coefficient a than that to the coefficient b in the hydrologic regimes of normal high flow, normal low flow and normal. However, in maximum flow, the sediment rating equation showed a higher nonlinear and more regulated sensitivity to the changes of the coefficient b than a . In all flow regimes, the coefficient a has a wider 95% uncertainty band, in comparison with that for the coefficient b , which establishes a higher level of uncertainty. The sediment rating equation showed a high degree of uncertainty in the hydrologic regime of minimum flow (lower than 0.3 m3.s1). In this condition, all observed sediment records place outside the 95% and 97.5% of the uncertainty band. However, in medium and high flows, most of the observed sediment records are bracketed by the uncertainty band of 95% and 97.5%.