ارزیابی عملکرد مدل فازی و ظرفیت نفوذ متغیر ( VIC)در برآورد متغیرهای هواشناسی و هیدرولوژی (مطالعه موردی: حوضه آبریز نیشابور)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی آب، دانشبکده کشباورزی، دانشبگاه فردوسبی مشهد

2 استاد گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

3 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

هدف این مطالعه، کاربرد مدل نیمه توزیعی ظرفیت نفوذ متغیر ( VIC ) جهت برآورد رواناب، تبخیر تعرق و رطوبت خاک در حوضه آبریز نیشابور -
برای سال های 1364 تا 1393 در مقیاس ماهانه است. نتایج آنالیز حساسیت نشان داد که مدل VIC در مکانیزم شبیه سازی رواناب نسبت به پارامترهای شکل منحنی ظرفیت نفوذ و عمق لایه دوم خاک حساس تر است. ابتدا مدل VIC با استفاده از مقایسه داده های رواناب شببیه سزی شبده با خروجی حوضه برای سال های 74 - 1372 واسنجی شد. نتایج حاکی از عملکرد بالای مدل در شبیه سازی جریان خروجی حوضه می باشد. به طوری که مقادیر R2 و NSE به ترتیب برابر 85 / 0 و 99 / 0 به دست آمد. همچنین، مدل VIC با داده های رواناب ایستگاه حسین آباد جنگل و تبخیر تعرق شبیه سازی شده با  مدل SWAT و الگوریتم SEBAL صحت سنجی شد. مقادیر R2 و NSE برای رواناب برابر 8 / 0 و 9 / 0 است. نتایج نشان دهنده توافق بیشتر تبخیر -تعرق شبیه سازی شده مدل VIC با داده های مدل SWAT می باشد و مقادیر R2 و NSE به دست آمده به ترتیب برابر 76 / 0 و 7 / 0 است. با توجبه به نتایج بدست آمده، می توان از مدل VIC در شبیه سازی متغیر های مورد نیاز در مطالعات منابع آب و هواشناسی استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Performance Valuation Fuzzy Model and Variable Infiltration Capacity (VIC) Model in Estimation of Meteorological and Hydrological Variables (Case Study: Neyshabour Basin)

نویسندگان [English]

  • Aida Hashemi Nasab 1
  • Hossein Ansari 2
  • Seyyed Hassan Sanai Nezhad 3
1 PhD Student of Water Engineering Department, College of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad
2 Professor of Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad
3 Associate Professor of Water Engineering Department, College of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]

The purpose of this study is to use a semi-distributed VIC model to estimate monthly runoff, actual evapotranspiration and soil moisture in the Neyshabour basin for the period of 1985 to 2014. Results of sensitivity analysis showed that in the mechanism of simulating runoff, the VIC model is more sensitive to infiltration capacity parameter and second soil layer. First, the VIC model was calibrated using a simulated runoff data comparison with the basin outlet for the years 1995-1993. The results indicate the high performance of the model in simulating the flow of the basin outlet. So that the values of R2 and NSE were 0.85 and 0.99, respectively. Also, the VIC model was verified with runoff data of Hossein Abad Jangal station and simulated evapotranspiration with SWAT and SEBAL algorithm. Values of R2 and NSE for runoff were 0.8 and 0.9. The results indicate that the simulated VIC model is more compatible with SWAT model data, and the values of R2 and NSE are 0.76 and 0.7, respectively. According to the obtained results, the VIC model can be used to simulate the variables required in water resources and meteorological studies

کلیدواژه‌ها [English]

  • fuzzy model
  • Infiltration capacity shape
  • Neyshabour basin
  • VIC model
آزاد مرزآبادی،م.ر. 1393. مقایسه الگوریتم­های SEBAL و S-SEBI در برآورد تبخیر – تعرق در دشت نیشابور با استفاده از تصاویر سنجنده MODIS. پایان­نامه کارشناسی ارشد گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد.
پرویز،ل. 1389. ارزیابی عملکرد مدل تلفیقی ظرفیت نفوذ متغیر و روندیابی جریان در حوضه آب­ریز سفیدرود. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 25. 3: 582-570.
علیزاده،ا.، ایزدی،ع.، داوری،ک.، ضیائی،ع.، اخوان،س و حمیدی،ز. 1392. برآورد تبخیر - تعرق واقعی در مقیاس سال- حوضه با استفاده از SWAT. نشریه آبیاری و زهکشی. 2. 7 :257-243.
شفیعی،م.، انصاری،ح.، داوری،ک.، قهرمان،ب. 1392. واسنجی و تحلیل عدم قطعیت یک مدل نیمه توزیعی در یک منطقه نیمه‌خشک، مطالعه موردی حوضه آب­ریز نیشابور. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی (علوم آب و خاک). 64: 148-137.
مهندسین مشاور ساز آب شرق. 1387 .مطالعات بهم پیوسته منابع آب حوضه نیشابور. گزارش­های هواشناسی، هیدرولوژی و خاک‌شناسی. مشهد.
Andreadis,K.M., Clark,E., A.,Wood,A.W., Hamlet,A.F and Lettenmaier,D.P. 2005. Twentieth- century drought in the conterminous united states. journal of hydrometeorology. 6: 985–1001.
Gao,Y and Long,D. 2008. Intercomparison of remote sensing-based models for estimation of evapotranspiration and accuracy assessment based on swat. hydrometeorology process. 22: 4850–4869.
Huang,S., Huang,Q., Chang,J., Zhu,Y., Leng,G and Xing,L. 2015. Drought structure based on a nonparametric multivariate standardized drought index across the Yellow River basin. china. journal of hydrology, 530:127-136.
Krause,P., Boyle,D.P and Base,F. 2005. Comparison of different efficiency criteria for hydrological model assessment. advance geoscience. 5: 89–97.
Leng,G., Tang,Q., Huang,M., Hong,Y and Leung,L.R. 2015. Projected changes in mean and interannual variability of surface water over continental china. Science china earth. 58: 739–754.
Liang,X., Wood,E.F and Lettenmaier,D.P. 1996. Surface soil moisture parameterization of the VIC-2L model: Evaluation and modification. global and planetary change. 13: 195-206.
Lobmeyr,M., Lohmann,D and Ruhe,C. 1999. An application of a large scale conceptual hydrological model over the elbe region, hydrology earth system science. 3: 363–374.
Mao,Y., Wu,Z., He,H., Lu,G., Xu,H., Lin,Q. 2017. Spatio-temporal analysis of drought in a typical plain region based on the soil moisture anomaly percentage index. science of the total environment. 576: 752–765.
Nijssen,B., Donnel.G.M and Lettenmaier,D.P. 2001. Predicting the discharge of global rivers, journal of climatilogy, 14: 3307-3323.
Pan,M Wood,E.F. 2009. A multiscale ensemble filtering system for hydrologic data assimilation. Part II: application to land surface modeling with satellite rainfall forcing. journal of hydrometeorology. 10:1493–1506.
Poff,N.L and WardJ.V. 1989. Implications of streamflow variability for lotic community structure: a regional analysis of streamflow pattern. Canadian
journal of fish and aquatic sciences, 46:1808– 1818.
Rajsekhar,D., Singh,V.P., Mishra,M.K. 2014. Multivariate drought index: An information theory based approach for integrated drought assessment. Journal of hydrology. 526:164–182.
Sheffield,J., Wood,E.F. 2007. Characteristics of global and regional drought, 1950– 2000: analysis of soil moisture data from off-line simulation of the terrestrial hydrologic cycle. journal of geophysic resources. 112:D17115.
Shi,X., Wood,A.W., Lettenmaier,D.P. 2008. How essential is hydrologic model calibration to seasonal streamflow forecasting? journal of hydrometeorology. 9: 1350–1363.
Stephen,H., Ahmad,S., Piechota,T.C and Tang,C. 2010. Relating surface backscatter response from TRMM precipitation radar to soil moisture: results over a semi-arid region. hydrology earth system science. 14: 193–204.
Te Linde,A.H., Aert,J.C.J., Hurkmans,R. T.W., and Eberle,M. 2008. Comparing model performance of two rainfall-runoff models in the Rhine basin using different atmospheric forcing data sets. hydrology and earth system sciences. 12: 943-957.
Walker,K and Thoms,M.C. 1993. Environmental effects of flow regulation on the lower river murray, australia. regulated rivers: research and management. 8:103–19.
Wen,L., Lin,C.A., Wu,Z.Y., Lu,G.H., Pomeroy,J., Zhu,Y.F. 2011. Reconstructing sixty year (1950–2009) daily soil moisture over the Canadian Prairies using the variable infiltration capacity model, canadian water resources. J. 15: 2881–2894.
Winchell,M.,R., Srinivasan,M. Di Luzio,B and Arnold,J. 2009. ArcSWAT 2.1.5 Interface for SWAT2005 User’s Guide. Blackland Research Center, Texas Agricultural Experiment station and USDA Agricultural Research Service. Available online, www.brc.tamus.edu
Wu,Z.Y., Lu,G.H., Wen,L., Lin,C.A. 2011. Reconstructing and analyzing China's fifty-nine year (1951–2009) drought history using hydrological model simulation. hydrology earth system science 15.9: 2881–2894.
Wu,Z.Y., Mao,Y., Lu,G.H., Yang,Y., Zhang,J.H. 2015. Spatial-temporal variation and trend of meteorological variables in jiangsu, china. in: balkema, advanced engineering and technology – proceedings of the 2014 annual congress on advanced engineering and technology. hongkong. 12: 189–194.