كاربرد آناليز بيز و فيلتر ذره‌اي در مدل‌هاي بارش-رواناب و تحليل عدم قطعيت

سابقه و هدف: استفاده از مدل‌هاي هيدرولوژيكي و انجام پيش‌بيني در مطالعات مختلف منابع آب يك ضرورت مي‌باشد. پيش‌بيني جريان خروجي از حوضه‌هاي آبريز با توجه به پيچيدگي‌هاي موجود در چرخه هيدرولوژيكي همواره با انجام فرض‌هايي همراه است. با توجه به ساده‌سازي در روابط توسعه داده شده در ساختار مدل‌هاي بارشرواناب و فرضيات بكار رفته در آن‌ها، پيش‌بيني‌ها همواره با عدم قطعيت همراه مي‌باشند. منابع عدم قطعيت در اين مدل‌ها را مي‌توان در سه دسته كه ناشي از بكارگيري پارامترها، ساختار مدل و داده‌هاي مورد استفاده مي‌باشند، دسته‌بندي نمود. لزوم تدقيق پيش‌بيني‌ها و ارائه عدم قطعيت مدل‌ها بايستي مورد توجه قرار گرفته و براي تحليل اين موضوع روش‌هاي مختلفي ارائه شده است. از جمله روش‌هاي پيشنهادي شيوه بروزرساني داده‌ها مي‌باشد و فيلتر ذره‌اي از روش‌هاي توسعه داده شده در اين خصوص مي‌باشد. هدف از اين پژوهش استفاده از روش فيلتر ذره‌اي در بروزرساني و بهبود پيش‌بيني جريان آب شبيه‌سازي شده توسط مدل‌ بارشرواناب HYMOD با لحاظ جريان مشاهداتي مي‌باشد. همچنين با كاربرد اين روش كمي‌سازي عدم قطعيت و كاهش آن با توجه به منابع مختلف خطا مورد ارزيابي قرار گرفت. مواد و روش‌ها: در اين مطالعه، براي تدقيق پيش‌بيني‌ها از شيوه بروزرساني داده‌ها استفاده گرديد. اين روش با بكارگيري فيلتر ذره‌اي، تخمين متوالي بيز و تابع توزيع پسين مقدار رطوبت مدل Hymod و پارامترهاي آن را در حوضه آبريز كسيليان با مساحت حدود 67 كيلومتر مربع در مقياس روزانه محاسبه شد. فيلتر ذرهاي بر پايه معادله بيز و تابع حداكثر درستنمايي خطاها در بازه زماني مورد نظر مي‌باشد. ضمناً در بكارگيري اين شيوه بايد از روش تركيبي بازنمونه‌گيري احتمالاتي نيز استفاده كرد. اين روش از واگرايي تحليل‌ها جلوگيري كرده و همچنين مشكلاتي نظير تبهگني و پديده غني‌سازي دسته ذرات و ميل نمودن وزن دسته ذرات به عدد واحد را تصحيح مي‌نمايد. يافته‌ها : روش فيلتر ذره‌اي استفاده از پارامترهاي مدل در شبيه‌سازي و پيش‌بيني جريان با توليد دسته پارامترهاي تصادفي و ايجاد توزيع پيشين را امكان‌پذير مي‌نمايد. اين شيوه در تدقيق پيش‌بيني‌ها و استفاده توأمان از متغير رطوبت خاك و پارامترها در تحليل‌ها مؤثر است. همچنين با تعريف تابع درستنمايي خطاي اوليه و بكار بردن تئوري بيز نسبت به اصلاح پيش‌بيني‌ها كمك مي‌نمايد. بعلاوه اين روش تابع چگالي احتمال پسين پارامترها را نيز ارائه نموده و تابع چگالي اوليه را اصلاح مي‌كند. نتيجه‌گيري: نتايج نشان داد كه استفاده از روش فيلتر ذره‌اي در تركيب با شيوه بازنمونه‌گيري آماري در بروزرساني هيدرولوژيكي سبب تدقيق پيش‌بيني‌ها در حوضه آبريز كسيليان مي‌گردد. همچنين روش فيلتر ذره‌اي سبب مي‌گردد كه شاخص نش ساتكليف در مقايسه با شيوه متداول در شبيه‌سازي و پيش‌بيني جريان، 22 درصد افزايش داشته و مقدار آن از 0.55 به 0.67 برسد.