كاربرد روش هاي موجك متقاطع- فيلتر كالمن و GIUH در مدل سازي وقايع بارش- رواناب

Application of Cross Wavelet - Kalman Filter and GIUH Methods in Modeling of Rainfall-Runoff Events

وجود عدم قطعيت بالا و غير خطي بودن روابط بارش و رواناب، جاي خالي بسياري از مطالعات در اين راستا را همچنان مشهود مي‌سازد. مطالعه حاضر نيز با هدف شبيه‌سازي و پيش‌بيني رفتار حوضه بر اساس شناخت بخشي از روابط حاكم بر اين سيستم پيچيده انجام مي‌گيرد. در اين مطالعه روش‌هاي تبديل موجك متقاطع، فيلتركالمن و برنامه ريزي خطي(KF- LP_CW) جهت تجزيه و تحليل 9 رخداد مركب بارش و رواناب حوضه آبخيز صوفي چاي با مساحت65/250 كيلومتر مربع استفاده شد. سپس جهت مقايسه عملكرد روش مذكور نتايج حاصله با روشهاي هيدروگراف واحد ژئومورفولوژي و هيدروگراف واحد ژئومورفولوژي بر پايه مدل نش مقايسه گرديد. با توجه به عملكرد رضايتبخش هر سه مدل، در نهايت با استفاده از معيارهاي ارزيابي مورد استفاده در تحقيق، عملكرد نهايي روشهاي مذكور، مورد بحث قرار گرفت. نتايج نشان داد روش KF- LP_CW رخدادهاي مركب مورد مطالعه را به ترتيب در مرحله واسنجي و صحت سنجي با مجذور ميانگين مربعات خطاي 47/2 و 2/3 شبيه سازي نمود. در مورد زمان تا اوج به طور متوسط ميانگين مطلق خطاي نسبي در كل رخدادها (MARE) در مرحله واسنجي و صحت سنجي به ترتيب در 3 روش مورد مطالعه 0/05 و 0/037 است و همين معيار براي دبي اوج و زمان پايه در دو مرحله واسنجي (به ترتيب0/07 و 0/06) و صحت سنجي (0/18 و 0/07) مي‌باشد. كه اين امر بيانگر عملكرد مناسب تر روش ها به ترتيب در برآورد زمان تا اوج، زمان پايه و دبي اوج مي‌باشد.

The existence of high uncertainty and the nonlinearity of rainfall and runoff relationships signalize the vacancy of many studies in this direction. The present study is conducted with the aim of simulating and predicting the watershed’s behavior based on the recognition of a part of the relationships prevailing on this complex system. In this study, Cross wavelet transform methods, Kalman Filter and Linear Programming (KF-LP_CW) were used to analysis of 9 compound events of rainfall and runoff in the Sufi Chai watershed with about 250.65 km2 area. Then, to compare the performance of this method, the results were compared with geomorphologic unit hydrograph combination with Cross wavelet (GIUH-CW) and geomorphologic unit hydrograph based on Nash models combination with Cross wavelet (GIUH-Nash-CW). Considering the satisfactory performance of all three models, the final performance of these methods was finally discussed using the evaluation criteria used in the research. Results showed that the KF-LP_CW method simulated the compound events in the calibration and validation stage with a mean square error (MSE) of 2.47 and 3.2, respectively. In the case of time to peak, the mean average relative error (MARE) for the three studied methods was 0.05 and 0.037 for the calibration and validation stages, respectively. The same criteria for peak discharge and base time were 0.07 and 0.06 respectively for the two calibration stages, and 0.18 and 0.07 in the two validation stages. This indicates better performance of the methods in the estimation of time to peak, base time, and peak discharge, respectively.