كاليبراسيون خودكار مدل شبيه سازي آبهاي زيرزميني(Modflow) با الگوريتم غيرقطعي Sufi-II

Automatic Calibration of Groundwater Simulation Model (MODFLOW) by Indeterministic SUFI-II Algorithm

شبيه‌سازي رياضي سيستم منابع آب زيرزميني يكي از ابزار‌هاي ضروري در مديريت اين منابع ارزشمند به‌حساب مي‌آيد و كاليبراسيون اين مدل‌هاي شبيه‌ساز يكي از مراحل وقت‌گير و پيچيده در اين فرآيند است. كاليبراسيون خودكار كه در سال‌هاي اخير توسط محققان با الگوريتم‌هاي مختلفي توسعه داده شده است، يكي از روش‌هاي مؤثر در غلبه بر اين مشكلات محاسباتي است. از طرف ديگر، كمبود داده‌هاي صحرايي از لحاظ زماني و مكاني و پيچيدگي‌هاي هيدرولوژيكي و هيدروژئولوژيكي، عدم قطعيت‌هاي زيادي را به نتايج كاليبراسيون وارد مي‌كند. الگوريتم SUFI-II يك روش كاليبراسيون خودكار مبتني بر عدم قطعيت است كه توانايي كاليبراسيون و تحليل عدم قطعيت مدل‌هاي شبيه‌سازي عددي را دارد. در اين مقاله، براي اولين بار، از اين الگوريتم براي كاليبراسيون و تحليل عدم قطعيت پارامترهاي هيدروديناميكي (هدايت هيدروليكي و آبدهي ويژه) مدل MODFLOW استفاده شده است. نتايج اجراي مدل براي آب‌هاي زيرزميني دشت اردبيل (شمال غربي ايران)، نشان دهنده قرار گرفتن به‌طور متوسط 62 درصد مقادير مشاهداتي سطح ايستايي در محدوده بازه اطمينان 95 درصد است. درنهايت، با رويكرد پيشنهادي، مناسب‌ترين مقدار براي بازه پارامتر‌هاي هدايت هيدروليكي و آبدهي ويژه تعيين شده است. همچنين كاليبراسيون مدل شبيه‌سازي آب زيرزميني با استفاده از PEST نيز صورت گرفته است. مطابق نتايج، مقدار مجذور ميانگين مربعات خطا (RMSE) در اين حالت (3/37 RMSE=) بيشتر از مقدار به دست آمده از روش SUFI-II ( RMSE=1/86) است كه نشان‌دهنده‌ي عملكرد بهتر الگوريتم SUFI-II نسبت به مدل PEST است.

Mathematical simulation of groundwater resource systems is one of the essential tools in managing these valuable resources and calibration of the groundwater simulation models is the time-consuming, and complicated step of these systems. Automated calibration, developed in recent years by researchers with different algorithms, is one of the effective methods to overcome these computational problems. On the other hand, lack of field data in terms of time and space and the hydrological and hydrogeological complexities leads to many uncertainties in the calibration results. The SUFI-II algorithm is an uncertainty-based automatic calibration method that is capable of calibration and uncertainty analysis of numerical simulation models. In this paper, for the first time, this algorithm is used to calibrate and analyze the uncertainty of hydrodynamic parameters (hydraulic conductivity and specific yield) of the MODFLOW model. The results of model implementation for the Ardabil plain groundwater model (Northwestern Iran), indicate an average of 62 percent of the observation data within the 95 percent confidence interval. Finally, the best intervals of parameters are determined for the hydraulic conductivity and specific yield by the proposed approach. Also, the calibration of the groundwater model has been carried out using PEST. According to the results, the root-mean-squared error (RMSE) value in this case (RMSE = 3.37) is higher than the SUFI-II method (RMSE = 1.86), which indicates better performance of the SUFI-II algorithm than the PEST model.