واسنجي فيلترهاي رقومي برگشتي بهمنظور تفكيك جريان پايه، مطالعه موردي: حوضه كرخه

Calibration of recursive digital filters to separate the base flow, case study: Karkheh Basin

تعيين سهم جريان هاي زيرسطحي در جريان رودخانه، مي تواند در تحليل جريان رودخانه، مدل سازي بارش-رواناب و واسنجي مدل ها، مديريت آب در شرايط كم آبي و تعيين ميزان ذخيره آبخيز مفيد باشد. در اين پژوهش، تعداد 22 ايستگاه آب سنجي با آمار مناسب و دوره مشترك آماري سال هاي آبي1391-1361 انتخاب شدند. روند تغييرات جريان در طي ماه هاي سال براي كليه ايستگاه هاي آب سنجي منطقه پژوهش ترسيم و خشك ترين ماه سال تعيين شد. سپس، واسنجي شش الگوريتم رقومي برگشتي با استفاده از داده هاي دراز مدت خشك ترين ماه سال انجام و پس از به دست آوردن پارامترهاي بهينه مدل ها، تفكيك جريان پايه براي كل دوره انجام و ارزيابي كارايي مدل ها با استفاده از شاخص ريشه ميانگين مربعات خطا انجام شد. نتايج نشان داد كه قسمت اعظم جريان رودخانه در منطقه مورد پژوهش، مربوط به جريان پايه است و كمينه، بيشينه و ميانگين سالانه شاخص جريان پايه در كل دوره به ترتيب برابر با 0.48، 0.62 و 0.56 مي باشد كه نشان دهنده مشاركت بيش از 50 درصدي منابع آب هاي زيرسطحي در آب هاي سطحي حوضه هاي مورد پژوهش است. نتايج ارزيابي كارايي مدل ها با استفاده از شاخص ريشه ميانگين مربعات خطا نشان داد كه متوسط خطا در منطقه پژوهش، براي هر شش روش در محدوده 0.025 تا 0.044 است كه كمترين آن متعلق است به روش لينه و هالك و بيشترين خطا، مربوط به فيلتر رقومي تك پارامتره مي باشد. جمع بندي كلي نتايج فرايند واسنجي و بررسي روابط همبستگي بين داده هاي محاسباتي و اندازه گيري شده، نشان داد كه بين داده هاي محاسباتي و اندازه گيري شده، همبستگي با ضريب تبيين بيش از 0.80 وجود دارد و روش واسنجي با داده هاي فصل خشك در غياب روش هاي مبتني بر ردياب ها، به عنوان مناسب ترين روش واسنجي فيلتر هاي رقومي تفكيك جريان در منطقه مورد پژوهش پيشنهاد مي شود.

Understanding the base flow can be useful in river flow analysis, rainfall-runoff modeling, calibration of models, water resource management in low flow conditions and determination of the amount of water storage in watershed. In this research, 22 stations were selected with the appropriate data and common period of the years of 1982-2012. The trend of flow changes during the months of the year was determined for all hydrometric stations in the study area and the driest month was determined. Then, the calibration of six recursive digital algorithms was performed using the long-term data of the driest month of the year and after obtaining optimal parameters of the models, the base flow separation for the whole period was performed. The performance evaluation of the models was done using root mean square error. The results showed that the major part of the river flow in the study area was related to the base flow and the minimum, maximum and average annual base flow index for the whole period was equal to 0.48, 0.62 and 0.56, respectively, representing more than 50% of ground water contribution to stream flow of the studied watersheds. Results of the evaluation of the models using the root mean square error showed that the mean error in the research area for all the methods ranged from 0.025 to 0.044. The minimum was related to Lynie and Holick, and the maximum related to the One-parameter digital filter. Over all, conclusion of the results of the calibration process and investing the correlation between calculated and measured data showed that there was a correlation with a coefficient of explanation of more than 80%. Calibration method with dry season data in the absence of tracer-based methods is suggested as the most suitable method for calibrating digital separation filters in the study area.