ارزيابي تاثير توابع هدف غيرهمسو در واسنجي چندهدفه مدل هيدرولوژيكي SWAT، مطالعه موردي: حوزه آبخيز قره‌سو كرمانشاه

مقدمه يكي از راه‌هاي برآورد مقدار رواناب حاصل از بارش، استفاده از مدل‌هاي هيدرولوژيكي است. مدل SWAT، يكي از ابزارهاي پركاربرد در سطح حوزه آبخيز در شبيه‌‌سازي كميت و كيفيت آب است. اين مدل، يك مدل مفهومي است كه قادر است حوضه‌‌هاي بزرگ با سناريوهاي مديريتي مختلف را شبيه‌‌سازي كند. از جمله چالش‌هاي مهم مدل مذكور و بسياري از مدل‌‌هاي هيدرولوژيكي، واسنجي پارامترهاي موثر و حساس در برآورد مقدار رواناب است. به‌طور كلي، روش‌هاي واسنجي را مي‌‌توان به دو گروه دستي و خودكار تقسيم كرد. واسنجي يك مدل به‌صورت دستي، نيازمند اين است كه مدل‌ساز، شناخت خوبي نسبت به فيزيك مد‌ل داشته باشد. از سويي، به‌دليل وقت‌گير بودن و پيچيدگي‌هاي موجود و همچنين، توسعه الگوريتم‌‌هاي جديد بهينه‌‌سازي، امروزه واسنجي خودكار بيشتر مورد توجه قرار گرفته ‌‌است. واسنجي خودكار بر پايه سه مولفه تابع هدف، الگوريتم بهينه‌‌سازي و اطلاعات ايستگاه‌ها بنا شده ‌‌است. استفاده از يك تابع هدف در واسنجي يك مدل ممكن است موجب افزايش خطا در برخي ديگر از جنبه‌هاي شبيه‌سازي شود و همچنين، تجربه‌هاي علمي در زمينه واسنجي تك‌‌هدفه نشان داده است كه هيچ تابع هدفي هرچند با كارايي بالا، به تنهايي نمي‌‌تواند ويژگي‌ها و خصوصيات حوضه را به درستي نشان دهد. لذا، به‌‌كارگيري راه‌‌حل بهينه‌‌سازي مناسب به‌‌منظور بهبود نتايج واسنجي شامل استفاده از يك الگوريتم بهينه‌‌سازي مناسب با چندين تابع هدف، براي شناسايي مجموعه جواب‌‌هاي كارآمد است. مواد و روش‌‌ها حوزه آبخيز مورد مطالعه در غرب ايران و در استان كرمانشاه، با مساحت 5467 كيلومتر مربع، واقع شده است. كمينه و بيشينه ارتفاع آن، 1275 و 3360 متر است. متوسط بارندگي حوضه، حدود 505 ميلي‌متر بوده است كه بيشترين بارش در ماه‌هاي آبان و آذر و كمترين بارش در ماه‌هاي تير و مرداد رخ مي‌دهد و سه رودخانه اصلي مرك، قره‌سو و رازآور در اين حوضه جريان دارند. در اين پژوهش، مدل بارش-رواناب SWAT، با استفاده از الگوريتم‌ NSGA-II تحت سه سناريو واسنجي شد. براي واسنجي اين مدل، در سناريوي اول، از تابع هدف NSE كه به جريان‌‌هاي بيشينه توجه دارد، استفاده شد. در سناريوي دوم، براي تمركز بر جريان‌‌هاي كمينه، پس از تبديل لگاريتمي دو سري جريان رواناب شبيه‌‌سازي ‌‌شده و مشاهداتي، ضريب كارايي NSE به‌عنوان تابع هدف اتخاذ شد كه به‌صورت LogNSE نمايش داده مي‌‌شود. سناريوي آخر، تلفيقي از دو سناريوي اول و دوم بود. به‌‌طوري ‌‌كه توابع هدف غيرهمسوي NSE و LogNSE به‌صورت همزمان مورد استفاده قرار گرفتند. نتايج و بحث نتايج اين پژوهش، نشان داد كه با توجه به مقادير شاخص ارزيابي NSE برابر با 0.83، 0.74 و 0.83 براي سناريوهاي اول تا سوم و بيش برآوردي مدل و بررسي نمودار جريان در سناريوي اول و تمايل بيشتر براي حركت به سمت دبي‌‌هاي بالا، اين سناريو براي برآورد جريان‌‌هاي بيشينه، كارآمدتر خواهد بود. همچنين، با توجه به شاخص ارزيابي LogNSE، مقادير 0.69، 0.74 و 0.72 براي سناريوهاي اول تا سوم، سناريوي دوم با تك هدف LogNSE در دبي‌‌هاي كمينه، عملكرد بهتري دارد. اما مدل ساخته شده با استفاده از دو تابع هدف غيرهمسو، سعي بر ايجاد توازن داشته است و عملكرد مطلوبي در تخمين همزمان رواناب‌هاي بيشينه و كمينه دارد. نتيجه‌گيري به‌طور كلي مي‌توان گفت، در صورتي‌كه هدف مطالعه بررسي دبي‌‌هاي بيشينه و كمينه، يعني مطالعات سيلاب يا خشكسالي باشد، الگوريتم‌‌هاي تك ‌هدفه عملكرد مطلوب‌‌تري خواهند داشت. در صورتي‌كه با هدف كنترل بيلان آبي و عملكرد مطلوب يك مدل در دو سوي دبي‌‌هاي بيشينه و كمينه، مدلسازي انجام شود، سناريوي دو هدفه با رويكرد غيرهمسو مي‌‌تواند نتيجه بهتري نسبت به الگوريتم‌‌هاي تك هدفه داشته باشد.