واسنجی مدل در شرایط ماندگار و غیرماندگار

هر مدلی که برای شناخت و پیش بینی رفتار یک سامانه آب زیرزمینی انتخاب می شود، باید به خوبی تعریف شود. این تعریف باید مبتنی بر وضعیت هندسی دقیق لایه آبدار یا سامانه مورد مطالعه اطلاعاتی درباره پارامترهای فیزیکی آن مرزها، ورودی ها و خروجی های آن باشد. تمام این اطلاعات باید از مدل مفهومی سامانه که بر اساس مطالعات صحرایی آزمایشگاهی و دفتری تهیه شده است، به دست آید. چنان چه اطلاعات مذکور در دسترس نباشد باید بر اساس تجربه و شناخت سامانه حدس زده شوند و سپس در طی فرآیند واسنجی اصلاح شوند. پس عمل واسنجی مدل در واقع انطباق مقادیر شبیه سازی با مقادیر مشاهده شده مربوط به رفتار سامانه آبخوان (از قبیل بار هیدرولیکی پمپاژ و تغذیه) در گذشته است.

واسنجی مدل به دو شیوه امکان پذیر است. یا می تواند به روش سعی و خطا باشد و یا به روش خودکار توسط نرم افزارهای مربوطه انجام شود از معایب واسنجی به روش سعی و خطا وقت گیر بودن آن است ولی از مزایای آن این است که اگر توام با تطبیق با واقعیت باشد آنگاه اطمینان به پارامترهای واسنجی شده از درصد بالایی برخوردار خواهد بود.

اولین مرحله در واسنجی مدل تعیین مقدار واسنجی می باشد. این مقدار عبارت از مقدار مشاهده شده است که می تواند بار هیدرولیکی جریان یا شار هیدرولیکی و یا بیلان آب زیرزمینی باشد. مهم ترین و ساده ترین نوع مقدار واسنجی را تراز سطح آب زیرزمینی تشکیل می دهد. چون اندازه گیری آن ساده تر بوده و با خطای کم تری همراه است و نیز واسنجی آن راحت تر می باشد.

دومین مرحله در واسنجی مدل تعیین اهداف واسنجی است که شامل نوع مقدار واسنجی و خطای مربوط به آن می باشد. خطای واسنجی یا معیار خطا بستگی به نوع مقدار واسنجی دارد. اگر بار هیدرولیکی به عنوان مقدار واسنجی انتخاب شود، خطای آن در حد چند متر و کمتر از آن منظور می شود. ولی اگر جریان هیدرولیکی یا بیلان آب به عنوان مقدار واسنجی انتخاب شود خطای آن باید در حدکم تر از یک یا چند میلیون متر مکعب در سال باشد. البته لازم است که تمام موارد ذکر شده مدنظر قرار گیرند زیرا ممکن است در یک فرآیند مدل سازی در حین واسنجی به دسته جواب هایی دست یافت که بار هیدرولیکی شبیه سازی شده و مشاهده شده بر هم منطبق شوند، ولی میزان جریان ورودی و خروجی از مرزها و بیلان آب در مدل با واقعیت منطبق نباشد.

در روش سعی و خطا جهت واسنجی، مدل باید با مرحله آنالیز باقیمانده ها توام باشد (آنالیز باقیمانده ها عبارت است از محاسبه اختلاف بین پارامترها یا متغیر شبیه سازی شده و مقدار مشاهده شده آن و تجزیه و تحلیل اختلاف موجود). آنالیز باقیمانده ها باید بر اساس یک سری محاسبات آماری صورت پذیرد. هر چقدر این اختلاف کوچکتر شود نشان دهنده انطباق و دستیابی بیش تر به اهداف واسنجی است. ولی در عمل به حداقل رساندن این اختلاف در تمام سلول های شبکه تقریبا غیرممکن است. معیارهای آماری متعددی از قبیل میانگین خطا میانگین قدر مطلق خطا و جذر میانگین مربعات خطا وجود دارد که می تواند مورد بررسی قرار گیرد.

به منظور بررسی چگونگی میزان واسنجی پارامتر موردنظر در بخش های مختلف شبکه برای تشخیص این که کدام بخش ها از مدل با واسنجی ضعیف و کدام بخش ها با واسنجی قوی همراه بوده اند، می توان سطح واسنجی و توزیع خطا را بررسی نمود. برای این منظور می توان سطح واسنجی را بسته به میزان واسنجی نمایش داد.

در پایان مرحله واسنجی سامانه تحت بررسی دارای مدلی خواهد بود که تمام پارامترهای آن به خوبی تعریف شده اند و اکنون می توان با اطمینان از آن برای پی شبینی رفتار آبخوان در آینده استفاده نمود. البته نباید انتظار داشت که مدل واسنجی شده همواره پاسخ منطبق بر واقعیت را نتیجه دهد، بلکه باید تفاوت هایی را انتظار داشت. این موضوع ناشی از آن است که برای رسیدن به مدل یک سامانه واقعی فرضیات متعددی در نظر گرفته می شود. به منظور کاهش این تفاوت ها باید،

الف) مدل ساخته شده تا حد امکان به سامانه شبیه سازی شده نزدیک تر باشد و

ب) از حداکثر داده های واقعی در عمل واسنجی استفاده شود.

در صورتی که معادله حاکم بر سامانه مورد مطالعه به صورت رابطه زیر باشد،

(که R N و P به ترتیب مقدار تغذیه طبیعی تغذیه مصنوعی و پمپاژ می باشد) به منظور استفاده از این معادله برای پیش بینی رفتار سامانه لازم است پارامترهای (S (x y) ،Ty (x y) ،Tx (x y) و (N(x y t شناخته شده باشند تا بتوان آن را برای پاسخ نامعلوم سامانه (h(x y t نسبت به مقادیر معلوم (R(x y t) و (P(x y t حل نمود. در صورتی که در روش واسنجی یا مساله معکوس مقادیر (R(x y t) ،h(x y t و (P(x y t برای دوره زمانی در گذشته شناخته می باشند و آن چه که جستجو می شود، مقادیری برای پارامترهای (S (x y) ،Ty (x y) ،Tx (x y و (N(x y t می باشد تا بتوان از مدل در حل مساله کمک گرفت.

آزمون پمپاژ یکی از روش های متعددی است که می توان از آن برای تعیین پارامترهای مدل استفاده نمود. در هنگام عدم دسترسی به داده ها از راه های دیگر نتایج آزمون های پمپاژ می توانند در مدل های ناحیه ای به منظور پیش بینی رفتار یک آبخوان مورد استفاده قرار گیرند.

همان گونه که مطرح شد یکی از روش های واسنجی مدل روش واسنجی خودکار می باشد. نرم افزار PEST یکی از نرم افزارهایی است که برای واسنجی خودکار یک مدل تهیه شده است. در واسنجی خودکار عمل واسنجی مدل به دو طریق مستقیم و یا غیرمستقیم صورت می گیرد. در روش مستقیم پارامترهای مجهول (به عنوان مثال بار هیدرولیکی) به صورت یک متغیر مستقل رفتار می نماید، بدین صورت که باید مقدار بار هیدرولیکی که مجهول می باشد برای تمام گره ها تعریف شود. در صورتی که روش غیرمستقیم مشابه با روش سعی و خطا عمل می نماید که مساله به صورت پیش رو به طور تکراری حل می شود.

یکی از مشکلات موجود در واسنجی مدل ها، مشکل تعدد پاسخ ها می باشد. به این معنی که مجموعه های مختلفی از مقادیر پارامترها ممکن است باعث نتایج یکسانی شوند. به این ترتیب هر ترکیبی از نرخ جریان و هدایت هیدرولیکی (k) در مدل که دارای نسبتی مشابه با نسبت نرخ جریان به هدایت هیدرولیکی واقعی باشد، می تواند نتایج تقریبا یکسانی را ایجاد نماید. برای حل این مشکل روش های مختلفی توسط محققین پیشنهاد شده است.

مجموعه داده هایی که برای واسنجی مدل در حالت غیرماندگار استفاده می شوند، شامل داده های آزمایش پمپاژ و یا داده های چندین ساله بار هیدرولیکی که تغییرات و نوسانات فصلی را دربرمی گیرند، می باشد. همچنین معمولا مدل ها ابتدا برای شرایط ماندگار واسنجی می شوند، سپس نتایج حاصل از واسنجی ماندگار به عنوان مقادیر اولیه در شبیه سازی مدل در حالت غیرماندگار به کار می روند. یا اینکه مقادیر بار هیدرولیکی اندازه گیری شده به عنوان شرایط اولیه در مدل غیرماندگار وارد می شوند. باید در نظر داشت که در حالت اول یعنی در حالتی که مقادیر حاصل از واسنجی ماندگار به عنوان مقادیر اولیه در مدل غیرماندگار وارد می شوند، الزاما شرایط واقعی سامانه در نظر گرفته نمی شود، هرچند این روش به عنوان یک روش قابل قبول در مدل سازی مطرح می باشد.

مدیر سایت: بهزاد سرهادی

شماره تلفن: 09190622992

شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@

نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com

(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)

_______________________________________________________

×

 براي پيوستن به بزرگترين گروه تلگرام علوم و مهندسي آب با امکان تبادل نظر بين اعضاء کليک کنيد

کتاب کاربرد مدل QUAL2KW

کتاب کاربرد GIS در منابع آب

کتاب محاسبه سيل طرح