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

معصومی, دکتر فریبرز and صفرزاده, دکتر اکبر and نجارقابل, مهندس سعید (2019) Automatic Calibration of Groundwater Simulation Model (MODFLOW) by Indeterministic SUFI-II Algorithm. University of Mohaghegh Ardabili, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
Project Report_4.pdf

Download (906kB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

Today, population growth and the development of the agricultural and industrial sectors have led to an increase in water demand. The limitation and distribution of non-uniform water resources in terms of time and space are needed to manage these resources, especially in areas exposed to water stress. On the other hand, effective management of water resources requires accurate recognition and access to a high-reliability model. The Ardabil aquifer, located in the northwest of Iran, is one of the forbidden aquifers in Iran and Due to the uncertainties in the hydraulic parameters, the uncertainty analysis of the groundwater model of this aquifer seems necessary. Calibration of the groundwater model is difficult due to the limited data collected in Iran's plains and the high computational costs of these models (in terms of the runtime of the program and the amount of memory required by the computer). In this research, the MODFLOW model and the SUFI-II algorithm have been used for simulation of the Ardabil aquifer and analyze the uncertainty of hydraulic parameters (hydraulic conductivity and specific yield) respectively. These parameters are considered as important parameters in groundwater flow and considering them in uncertainty analysis can increase the accuracy of the model. The MODFLOW-SUFI-II linked model has been able to properly calibrate the groundwater model of Ardabil plain while the uncertainties in the data have taken into account. The results of the model implementation for the unsteady state indicate that averagely, 62% of the observational head values have fallen within a 95% confidence interval. Finally, the most suitable values for the range of hydraulic conductivity and specific yield are determined. Also, a calibration model for groundwater simulation using the PEST has been carried out. According to the results, the root mean square error (RMSE) value in this case (RMSE= 3.37) has been greater than the value obtained from the SUFI-II method (RMSE= 1.86), which shows better performance of the SUFI-II algorithm. In addition, one of the important features of the SUFI-II algorithm, as compared with PEST and other optimization methods, prepare the results in an interval. In fact, the SUFI-II algorithm is one of the methods that perform calibration and uncertainty analysis simultaneously.

Item Type: Other
Persian Title: کالیبراسیون خودکار مدل شبیه¬سازی آب¬های زیرزمینی (MODFLOW) با الگوریتم غیرقطعی SUFI-II
Persian Abstract: امروزه رشد جمعیت و توسعه بخش¬های کشاورزی و صنعت، باعث افزایش تقاضای آبی شده است. محدودیت و توزیع غیریکنواخت منابع آب از نظر زمانی و مکانی ضرورت مدیریت این منابع را به خصوص در مناطقی که تحت تنش آبی قرار گرفته¬اند، نشان می¬دهد. از طرفی، مدیریت صحیح منابع آبی نیازمند شناخت دقیق و دسترسی به مدلی با قابلیت اطمینان بالا است. آبخوان اردبیل، واقع در شمال غربی ایران، یکی از آبخوان¬های ممنوعه کشور است و با توجه به عدم قطعیت¬های موجود در پارامتر¬های هیدرولیکی این آبخوان، تحلیل عدم قطعیت مدل آب زیرزمینی این آبخوان ضروری به نظر می¬رسد. کالیبراسیون مدل آب زیرزمینی با توجه به داده¬های محدود برداشت شده در دشت¬های ایران و هزینه-های بالای محاسباتی این مدل¬ها (از نظر زمان اجرای برنامه و حجم حافظه مورد نیاز کامپیوتری) امری دشوار است. در این تحقیق، از مدل MODFLOW به منظور مدل شبیه¬سازی آب زیرزمینی اردبیل و از الگوریتم SUFI-II به منظور تحلیل عدم قطعیت پارامتر¬های هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه استفاده شده است. این پارامتر¬ها از جمله پارامتر¬های مهم و تأثیرگذار در جریان آب زیرزمینی به شمار می¬رود و در نظر گرفتن آن¬ها در تحلیل عدم قطعیت می¬تواند دقت مدل را افزایش دهد. استفاده از مدل لینک شده¬ی MODFLOW-SUFI-II توانسته است به طور نسبتاً مناسبی، ضمن لحاظ کردن عدم قطعیت¬های موجود در داده¬های آماری، کالیبراسیون مدل آب¬های زیرزمینی دشت اردبیل را به طور مناسبی انجام دهد. نتایج اجرای مدل برای حالت غیر ماندگار نشان دهنده قرار گرفتن به طور متوسط 62 درصد مقادیر مشاهداتی سطح ایستابی در بازه اطمینان 95% است. درنهایت، با رویکرد پیشنهادی، مناسب¬ترین مقدار برای بازه پارامتر¬های هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه تعیین شده است. همچنین کالیبراسیون مدل شبیه¬سازی آب زیرزمینی با استفاده از PEST نیز صورت گرفته است. مطابق نتایج، مقدار مجذور میانگین مربعات خطای (RMSE) در این حالت (37/3 RMSE=) بیشتر از مقدار به دست آمده از روش SUFI-II (86/1 RMSE=) است که نشان دهنده¬ی عملکرد بهتر الگوریتم SUFI-II است. علاوه بر این یکی از ویژگی¬های مهم الگوریتم SUFI-II نسبت به PEST و دیگر روش¬های بهینه¬سازی، نتایج را به صورت بازه¬ای ارائه می¬دهد و در واقع الگوریتم SUFI-II از جمله روش¬هایی است که کالیبراسیون و تحلیل عدم قطعیت را به طور هم¬زمان انجام می¬دهد.
Subjects: Research Projects
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Date Deposited: 22 Jun 2019 08:29
Last Modified: 22 Jun 2019 08:29
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/7903

Actions (login required)

View Item View Item