वितरित और भौतिक रूप से आधारित मॉडल

वितरित और भौतिक रूप से आधारित मॉडल प्रवाह के शासी समीकरणों का उपयोग करके एक जलग्रहण क्षेत्र में जल-वैज्ञानिक प्रक्रियाओं को स्थानिक रूप से दर्शाते हैं, यह निर्धारित करते हुए कि अपवाह एक स्थान से दूसरे स्थान पर कैसे भिन्न होता है।

Definition

वितरित और भौतिक रूप से आधारित मॉडल ऐसे जल-वैज्ञानिक मॉडल हैं जो एक जलग्रहण क्षेत्र को स्थानिक इकाइयों में विभाजित करते हैं और स्थानिक रूप से परिवर्तनीय मापदंडों और इनपुट के साथ भौतिक रूप से आधारित समीकरणों (अंतःस्यंदन, उपसतह और सतही प्रवाह, और चैनल रूटिंग के लिए) का उपयोग करके प्रक्रियाओं का अनुकरण करते हैं।

Scope

यह विषय स्थानिक रूप से वितरित जल-वैज्ञानिक मॉडल और भौतिक रूप से आधारित सूत्रों को शामिल करता है जो ग्रिड या तत्वों पर सतह और उपसतह प्रवाह के समीकरणों को हल करते हैं, जिसमें परिवर्तनीय-योगदान-क्षेत्र दृष्टिकोण भी शामिल है। यह संकेंद्रित वैचारिक मॉडल के विपरीत है और अंशांकन तथा अनिश्चितता की चुनौतियों से जुड़ा है।

Core questions

• वितरित मॉडल जल-वैज्ञानिक प्रक्रियाओं की स्थानिक परिवर्तनशीलता को कैसे दर्शाते हैं?
• भौतिक रूप से आधारित मॉडल के अंतर्गत कौन से शासी समीकरण हैं?
• TOPMODEL जैसे दृष्टिकोण भौतिक आधार और मितव्ययिता को कैसे संतुलित करते हैं?
• भौतिक रूप से आधारित वितरित मॉडलिंग की व्यावहारिक सीमाएँ क्या हैं?

Key concepts

• स्थानिक विखंडन (ग्रिड, तत्व)
• शासी प्रवाह समीकरण
• स्थलाकृतिक सूचकांक (TOPMODEL)
• परिवर्तनीय योगदान क्षेत्र
• युग्मित सतह-उपसतह प्रवाह
• पैरामीटर और डेटा की मांग

Key theories

भौतिक रूप से आधारित खाका

फ्रीज और हार्लन ने सतह और उपसतह प्रवाह के आंशिक अंतर समीकरणों को एक एकल भौतिक रूप से आधारित, स्थानिक रूप से वितरित मॉडल में जोड़ने का खाका तैयार किया, जो बाद के वितरित मॉडल के लिए एक टेम्पलेट था।

TOPMODEL और स्थलाकृतिक नियंत्रण

बेवन और किर्कबी का TOPMODEL संतृप्ति के परिवर्तनीय योगदान क्षेत्र की भविष्यवाणी करने के लिए एक स्थलाकृतिक सूचकांक का उपयोग करता है, जिससे अपेक्षाकृत कम मापदंडों के साथ अपवाह उत्पादन का भौतिक रूप से आधारित प्रतिनिधित्व प्राप्त होता है।

पूरी तरह से वितरित प्रक्रिया मॉडल

सिस्टेम हाइड्रोलॉजिक यूरोपीन (SHE) जैसे मॉडल पूरे जलग्रहण क्षेत्र के लिए ग्रिड पर युग्मित प्रवाह समीकरणों को हल करते हैं, जो पूरी तरह से वितरित, भौतिक रूप से आधारित जल-वैज्ञानिक मॉडलिंग का उदाहरण है।

Clinical relevance

वितरित और भौतिक रूप से आधारित मॉडल का उपयोग वहाँ किया जाता है जहाँ स्थानिक विवरण महत्वपूर्ण होता है, जैसे कि भूमि-उपयोग परिवर्तन का आकलन करना, यह अनुमान लगाना कि संतृप्ति और कटाव कहाँ होता है, बिना गेज वाले या तेजी से बदलते जलग्रहण क्षेत्रों का अनुकरण करना, और जल विज्ञान को जल-गुणवत्ता और भूमि-सतह मॉडल के साथ जोड़ना, हालांकि उनकी डेटा और पैरामीटर की मांगें तथा समतुल्यता उनके उपयोग को सीमित करती हैं।

History

फ्रीज और हार्लन के 1969 के खाके ने भौतिक रूप से आधारित वितरित मॉडलिंग को आकार दिया; TOPMODEL (1979) ने स्थलाकृति द्वारा संचालित एक मितव्ययी भौतिक रूप से आधारित दृष्टिकोण पेश किया, जबकि 1980 के दशक में SHE जैसे व्यापक ग्रिड-आधारित मॉडल ने पूर्ण प्रक्रिया प्रतिनिधित्व का पीछा किया, जिससे डेटा की मांग और पैरामीटर की पहचान के व्यापार-बंद उजागर हुए।

Debates

वितरित मॉडल में जटिलता का मूल्य

इस बात पर लगातार बहस चल रही है कि क्या पूरी तरह से वितरित, भौतिक रूप से आधारित मॉडल समतुल्यता और सरल वैचारिक या स्थलाकृतिक रूप से आधारित मॉडल के अक्सर तुलनीय प्रदर्शन को देखते हुए अपनी बड़ी डेटा और पैरामीटर आवश्यकताओं को सही ठहराते हैं।

Key figures

• R. Allan Freeze
• Keith J. Beven
• Mike J. Kirkby

Seminal works

• freeze1969
• bevenkirkby1979
• abbott1986

Frequently asked questions

एक मॉडल को भौतिक रूप से आधारित क्या बनाता है?

एक भौतिक रूप से आधारित मॉडल प्रक्रियाओं को शासी भौतिक समीकरणों (उदाहरण के लिए अंतःस्यंदन और उपसतह प्रवाह के लिए) का उपयोग करके दर्शाता है, जिसमें ऐसे पैरामीटर होते हैं जिनका, सिद्धांत रूप में, भौतिक अर्थ होता है, बजाय केवल डेटा के लिए कैलिब्रेटेड वैचारिक भंडारों पर निर्भर रहने के।

क्या वितरित मॉडल हमेशा संकेंद्रित मॉडल से बेहतर होते हैं?

आवश्यक नहीं। वे स्थानिक परिवर्तनशीलता को पकड़ते हैं और उन प्रश्नों को संबोधित कर सकते हैं जिन्हें संकेंद्रित मॉडल नहीं कर सकते, लेकिन उन्हें बहुत अधिक डेटा की आवश्यकता होती है, उन्हें पैरामीटराइज़ करना कठिन होता है, और अक्सर आउटलेट स्ट्रीमफ्लो की भविष्यवाणी के लिए सरल मॉडल से बेहतर प्रदर्शन नहीं करते हैं।