Dağıtık ve Fiziksel Temelli Modeller
Dağıtık ve fiziksel temelli modeller, hidrolojik süreçleri bir havza boyunca mekânsal olarak, akışın yönetici denklemlerini kullanarak temsil etmekte ve akışın yerden yere nasıl değiştiğini çözümlemektedir.
Tanım
Dağıtık ve fiziksel temelli modeller, bir havzayı mekânsal birimlere ayıran ve süreçleri mekânsal olarak değişken parametreler ve girdilerle fiziksel temelli denklemler (infiltrasyon, yüzey altı ve yüzey akışı ve kanal yönlendirmesi için) kullanarak simüle eden hidrolojik modellerdir.
Kapsam
Bu konu, yüzey ve yüzey altı akışı denklemlerini ızgaralar veya elemanlar üzerinde çözen mekânsal olarak dağıtık hidrolojik modelleri ve fiziksel temelli formülasyonları, değişken katkı alanı yaklaşımı da dahil olmak üzere kapsamaktadır. Toplu kavramsal modellerle tezat oluşturmakta ve kalibrasyon ile belirsizlik zorluklarıyla ilişkilendirilmektedir.
Temel sorular
- Dağıtık modeller hidrolojik süreçlerin mekânsal değişkenliğini nasıl temsil etmektedir?
- Fiziksel temelli modellerin temelini oluşturan yönetici denklemler nelerdir?
- TOPMODEL gibi yaklaşımlar fiziksel temeli ve tutumluluğu nasıl dengelemektedir?
- Fiziksel temelli dağıtık modellemenin pratik sınırları nelerdir?
Anahtar kavramlar
- Mekânsal ayrıklaştırma (ızgaralar, elemanlar)
- Yönetici akış denklemleri
- Topografik indeks (TOPMODEL)
- Değişken katkı alanı
- Birleşik yüzey-yüzey altı akışı
- Parametre ve veri gereksinimleri
Temel kuramlar
- Fiziksel temelli taslak
- Freeze ve Harlan, yüzey ve yüzey altı akışının kısmi diferansiyel denklemlerini tek bir fiziksel temelli, mekânsal olarak dağıtık modelde birleştirmek için bir taslak ortaya koymuşlardır; bu taslak, daha sonraki dağıtık modeller için bir şablon olmuştur.
- TOPMODEL ve topografik kontrol
- Beven ve Kirkby'nin TOPMODEL'i, doygunluğun değişken katkı alanını tahmin etmek için bir topografik indeks kullanmakta ve nispeten az parametreyle akış oluşumunun fiziksel temelli bir temsilini sağlamaktadır.
- Tamamen dağıtık süreç modelleri
- Systeme Hydrologique Europeen (SHE) gibi modeller, birleşik akış denklemlerini tüm havza için bir ızgara üzerinde çözmekte ve tamamen dağıtık, fiziksel temelli hidrolojik modellemeyi örneklemektedir.
Klinik önem
Dağıtık ve fiziksel temelli modeller, mekânsal ayrıntının önemli olduğu durumlarda kullanılmaktadır; örneğin arazi kullanım değişikliğinin değerlendirilmesi, doygunluk ve erozyonun nerede meydana geldiğinin tahmin edilmesi, ölçülmemiş veya hızla değişen havzaların simülasyonu ve hidrolojinin su kalitesi ve arazi yüzeyi modelleriyle birleştirilmesi gibi. Ancak, veri ve parametre gereksinimleri ile eşsonluluk (equifinality) kullanımlarını kısıtlamaktadır.
Tarihçe
Freeze ve Harlan'ın 1969 tarihli taslağı, fiziksel temelli dağıtık modellemeyi çerçevelemiştir; TOPMODEL (1979) topografyadan beslenen tutumlu bir fiziksel temelli yaklaşım sunarken, 1980'lerde SHE gibi kapsamlı ızgara tabanlı modeller tam süreç temsilini hedeflemiş, veri talebi ve parametre tanımlanabilirliğinin ödünleşimlerini ortaya koymuştur.
Tartışmalar
- Dağıtık modellerde karmaşıklığın değeri
- Tamamen dağıtık, fiziksel temelli modellerin, eşsonluluk (equifinality) ve daha basit kavramsal veya topografik temelli modellerin genellikle karşılaştırılabilir performansı göz önüne alındığında, büyük veri ve parametre gereksinimlerini haklı çıkarıp çıkarmadığı konusunda süregelen bir tartışma bulunmaktadır.
Öne çıkan isimler
- R. Allan Freeze
- Keith J. Beven
- Mike J. Kirkby
İlgili konular
Temel eserler
- freeze1969
- bevenkirkby1979
- abbott1986
Sıkça sorulan sorular
- Bir modeli fiziksel temelli yapan nedir?
- Fiziksel temelli bir model, süreçleri yönetici fiziksel denklemleri (örneğin infiltrasyon ve yüzey altı akışı için) kullanarak, prensipte fiziksel anlamı olan parametrelerle temsil etmekte, yalnızca verilere kalibre edilmiş kavramsal depolara dayanmamaktadır.
- Dağıtık modeller her zaman toplu modellerden daha mı iyidir?
- Her zaman değil. Mekânsal değişkenliği yakalamakta ve toplu modellerin ele alamadığı soruları yanıtlayabilmektedirler, ancak çok daha fazla veri gerektirmekte, parametreleştirmeleri daha zor olmakta ve çıkış akışını tahmin etmede genellikle daha basit modellerden daha iyi performans göstermemektedirler.