واسنجي خودكار چند هدفه مدل مفهومي بارش - رواناب ARNO

كارشناسي ارشد

يكي از اهداف مهم علم هيدرولوژي مهندسي، تعيين پاسخ حوضه به متغير¬هاي هيدرولوژيكي از جمله بارش است. اين امر نيازمند يك مدل بارش– رواناب مناسب است تا بتوان با واسنجي صحيح پارامتر¬هاي موجود در آن به اين مهم دست يافت. جهت برآورد مناسب پارامتر¬ها، شيوه¬هاي مختلفي مانند واسنجي خودكار، واسنجي دستي و تركيبي از هر دو روش ارائه شده است. در اين تحقيق به دليل سرعت بيش¬تر واسنجي خودكار و دخالت كمتر كاربر، از اين نوع واسنجي استفاده شد. همچنين، جهت شبيه¬سازي مناسب خصوصيات بيش¬تري از هيدروگراف مشاهداتي، واسنجي خودكار به‌صورت چند¬هدفه در دستور كار قرار گرفت. بدين منظور از سه الگوريتم بهينه سازي خودكار چند هدفه (NSGA-II، SPEA-II و MOPSO) براي برآورد مقادير پارامتر¬هاي مدل مفهومي بارش – رواناب ARNO، با استفاده از داده¬هاي مشاهداتي روزانه بهره گرفته شد. در اين تحقيق حوضه آبريز رودخانه ساروق چاي بالا دست سد شهيد كاظمي (بوكان) تا ايستگاه هيدرومتري صفاخانه مورد مطالعه قرار گرفت. داده¬هاي بارش و سري زماني تبخير و تعرق پتانسيل روزانه به‌عنوان ورودي¬هاي مدل ARNO بود. به‌منظور محاسبه دماي ميانگين حوضه، منحني هيپسومتري حوضه با استفاده از نرم افزار GIS استخراج شد و يك مدل رگرسيوني به‌منظور محاسبه رابطه بين دما و ارتفاع ساخته شد. در اين تحقيق برنامه¬ي كامپيوتري نوشته شد تا مدل شبيه¬ساز بارش – رواناب ARNO (كد نويسي شده در محيط برنامه نويسي فرترن) با روش¬هاي بهينه¬سازي چندهدفه (كد نويسي شده در زبان برنامه¬نويسي متلب) لينك گردد. مينيمم سازي هر يك از توابع هدف LOGE و RMSE (اولين تابع هدف جهت تأكيد بر جريان¬هاي كم و دومين تابع هدف به جهت تأكيد بر جريان¬هاي پيك) در مدل بهينه¬سازي در دستور كار قرار گرفت. جبهه بهينه پارتو توسط هر يك از روش¬ها حاصل گرديد و به‌عنوان نمونه سه پاسخ از قسمت¬هاي مختلف جبهه بهينه پارتو انتخاب و هيدروگراف متناظر با هريك در دوره واسنجي و صحت سنجي نمايش داده شد. از سه پاسخ مذكور دو مورد متناظر با بهترين مقادير توابع هدف و مورد سوم متناظر با جوابي كه با استفاده از نظريه بازي‌ها و توسط روش كالاي- اسمورودينسكي حاصل مي¬گردد، انتخاب شد. نتايج ارزيابي جبهه بهينه پارتو نشان داد كه روش بهينه¬سازي NSGA-II نسبت به دو روش ديگر در واسنجي چندهدفه مدل بارش- رواناب ARNO از نظر دو معيار پراكنش جواب¬ها و ميزان راه¬حل¬هاي غالب نسبت به ساير الگوريتم¬ها، موفق¬تر عمل كرده است. براي هر سه پاسخ انتخاب شده در سه الگوريتم به كار رفته در اين تحقيق، نتايج حاصل از معيار R^2 از 63/0 تا 75/0 در دوره واسنجي و از 68/0 تا 77/0 در دوره صحت¬سنجي گزارش شد. نتايج ارزيابي هيدروگراف¬هاي محاسباتي نشان از عملكرد مناسب هر سه الگوريتم بهينه سازي و مدل بارش – رواناب ARNO براي شبيه سازي رواناب خروجي از حوضه آبريز ساروق چاي دادند.

188902

دانشگاه علم و صنعت ايران

آب و سازه هاي هيدروليكي

دكتر باقر ذهبيون