ارزیابی دو مدل تلفیقی هیدرولوژیکی- جعبه‏ سیاه برای پیش‌بینی سیلاب در حوضۀ آبریز هلیل‌رود

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، سازه‏ های آبی، بخش مهندسی آب، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان

2 دانشیار بخش علوم و مهندسی آب، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان

3 استادیار بخش علوم و مهندسی آب، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان

چکیده

پیش‏بینی جریان رودخانه در شرایط سیلابی یک بخش ضروری در مطالعات مهندسی رودخانه است که در صورت تخمین دقیق، کمک زیادی به اثربخشی بیشتر برنامه‏های مدیریتی کرده و کاهش صدمات مالی و جانی را فراهم می‏کند. استفاده از مدل‏های مناسب و افزایش دقت این مدل‏ها منجر به بهبود در دقت نتایج پیش‏بینی خواهد شد. یکی از راهکارهای موجود برای افزایش دقت مدل‏های موجود و معتبر بارش- رواناب، ساخت مدل تلفیقی به کمک لینک روش‏های هوشمند به این مدل‏ها است. در تحقیق حاضر، از تلفیق مدل هیدرولوژیکی WEAP 21 با مدل‏های جعبه‌سیاه ساخته‌شده بر اساس روش ANN و GMDH به منظور افزایش دقت مدل‏ WEAP استفاده شد. سپس، از مدل‏ ایجاد ‌شده برای شبیه‏سازی سیلاب قسمتی از بازۀ رودخانۀ هلیل‌رود در استان کرمان استفاده شد. اطلاعات بارش، دبی، رطوبت، باد و دما برای رکورد موجود منهای دو سال آخر به مدل WEAP وارد شدند. بعد از واسنجی و اعتبارسنجی مدل، دو سال آخر پیش‏بینی شد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد مدل تلفیقی (78/0R2=) WEAP-ANN توانست رواناب را با دقت بیشتری در مقایسه با مدل (59/0R2=) WEAP-GMDH و (14/0R2=) WEAP در حوضۀ آبریز مورد نظر تخمین بزند.‌

کلیدواژه‌ها


[1]. Zabbah I, Roshani AR, Khafage A. Prediction of monthly rainfall using artificial neural network mixture approach, Case Study: Torbat-e Heydariyeh. Journal of the Earth and Space Physics. 2019;44(4):115-126.
[2]. Dottori F, Salamon P, Bianchi A, Alfieri L, Hirpa FA, Feyen L. Development and evaluation of a framework for global flood hazard mapping. Advances in Water Resources. 2016;94: 87-102.
[3]. Bruen M, Yang J. Combined hydraulic and black-box models for flood forecasting in urban drainage systems. Journal of Hydrologic Engineering. 2006;11(6):589-596.
[4]. Bisht DCS, Raju MM, Joshi MC. ANN based river stage-discharge modeling for Godavari River, India. Comput Model New Technol. 2010;14(3):48-62.
[5]. Shadmani M, Marofi S, Mohammadi K, Sabziparvar AA. Regional flood discharge modeling in Hamedan province using Artificial Neural Network. Journal of Water and Soil Conservation. 2011;18(4):21-42.
[6]. Banihabib M E. Performance of conceptual and black-box models in flood warning systems. Cogent engineering. 2016;3(1):1-13.
[7]. Kalteh AA. Enhanced Monthly Precipitation Forecasting Using Artificial Neural Network and Singular Spectrum Analysis Conjunction Models. Indian National Academy of Engineering. 2017;2 :73-81.
[8]. Asadi H, Shahedi K, Jarihani B, Sidle R.C. Rainfall-Runoff Modelling Using Hydrological Connectivity Index and Artificial Neural Network Approach. Water. 2019;11, 212:1-20.
[9]. Gouda KC, R L, Kumari P, Sharma M, Nair AD. An Approach for Rainfall Prediction using Soft Computing. International Journal of Engineering Trends and Technology. 2019;67(3):158-164.
[10]. Dodangeh E, Panahi M, Rezaie F, Lee S, Tien Bui D, Lee CW, Pradhan B. Novel hybrid intelligence models for flood-susceptibility prediction: Meta optimization of the GMDH and SVR models with the genetic algorithm and harmony search. Journal of Hydrology. 2020;1-14.
[11]. Aghelpour P, Varshavian V. Evaluation of
stochastic and artificial intelligence models in modeling and predicting of river daily flow time series. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. 2020;34(1):33-50.
[12]. Stockholm Environment Institute (SEI). (2016); Water evaluation and planning system, WEAP. Stockholm Environment Institute, Boston, USA, from http://www.weap21.org
[13]. Ahmadaali J, Barani GA, Qaderi K, Hessari B. Analysis of the Effects of Water Management Strategies and Climate Change on the Environmental and Agricultural Sustainability of Urmia Lake Basin, Iran. Water. 2018;10(160):1-21.
[14]. Poonia V, Lal Tiwari H. Rainfall-runoff modeling for the Hoshangabad Basin of Narmada River using artificial neural network. Arabian Journal of Geosciences. 2020;13(944):1-10.
[15]. Ashrafzadeh A, Kişi O, Aghelpour P, Biazar SM, Askarizad Masouleh M. Comparative Study of Time Series Models, Support Vector Machines, and GMDH in Forecasting Long-Term Evapotranspiration Rates in Northern Iran. J. Irrig. Drain Eng. 2020;146(6):1-10.
[16]. Tian J, Liu J, Wang Y, Wang W, Li C, Hu C. A coupled atmospheric–hydrologic modeling system with variable grid sizes for rainfall-runoff simulation in semi-humid and semi-arid watersheds: how does the coupling scale affects the results. Hydrol. Earth Syst. Sci. 2020;24: 3933-3949.
[17]. Bahrami H, Emamgholi Zadeh S. Prediction of suspended sediment distribution of Karoon River using artificial neural network. Journal of Marine Science and Technology. 2018;17(2):27-35. [Persian]
[18]. Zhongda T, Shujiang L, Yanhong W, Yi S. A prediction method based on wavelet transform and multiple models fusion for chaotic time series. Chaos. Solitons and Fractals. 2017;98: 158-172.
[19]. Molaie Zadeh SF, Moradi M H. Nervous chaotic fuzzy sets and systems. Computational intelligence in electrical engineering. 2014;5(1):41-56. [Persian]
[20]. Zhu L, Wang Y, Fan Q. MODWT-ARMA model for time series prediction. Applied Mathematical Modelling. 2014;38: 1859-1865.
دوره 8، شماره 2
تیر 1400
صفحه 397-409
  • تاریخ دریافت: 10 آذر 1399
  • تاریخ بازنگری: 22 اردیبهشت 1400
  • تاریخ پذیرش: 22 اردیبهشت 1400
  • تاریخ اولین انتشار: 26 خرداد 1400
  • تاریخ انتشار: 01 تیر 1400