كاربرد روش جذب داده به منظور تخمين پارامترهاي مدل SWAT

كارشناسي ارشد

امروزه الگوريتمهاي جذب داده، به عنوان يكي از روشهاي مهم پيش‌بيني متغيرها و تخمين پارامترهاي مدلهاي هيدرولوژيكي و هواشناسي شناخته ميشود. در اين پژوهش به منظور تخمين پارامترهاي مدل SWAT كه يك مدل هيدرولوژيكي مبتني بر فيزيك است از جذب داده‌ي آبدهي استفاده شده است. در ابتدا به منظور شبيه سازي هيدرولوژيكي منطقه‌ي مورد مطالعه، حوضه‌ي آبريز مهابادچاي محدود به بالادست ايستگاه بيطاس، از مدل SWAT استفاده گرديد. سپس براي تخمين پارامترهاي مدل ساخته شده، از روش جذب داده‌ي فيلتركالمن (مبتني بر) آنسامبل (EnKF) استفاده شد. براي اين منظور الگوريتم EnKF با استفاده از نرم‌افزار MATLAB برنامه‌نويسي و مدل SWAT در محيط MATLAB فراخواني شد. با توجه به امكان در نظر گرفتن و تفكيك منابع مختلف خطا در الگوريتم EnKF نتايج اجراي الگوريتم مذكور به ازاي مقادير مختلف خطاي مشاهدات، خطاي داده‌هاي ورودي و خطاي مدل تحليل حساسيت شد. شايان ذكر است كه در حالت معمول، واسنجي مدل SWAT با استفاده از بسته‌ي نرم‌افزاري SWAT-CUP انجام ميشود. به همين جهت در اين پژوهش به منظور نشان دادن كارايي روش جذب داده، مدل SWAT با استفاده از الگوريتم SUFI-2 (يكي از الگوريتمهاي بسته‌ي نرم‌افزاري SWAT-CUP) نيز واسنجي شد و نتايج حاصل از آن با اجراي روش جذب داده مقايسه گرديد. براي مقايسه از چهار معيار نكوئي برازش مختلف استفاده شد. به منظور يكسان‌سازي شرايط و فراهم نمودن امكان مقايسه‌ي هرچه بهتر ميان دو الگوريتم، سعي شد تا پارامترها و سالهاي مورد استفاده براي واسنجي، در هر دو روش مشابه انتخاب شوند. به منظور بررسي اثر قدرت تفكيك زماني بر شبيه‌سازي مدل، تخمين پارامترها يك بار در مقياس ماهانه و يك بار در مقياس روزانه انجام شد. همچنين براي بررسي اثر قدرت تفكيك مكاني بر خروجي مدل، تخمين ماهانه‌ي پارامترها به صورت توده‌اي و نيمه‌توزيعي صورت گرفت اما نتايج حاصل شده (به لحاظ معيارهاي نكوئي برازش نقطه‌اي) تفاوت معني‌داري با يكديگر نداشت. بنابراين تخمين پارامترها در مقياس روزانه صرفاً به صورت توده‌اي انجام شد. در نهايت مشاهده شد كه تخمين پارامترها با استفاده از الگوريتم EnKF باعث افزايش دقت و بهبود محسوس تعدادي از معيارهاي نكوئي برازش ميشود. در خلال مراحل مقايسه‌ي ميان دو روش، ملاحظه شد كه در اكثر موارد اجراي الگوريتم EnKF باعث دسترسي هم‌زمان معيارهاي نكوئي برازش مختلف، به مقادير قابل قبول ميشود. اين در حاليست كه روش SUFI-2، الگوريتمي با يك تابع هدف بوده بنابراين در هر بار اجراي اين الگوريتم تنها معيار نكوئي برازشي كه به عنوان تابع هدف انتخاب شده است مقدار مطلوب (يا قابل قبولي) را دارا خواهد بود و مقادير ساير معيارهاي نكوئي برازش دست‌كم، مطلوبيت كمتري داشته و يا اصلاً مقدار قابل قبولي نداشته است.

190101

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي و مديريت منابع آب

دكتر حسين عليزاده - دكتر برات مجردي