Evaluation of the efficiency of AWBM model using genetic algorithm and shuffled complex evolution algorithm in simulation of rainfall-runoff process (Case study: Qarasu basin)
محورهای موضوعی : Hydrology and water resourcesآتنا خلیلی نفت چالی 1 , محسن پوررضا بیلوندی 2
1 -
2 -
کلید واژه: Genetic Algorithm, الگوریتم ژنتیک, مدل AWBM, AWBM model, shuffled complex evolution algorithm, Qarasu basin, الگوریتم تکامل رقابتی جوامع, زیرحوضه قرهسو,
چکیده مقاله :
In arid region in Iran with the shortage of water in a large part of the country, given the importance of controlling surface water, it is needed to identify and model the basin response to rainfall for long-term planning of the potential of the basin. In this study, the AWBN is employed to model rainfall-runoff process, using genetic and shuffled complex evolution algorithms as optimization approaches in Qarasu basin located in the northwest of Karkheh basin. For this purpose, rainfall, potential evapotranspiration and runoff data were used. To compare the results, the statistics of root mean square error, correlation coefficient and Nash–Sutcliffe efficiency were assessed. The results showed that both optimization methods in this basin have acceptable evaluation criteria, but the genetic algorithm method with correlation coefficient 0.7, Nash-Sutcliffe efficiency 0.67 and an root mean square error 8.75 in the validation period give a better solution. It was also observed that this algorithm performs better in simulating low flows than high flows.
با توجه به اهمیت مهار آبهای سطحی به ویژه در ایران که مسئله کمبود آب در پهنه وسیعی از کشور وجود دارد؛ نیاز به شناسایی و مدلکردن واکنش حوضه به بارش به منظور برنامهریزی بلندمدت از پتانسیلهای حوضه به شدت احساس میشود. در این مطالعه برای شبیهسازی فرآیند بارش- رواناب از مدل AWBM تحت روش بهینهسازی الگوریتم ژنتیک و الگوریتم تکامل رقابتی جوامع در زیر حوضه قرهسو واقع در شمالغربی حوضه کرخه استفاده شده است. بدین منظور از دادههای بارندگی، تبخیر و تعرق پتانسیل و رواناب ایستگاه هیدرومتری قرهسو بهره گرفته شد. برای مقایسه نتایج، آمارههای ریشه متوسط خطـای مربعـات (RMSE)، ضریب همبستگی (R2) و ضریب کارایی ناش (NSE) مورد تحلیل قرار گرفتند. نتایج نشان داد که هر دو روش بهینهسازی در این حوضه دارای معیارهای ارزیابی قابل قبولی میباشند؛ اما روش الگوریتم ژنتیک با ضریب تبیین 7/0 ، ضریب ناش- ساتکلیف 67/0 و میزان خطای 75/8 در مرحله صحتسنجی جواب بهتری را حاصل نمود. همچنین مشاهده شد که این الگوریتم در شبیهسازی مقادیر کمینه بهتر از مقادیر بیشینه عمل میکند.
افشار، ع. (1364) . هیدرولوژی مهندسی، چاپ مرکز نشر دانشگاهی، ص 459.
زرین، ه.، مقدمنیا، ع.، نامدرست، ج. و صادقی، ح. ر. (1387). ارزیابی عملکرد مدل AWBMدر شبیهسازی فرآیند بارش - رواناب در حوضههای فاقد آمار (مطالعه موردی: استان سیستان و بلوچستان). سومین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران، دانشگاه تبریز، دانشکده عمران، 23 مهر 1387، تبریز. ایران.
سلمانی، ح.، بهرهمند، ع. ر.، چناری، ک. ص. و رستمی خلج، م. (1393). ارزیابی کارایی مدلهای بارش- رواناب AWBM، Sacramento و تانک در شبیهسازی رواناب رودخانۀ اراز کوسۀ حوضۀ آبخیز گرگانرود استان گلستان. مجله اکوهیدرولوژی، دوره1، شماره 3، ص 221-207.
سنائینیا، غ، (1379). ارزیابی مدل شبیهسازی AWBM (بارش – رواناب). پایاننامه کارشناسی ارشد، رشته آبیاری زهکشی، دانشگاه آزاد اسلامی (واحد علوم و تحقیقات).
گلمحمدی، م. و مساح بوانی، ع. (1390). بررسی تغییرات شدت و دوره بازگشت خشکسالی حوضه قره سو در دورههای آتی تحت تاثیر تغییراقلیم. نشریه آب و خاک) علوم و صنایع کشاورزی(، دوره 25، شماره2، ص 326-315.
محمدصــالحی، پ.، رائینــی، م.، شــکوهی، ع. ر. و ضــیاءتبار احمــدی، م. خ. (1385). تــدوین مــدل ریاضــی هیــدرولیکی - هیدرولوژیکی مبتنی بر شبیهسازی فرآیند بارش- رواناب در حوضه آبریز امامه. همایش ملی مدیریت شبکههـای آبیـاری و زهکشی، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی علوم آب، 12 تا 14 اردیبهشت 1385، اهواز.
منهاج، م. ب. (1381). مبانی شبکههای عصبی (هوش محاسباتی). جلد اول، مرکز نشر دانشگاه صنعتی امیرکبیر، ص 715.
Duan, Q., Gupta, V. K. and Sorooshian, S. (1992). Effective and efficient global optimization for conceptual Rainfall_runoff models. Water Resources Research, 28(4), pp: 1015_1031.
Cosgrove, W. and Rijsberman, F. (2000). World water vision: making water everybody’s business. London:Earthscan PublicatioNSE.
Weber, T. (2007). Modeling the catchments of Botany Bay. Sydney metropolitan catchment management authority, 18.
Sharifi, F. and Boyd, M.J. (1994). A Comparision of the SFB and AWBM Rainfall-Runoff Models. 5th Congress of The International Assosiation of Hydrologeologists/ International Hydrology & Water Resources Symposium of The INSEitution of Engineers, Australia, ADELAIDE, 21-25 November, pp: 491-495.
