تخمین ضرایب روش روندیابی سیل ماسکینگام غیرخطی با تکنیک بهینه سازی simulated annealing

از میان روشهای هیدرولوژیکی روندیابی سیل، روش ماسکینگام به دلیل سادگی و تعداد کم پارامترهای مورد نیاز همواره مورد توجه بوده است. روش ماسکینگام برسه نوع مدل خطی و مدل غیرخطی نوع 1 و 2 موجود است. در مدل خطی، بین ذخیره و دبی یک رابطه خطی در نظر گرفته میشود و سایر محاسبات با فرض وجود همین رابطه انجام میشود، در حالی که در ماسکینگام غیرخطی، یک رابطه غیرخطی بین ذخیره و دبی فرض میشود و در بسیاری از موارد برقراری این رابطه در آبراهههای طبیعی به واقعیت نزدیکتر است. اما اتخاذ یک روش مناسب و در عین حال دقیق که توانایی تخمین پارامترهای موجود در روش ماسکینگام غیرخطی را داشته باشد از اهمیت ویژهای برخوردار است. بدین منظور استفاده از روش های مبتنی بر بهینه سازی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از میان انواع روش های بهینه سازی روشی موسوم به تبرید تدریجی (sa)، یک روش مناسب جهت این تخمین است. در این تحقیق از روش saجهت تخمین پارامترهای مذکور استفاده گردید و بدین منظور از آمار مربوط به هشت سیلاب رودخانه کارون حد فاصل دو ایستگاه هیدرومتری ملاثانی تا اهواز استفاده شد. از میان هشت سیلاب انتخابی، آمار شش سیلاب برای کالیبراسیون پارامترها مورد استفاده قرار گرفت، سپس میانگین مقادیر بهینه به دست آمده برای پارامترها، جهت اعتباریابی در دو سیلاب دیگر جایگذاری شد. همچنین به منظور مقایسه نتایج حاصل از این روش با نتایج سایر روش های بهینه سازی، از هیدروگراف سیلابی موسوم به ویلسون استفاده شد. از آنجا که این هیدروگراف بارها توسط محققین دیگر مورد بررسی قرار گرفته است لذا امکان مقایسه نتایج فراهم می گردد. همچنین به منظور ارزیابی توانایی روش sa در شبیه سازی نقاط بهینه سراسری و و عبور از نقاط بهینه محلی، از آمار مربوط به یک هیدروگراف سیل که دارای چندین دبی پیک بوده و در سال آبی 75-76 در ایستگاه های هیدرومتری ملاثانی و اهواز به ثبت رسیده نیز استفاده گردید. جهت ارزیابی کارایی الگوریتم از یک سری شاخص های آماری استفاده شد. از جمله این شاخص ها می توان به مواردی مثل شاخص نش-ساتکلیف، درصد خطای محاسباتی میزان دبی اوج، درصد خطای محاسباتی زمان وقوع دبی اوج، درصد خطای محاسباتی حجم جریان، شاخص ضریب مجموع باقیمانده، درصد خطای برآورد و ضریب تعیین اشاره نمود. نتایج نشان داد که مدل ماسکینگام غیرخطی نوع 1 نسبت به مدل های ماسکینگام خطی و غیرخطی نوع 2 عملکرد بهتری داشته و در پیش بینی وضعیت جریان خطای کمتری را به همراه دارد. مدل ماسکینگام خطی هم نسبت به مدل غیرخطی نوع 2 عملکرد مناسبتری داشته و نتایج دقیق تری ارائه می دهد. همچنین نتایج نشان داد روش sa قادر است پارامترهای موجود در مدل ماسکینگام خطی را در زمان کوتاهتری نسبت به دو مدل دیگر تخمین بزند. استفاده از روش sa به منظور تخمین پارامترهای مدل ماسکینگام در مورد هیدروگراف ویلسون هم دقت و توانایی بالای این روش را در مقایسه با سایر روش های بهینه سازی نشان داد. همچنین نتایج نشان داد که روش sa در شبیه سازی نقاط اوج سراسری و محلی موجود در هیدروگراف سیلاب چندپیکه عملکرد مناسبی داشته و مدل غیرخطی نوع 1 در برآورد دبی اوج سراسری مناسبترین عملکرد و کمترین میزان خطا را به همراه دارد.