بهینه سازی ضرایب جریان برگشتی در مدل شبیه ساز حوضه آبریز به کمک الگوریتم ژنتیک

مدل سازی یکی از ضروریات مدیریت و برنامه ریزی برای منابع و مصارف آب حوضه آبریز است و ضرایب جریان برگشتی از پارامترهای مهم در مدل سازی و شبیه سازی این منابع می باشند. همچنین برای محاسبات بیلان آبی هر حوضه دانستن ضرایب جریان برگشتی اهمیت زیادی دارد. به دلیل اینکه این پارامترها به طور مستقیم قابل اندازه گیری نیستند، استفاده از تکنیک کالیبراسیون بهترین راه تخمین آنها می باشد. هدف از این پایان نامه بهینه سازی ضرایب جریان برگشتی مصارف مختلف در مدل شبیه ساز حوضه آبریز modsim به کمک الگوریتم ژنتیک (ga) است. ضرایب جریان برگشتی و همچنین سهم آب سطحی و آب زیرزمینی از این جریان های برگشتی، از پارامترهای مدل modsim می باشند و به کمک تکنیک کالیبراسیون بهترین مقدار آنها تخمین زده شده است. modsim یک مدل شبیه ساز مدیریت حوضه آبریز اولویت - پایه است. همچنین از الگوریتم بهینه سازی دسته ذرات (pso) برای کنترل و مقایسه مقدار نهایی تابع هدف بدست آمده توسط ga استفاده شده است. تابع هدف، تابع جذر میانگین مربع خطا (rmse) می باشد و از دو بخش تشکیل شده است. این دو بخش شامل rmse جریان سطحی و rmse تراز آبخوان است. هدف بهینه سازی، حداقل کردن ترکیب rmse مقادیر جریان سطحی مشاهداتی و محاسباتی در خروجی حوضه و rmse مقادیر مشاهداتی و محاسباتی تراز آبخوان می باشد. این دو بخش به کمک روش تجمیع توابع از طریق ضرایب وزنی به یک تابع هدف تبدیل شده اند. در این تحقیق ga و pso با مدل modsim تلفیق شده و یک مدل یکپارچه حاصل شده است. این کار به کمک قابلیت سفارشی سازی modsim و با نوشتن کد الگوریتم های مذکور به زبان vb.net در درون مدل انجام شده است. جنبه دیگر کار انجام شده در این پایان نامه کالیبره کردن هیدروگراف جریان سطحی و هیدروگراف آبخوان به طور همزمان است. همچنین پارامترهای مدل، یعنی ضرایب جریان برگشتی، بر خلاف بسیاری از پارامترهای کالیبره شده در مطالعات دیگر، پارامترهایی واقعی هستند که مفهوم فیزیکی دارند و مختص مدل modsim نیستند. کالیبراسیون برای سه مطالعه موردی مختلف واقع در غرب ایران انجام شد؛ زیرحوضه شیان، حوضه قشلاق و حوضه بالادست سیروان. نتایج نشان می دهد که مقدار نهایی تابع هدف بدست آمده توسط ga تقریباً با مقدار بدست آمده توسط pso برابر است. اختلاف pso و ga در کالیبراسیون و صحت سنجی هیدروگراف جریان سطحی و آبخوان بسیار ناچیز می باشد. مقادیر بدست آمده برای ضرایب جریان برگشتی مقادیر قابل قبول و با معنی هستند. اگر داده های مشاهداتی مربوط به هیدروگراف مشاهداتی جریان سطحی و هیدروگراف مشاهداتی آبخوان برای یک حوضه آبریز در دسترس باشد، ga مقادیر مناسبی را برای ضرایب برگشتی جریان محاسبه می کند. همچنین مقادیر جریان های ورودی به حوضه و تولیدی در درون آن و جریان ورودی به آبخوان حوضه در نتایج کالیبراسیون اثر دارد. اگر این مقادیر ورودی اختلاف زیادی با مقادیر نیازها داشته باشند، باعث پایین آمدن حساسیت مدل نسبت به ضرایب می شود و درجه آزادی الگوریتم بهینه ساز را کاهش می دهد.