واسنجی و اعتباریابی پارامترهای مدل HEC-HMS با الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO)-رویکرد تک هدفه

آب و خاک

مقاله 6، دوره 29، شماره 3، شهریور 1394، صفحه 615-626   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v0i0.37239

نویسندگان

رضا گرمه ای^{* 1}؛ علیرضا فریدحسینی²؛ سیدمجید هاشمی نیا³؛ علی حجتی¹

¹دانشگاه فردوسی مشهد

²دانشیار گروه آموزشی علوم و مهندسی آب-دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد

³فردوسی

چکیده

مدیریت حوضه های آبریز مستلزم استفاده از الگوهای هیدرولوژیکی است که نقش مهمی را در پیش بینی پاسخ حوضه به فرآیندهای بارش-رواناب ایفا می کنند. از طرفی ارزیابی رفتار حوضه نیز با الگو های ریاضی هیدرولوژیکی مستلزم واسنجی مدل با هدف تخمین و برآورد پارامترهای حوضه با بیشترین تطابق خروجی مدل با مجموعه ای از مقادیر مشاهداتی است. مهم ترین هدف واسنجی الگو های بارش-رواناب یافتن مقادیر بهینه مدل به گونه‌ای که بتوان بهترین منحنی را برای آبنمود های مشاهداتی و محاسباتی برازش داد. در این پژوهش، مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS و الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) به عنوان مدل بهینه ساز عمل می کنند. مدل تلفیقی ارائه شده بر حوضه سد کارده واقع در استان خراسان رضوی مورد بررسی قرار گرفته است. واسنجی مدل در رویکرد تک هدفه و با دو تابع هدف NASH و RMSE به طور جداگانه در رخداد-های مختلف انجام گرفت. نتایج حاکی از قابلیت مدل در واسنجی رخدادها تا حد قابل قبولی بود. هم چنین نتایج واسنجی با چهار معیار متفاوت ارزیابی شد. اعتباریابی در انتها با دسته پارامترهای حاصل از واسنجی انجام شد. نتایج نشان داد که مدل عملکرد چندان مطلوبی ندارد. لذا پیشنهاد یک مجموعه پارامتر بر اساس واسنجی رخدادهای منفرد و صحت سنجی تک رخداد باقی مانده ممکن نیست.

کلیدواژه‌ها

بارش-رواناب؛ حوضه آبریز؛ صحت سنجی؛ مدل بهینه ساز؛ واسنجی؛ مدل هیدرولوژیکی

مراجع

1- Chow V.T., Maidment D.R., and Mays L.W. 1988. Applied Hydrology, McGraw, Inc, New York, USA.

2- Duan Q., Sorooshian S., and Gupta H.V. 1994. Optimal use of the SCE-UA global optimization method for calibrating watershed models. Journal of Hydrology, 158: 265-284.

3- Eberhart R., Kennedy J. 1995. A New Optimizer Using Particle Swarm Theory Proc. Sixth International Symposium on Micro Machine and Human Science, Nagoya, Japan, Piscataway, NJ: IEEE Service Center pp. 39-43.

4- Eckhardt K., Arnold J.G. 2001. Automatic Calibration of Distributed Catchment’s Model. Journal of Hydrology, 251:103-109.

5- Ensaniat N. 2012. Daily runoff simulation using the PSO algorithm in catchment model optimization. M.sc. Thesis. Azad University. Tehran. (in Persian with English abstract)

6- Gupta H.V., Sorooshian S., and Yapo P. 1999. Status of automatic calibration for hydrologic models comparison with multi-Level expert calibration. Journal of Hydrologic Engineering, 250: 135-143.

7- Jain S.K. 1993. Calibration of Conceptual Models for Rainfall-Runoff Simulation. HydrologicalSciences, 189: 431-441.

8- Kamali B., Mousavi J. 2010. Automatic Calibration of Hydrologic Event-Based Model Using PSO Meta-Heuristic Algorithm. Fifth National Congress on Civil Engineering. (in Persian with English abstract)

9- Kumar D.N., Reddy M.J. 2007. Multipurpose Reservoir Operation Using Particle Swarm Optimization. Journal of Water Resource Planning and Management, 133: 192-201.

10- Liu H., Abraham A. 2007. Calibration of Conceptual Models for Rainfall-Runoff Simulation. Journal of Innovative Computing and Applications, 139: 39-47.

11- Moussa R., Chahinian N. 2009. Comparison of Different Multi-Objective Calibration Criteria Using a Conceptual Rainfall-Runoff Model of Flood Events. Journal of hydrology and Earth System Sciences,194: 519-535.

12- Muleta M.K., Nicklow J.W. 2005. Sensitivity and Uncertainty Analysis Coupled with Automatic Calibration for a Distributed Watershed Model. Journal of Hydrology, 306: 127-145.

13- Parsopoulos K.E, Vrahatis M.N. 2002. Recent Approaches to Global Optimization Problems through Particle Swarm Optimization. Natural Computing, 1: 235-306.

14- Scharffenberger W.A., Fleming M.J. 2008. Hydrologic Modeling System HEC-HMS User’s Manual. USACE, 1-290.

15- Sorooshian S. (1983). Automatic Calibration of Conceptual Rainfall-Runoff Models; the Question of Parameter Observability and Uniqueness. Water Resource Research, 19: 260-268.

16- Timothy D.S., Charles S.M., Kyle E.K. 2000. Equations for Estimating Clark Unit Hydrograph Parameters for Small Rural Watersheds in Illinois. Water-Resources Investigations Report.