سید محمد حسینی موغاری
-
افزایش وقوع طوفان های گردوغبار در چند سال اخیر در جنوب غرب ایران به ویژه در استان خوزستان و به تبع آن کاهش کیفیت هوا در این مناطق، اهمیت پیش بینی و ارتباط این پدیده با نوسانات اقلیمی را دوچندان کرده است. هدف از این پژوهش بررسی کارایی روش های هیبریدی ژنتیک-تبرید (GA-SA) و الگوریتم ژنتیک (GA) به منظور انتخاب متغیرهای ورودی بهینه در پیش بینی فراوانی روزهای همراه با طوفان گردوغبار (FDSD) است. بدین منظور از داده های ساعتی گردوغبار و کدهای سازمان هواشناسی و همچنین داده های اقلیمی شامل دمای حداکثر، دمای حداقل، دمای متوسط، مجموع بارش و سرعت بیشینه باد در مقیاس فصلی با طول دوره آماری 35 ساله (2018-1984) در هفت ایستگاه سینوپتیک استان خوزستان استفاده شد. در ادامه با در دست بودن سری زمانی شاخص FDSD و سایر متغیرهای اقلیمی، اقدام به مقایسه کارایی حالت های مختلف متغیرهای ورودی، به منظور پیش بینی فراوانی روزهای همراه با طوفان گردوغبار در فصل آینده شد. نتایج نشان داد که روش هیبریدی ژنتیک-تبرید (GA-SA) در بین تمام حالت های انتخاب متغیرهای ورودی، بهترین عملکرد را داشت؛ به طوری که در این حالت معیارهای ارزیابی R، MAE و RMSE به ترتیب از 91/0، 29/0 و 44/0 تا 99/0، 13/0 و 17/0 در ایستگاه های مورد مطالعه متغیر بود. همچنین متوسط فراوانی روزهای همراه با طوفان گردوغبار در مقیاس فصلی در ایستگاه های مورد مطالعه به ترتیب صعودی از 68/1 تا 10/4 متغیر بود به طوری که با افزایش شاخص FDSD در ایستگاه مورد مطالعه، دقت پیش بینی تمام حالت ها افزایش داشت به نحوی که در حالت اول پیش بینی (صرفا بر اساس شاخص FDSD)، ضریب همبستگی بین مقادیر مشاهداتی فراوانی روزهای همراه با طوفان گردوغبار و مقادیر محاسباتی آن از 87/0 به 95/0 افزایش یافت. برای حالت دوم (پیش بینی بر اساس فروانی روزهای همراه با طوفان گردوغبار و همه ویژگی های کمکی یعنی FDSD & AC)، حالت سوم (بر اساس بهینه سازی الگوریتم ژنتیک) و حالت چهارم (بر اساس روش هیبریدی ژنتیک-تبرید) نیز ضریب همبستگی به ترتیب از 93/0 تا 94/0، 91/0 تا 97/0 و 94/0 تا 99/0 در ایستگاه های موردمطالعه متغیر بود. در مجموع با مقایسه حالت های مورد استفاده، روش هیبریدی ژنتیک-تبرید (GA-SA) بهترین عملکرد و بعد از آن الگوریتم ژنتیک (GA) بهترین نتیجه را ارایه نمود. نتایج این مطالعه می تواند در مدیریت پیامدهای ناشی از طوفان گردوغبار و برنامه های مقابله با بیابان زایی در مناطق تحت مطالعه مفید باشد.
کلید واژگان: گردوغبار, شاخص FDSD, بیابان زدایی, ژنتیک-تبرید, ANFISThe increase in dust storms occurrence in recent years in southwestern Iran, especially in Khuzestan province, and consequently the decrease in air quality in these areas, has doubled the importance of forecasting and linking this phenomenon with climate variations. The aim of this study was to investigate the efficiency of hybrid Genetic-Annealing (GA-SA) and Genetic Algorithm (GA) methods for selecting optimal input variables in forecasting the frequency of days with dust storm (FDSD). For this purpose, hourly dust data and meteorological organization codes, as well as climatic data including maximum temperature, minimum temperature, average temperature, total rainfall and maximum wind speed on a seasonal scale with a statistical period of 35 years (1984-2018) in seven synoptic stations in Khuzestan province were used. Then, by having a time series of FDSD index and other climatic variables, it was compared to the efficiency of different modes of input variables, in order to forecasting the frequency of days with dust storm in the next season. The results showed that the hybrid Genetic-Annealing method (GA-SA) had the best performance among all the modes of selecting the input variables; In this case, the evaluation criteria of R, MAE and RMSE varied from 0.91, 0.29, and 0.44 to 0.99, 0.13 and 0.17 in the studied stations, respectively. Also, the average frequency of days with dust storm on a seasonal scale in the studied stations varied from 1.68 to 4.10, respectively, so that with increasing FDSD index in the study station, the predictive accuracy of all modes increased so that in the first forecast state (based solely on the FDSD index), the correlation coefficient between the observational values of the days associated with dust storms and its computational values increased from 0.87 to 0.95. For the second case (forecast based on frequency of days with dust storm and all Auxiliary Characteristics, ie FDSD & AC), the third mode (based on the optimization of the Genetic Algorithm) and the fourth mode (based on the hybrid Genetic-Annealing method) the correlation coefficient also varied from 0.93 to 0.94, 0.91 to 0.97 and 0.94 to 0.99 in the studied stations, respectively. In general, by comparing the modes used, the hybrid Genetic-Annealing method (GA-SA) performed the best, followed by the Genetic Algorithm (GA). The results of this study can be useful in managing the consequences of dust storms and desertification programs in the study areas.
Keywords: Dust, FDSD Index, Desert Greening, Genetic-Annealing, ANFIS -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و سوم شماره 3 (پیاپی 89، پاییز 1398)، صص 211 -221
با توجه به افزایش مصرف آب، توجه به تخصیص منابع بهینه آب نیاز است. در دهه های اخیر، استفاده از روش های تکاملی هوشمند برای بهینه سازی تخصیص آب گسترش پیدا کرده است. هدف از این مطالعه، توسعه یک مدل برنامه ریزی منابع آب برای تعیین کشت مناسب، بهره برداری بهینه از منابع آب زیرزمینی و منابع آب و همچنین نحوه تخصیص آب در میان محصولات کشاورزی به منظور به حداقل رساندن اثرات جانبی ناشی از کمبود آب و افزایش درامد آن است. در این مطالعه به منظور به حداکثر رساندن سود و کاهش حداکثری مصرف آب، براورد نیاز آب به محصول در دوره های مختلف برای بهینه سازی مدیریت الگوهای برداشت و مدیریت آبیاری در کشت در شبکه آبیاری ورامین با استفاده از الگوریتم تکاملی جدید چرخه آب استفاده شد. سپس برای اعتبارسنجی روش، نتایج آن با مدل برنامه ریزی خطی و الگوریتم ژنتیک مقایسه شد (9963/0 = 2R) نتایج نشان داد که الگوی کاشت منطقه مطلوب نبوده و کشت محصولاتی نظیر گندم، جو، گوجه فرنگی، خربزه و یونجه به صفر رسیده است. در الگوی جدید، بیشترین سطح زیر کشت به محصولات صنعتی مانند کلزا و پس از آن به خیار و ذرت اختصاص داده شد در حالی که درامد حدود 11 درصد افزایش یافت. علاوه بر آن، مقداری آب در ماه های مختلف در شبکه باقی می ماند که می توان از آنها به منظور تزریق به سفره های زیرزمینی و یا کشت سایر محصولات بر اساس میزان آب موجود استفاده کرد.
کلید واژگان: بهینه سازی فراکاوشی, الگوی کشت, عملکرد محصول, الگوریتم چرخه آب, الگوریتم ژنتیکDue to water use increasing, attention to optimal water resources allocation is needed. In recent decades, the use of intelligent evolutionary methods for optimization of water allocation was focused more by researchers. The aim of this study is to development on water resources planning model that determined the proper cultivation, optimal exploitation of groundwater and surface water resources although water allocation among crops is a way to minimize the adverse effects of dehydration and increase its revenue. In this study, for maximizing profits, estimating crop water requirements at different periods to optimize the management of cropping patterns and irrigation management in cultivation in Varamin irrigation network using a new evolutionary algorithm was called the water cycle. Then for validation of this method is that a new approach and ensure the integrity of its performance Its results are compared with a genetic algorithm model and linear programming as our base (R2=0.9963). The results showed that the area cropping pattern was not optimal and the area under cultivation of crops such as wheat, barley, tomatoes, Bamjan, melon, alfalfa reaches zero and the new paradigm of the largest area under cultivation to industrial goods and then was assigned cucumbers. While our revenues have increased about 11 percent. In addition to amount of water in different months remain in the network that can be used for many that such as injection into underground aquifers or other crops based on the amount of water available.
Keywords: Metha-heuristic Optimization, Cultivation Pattern, Crop Yield, Water Cycle Algorithm, GeneticAlgorithm -
پایش خشکسالی یکی از ارکان اصلی مدیریت خشکسالی است. از این رو محقیقان همواره به دنبال یافتن راهی برای پایش هرچه دقیق تر این پدیده هستند. هدف اصلی مقاله حاضر، بررسی کارایی مشاهدات ماهواره ی بازیابی گرانش و آزمایش اقلیمی (GRACE) در پایش خشکسالی در حوضه ی مرکزی ایران بین سال های 2016-2002 است. با پرتاب این ماهواره امکان پایش بیهنجاری های ذخیره ی کل آب (TWSA) برای کل جهان با دقت بالا فراهم شد. با توجه به معنی دار بودن اثر فعالیت های انسانی بر TWSA در حوضه ی مذکور، شاخص های متداول خشکسالی GRACE مبناء مانند شاخص شدت خشکسالی(DSI)، در حوضه ی مرکزی کارایی مناسبی ندارند. از این رو در این مقاله شاخص شدت خشکسالی اصلاح شده (MDSI) با حذف روند از سری زمانی TWSA معرفی شد. همچنین، شاخص های بارش استاندارد شده (SPI) و بارش- تبخیر و تعرق استاندارد شده (SPEI) نیز به عنوان مبنایی برای ارزیابی کارایی شاخص های DSI و MDSI بکار گرفته شدند. بر اساس نتایج، ضریب همبستگی بین DSI و شاخص های SPI12 و SPEI12 به ترتیب برابر 0/42 و 0/26 به دست آمده است؛ در حالی که این مقادیر برای MDSI به ترتیب برابر 0/69 و 0/56 می باشند. نتایج مربوط به MDSI نشان داد که در دوره ی مورد مطالعه، شدیدترین و طولانی ترین خشکسالی در سال های 2009-2008 رخ داده است. در این دوره حوضه با کمبود 238 کیلومتر مکعبی آب روبرو بوده است. بر اساس نرخ حداکثر و متوسط تغییرات کمبودها در حوضه، برای جبران این کمبود حداقل 21 ماه و به طور متوسط 91 ماه زمان لازم است.کلید واژگان: شاخص شدت خشکسالی اصلاح شده, شاخص بارش استاندارد شده, شاخص بارش- تبخیر و تعرق استاندارد شدهDrought monitoring is one of the main pillars of drought management. Therefore, investigators are always looking for a way to improve the drought monitoring accuracy. The main purpose of this paper is to investigate the efficiency of GRACE satellite observations in drought monitoring in the Markazi basin of Iran between 2002 and 2016. With the launch of this satellite, it has been possible to monitor total water storage anomalies (TWSA) for the entire world with high precision. Due to the significance of human activities impact on Total Water Storage Anomaly (TWSA), obtained from GRACE in the above mentioned basin, the common GRACE-based drought indices, such as Drought Severity Index (DSI), has not been efficient in this basin. Therefore, in this paper the newly Modified Drought Severity Index (MDSI) is introduced based on de-trended TWSA time series. Also, both Standardized Precipitation Index (SPI) and Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) were used, as the criteria to assess the performance of DSI and MDSI. The results showed that the correlation coefficient between DSI and SPI12/SPEI12 were equal to 0.42/0.26, while these values for MDSI were equal to 0.69 and 0.56, respectively. Calculated MDSI time series revealed that during the studied period, the most severe and longest drought occurred in the years 2008-09. During this period the basin faced with a deficit of 238 km3. On the basis of maximum and average rate of deficit changes in the basin, at least 21 and on average 91 months is needed for recovery of this deficit.Keywords: Modified Drought Severity Index, Standardized precipitation index, Standardized Precipitation Evapotranspiration Index
-
کمبود اطلاعات بارش همواره یکی از محدودیت های اصلی تحقیقات و مطالعه در زمینه مهندسی آب و هواشناسی بوده است. به این دلیل محققین و مهندسین همواره به دنبال یک جایگزین و یا مکمل برای به دست آوردن اطلاعات حاصل از ایستگاهه ای بارانسنجی زمینی بوده اند. امروزه پایگاه های بارش شبکه بندی شده جهانی یکی از گزینه های اصلی و معتبر این کمبود است. پایگاه های بارش جهانی اطلاعات از منابع مختلف شامل ایستگاه های زمینی، اطلاعات سنجش از دور و مدله ای عددی بارش را به صورت شبکه بندی منطقه ای و یا جهانی را در اختیار قرار می دهند. گام اول برای استفاده از اطلاعات این پایگاه ها آشنایی با انواع پایگاه های بارش شبکه بندی شده و گام دوم انتخاب مناسب ترین پایگاه برای منطقه مورد مطالعه است. این انتخاب بر اساس مقایسه اطلاعات بارش پایگاههای مختلف با اطلاعات ایستگاهی موجود انجام می شود. با توجه به ضرورت استفاده از پایگاه های بارش جهانی، در این مقاله تجمیع مشخصات و تشریح ویژگی های هر پایگاه که شامل قدرت تفکیک مکانی-زمانی و دورههای زمانی و اطلاعات در دسترس می باشد انجام شد.کلید واژگان: اطلاعات سنجش از دور, ایستگاه های باران سنجی, تحلیل مجدد, کمبود داده, مدل های عددیThe lack of precipitation data has always been one of the major constraints on water engineering and climatology studies. Hence, researchers and engineers are always investigating alternatives to fill the gap of data scarcity for ungauged areas. Nowadays, one of the options for the researchers in this area is applying global gridded precipitation datasets. These datasets provide a gridded regional or global precipitation data by collecting data from various sources including gauges, remote sensing information, and numerical models. The first step to use the datasets is being aware of different sources of these datasets. The second step is to select the most suitable dataset for a given region. This selection is carried out by comparing the extracted precipitation data from different datasets with the existing gauged information. Given the necessity of using the global precipitation datasets, a brief description of the method of obtaining precipitation data in each dataset is presented in the current paper. Moreover, the characteristics of each database, including the spatial-temporal resolution, and time period of the information of databases has been explained.Keywords: Remote sensing information, Raingauges, Reanalysis, Lack of data, Numerical models
-
مقایسه روش های پارامتری و ناپارامتری محاسبه شاخص بارش استاندارد شده (SPI) در پایش خشکسالی (مطالعه موردی: حوضه گرگانرود)شاخص بارش استاندارد شده (SPI) مرسوم ترین شاخص پایش خشکسالی است. محاسبه این شاخص به طور معمول بر اساس برازش توزیع گاما بر روی اطلاعات بارش انجام می شود؛ اما مطالعات نشان داده اند که برای پایش دقیق تر خشکسالی باید توزیع بهینه بارش در هر ماه تعیین گردد. از طرف دیگر در سری های زمانی ناایستای بارش، امکان تعیین صحیح پارامترهای توزیع های احتمالاتی وجود ندارد. از این رو در سال های اخیر شاخص ناپارامتری SPI معرفی شده که در آن یک توزیع احتمال تجربی، جایگزین توزیع پارامتری گردیده است. با این وجود در مطالعات داخلی هم چنان توجه کافی به استفاده از شاخص های ناپارامتری خشکسالی نشده است. از این رو در این مقاله کارایی شاخص ناپارامتری SPI در پایش خشکسالی حوضه گرگانرود بین سال های آبی 1352- 1351 تا 1386- 1385 ارزیابی و نتایج آن با شاخص پارامتری SPI مقایسه شد. همچنین بسته نرم افزاری SDAT برای محاسبه شاخص های ناپارامتری خشکسالی معرفی گردید. نتایج این تحقیق نشان داد که دو سری زمانی حاصل از رویکرد پارامتری بر اساس بهترین توزیع احتمالاتی و رویکرد ناپارامتری به خوبی بر هم منطبق هستند به نحوی که ضریب همبستگی بین دو سری زمانی برابر یک بوده و وقایع خشکسالی را به صورت همزمان شناسایی کرده اند. بر اساس شاخص SPI12 در هر دو رویکرد پارامتری و ناپارامتری طولانی ترین خشکسالی در حوضه بین بهمن 1361 تا اسفند 1362 به مدت 14 ماه رخ داده است که در این دوره، حوضه درگیر یک خشکسالی شدید بوده است.کلید واژگان: SDAT, توزیع احتمال پارامتری, توزیع گاما, توزیع تجربی, سری های زمانی ناایستاA comparison of parametric and non-parametric methods of standardized precipitation index (SPI) in drought monitoring(Case study: Gorganroud basin)The Standardized Precipitation Index (SPI) is the most common index for drought monitoring. Although the calculation of this index is usually done by using the gamma distribution fitting of precipitation data, studies have shown that for accurate monitoring of drought, the optimal distribution of precipitation in each month should be determined. On the other hand, in non-stationary time series, it is not possible to determine the proper parameters of probability distributions. Hence, in recent years, the non-parametric SPI has been introduced, in which the parametric distribution is replaced by an empirical probability distribution. However, in national studies, there is still insufficient attention to non-parametric drought indicators. Therefore, in this paper, the performance of the nonparametric SPI was evaluated for drought monitoring over Gorganroud basin during 1972 to 2015 and the results were compared with the parametric SPI. The SDAT software package was also introduced to calculate nonparametric drought indices. The results of this study showed that time series of the parametric approach based on the best probability distributions and the nonparametric approach are well correlated with each other. The correlation coefficient between the two-time series is equal to one. Drought events have been detected at the same time based on the two approaches. Based on the SPI12 in both parametric and non-parametric approaches, the longest drought occurred in the basin between February 1983 and March 1984 for a period of 14 months, during this period, the basin suffered severe drought.Keywords: SDAT, parametric probability distribution, gamma distribution, empirical distribution, non-stationary time series
-
رودخانه ها یکی از مهم ترین منابع تامین آب شیرین به شمار می روند. محدودیت این منابع ضرورت حفظ کیفیت آن ها را نشان می دهد. به منظور پایش کیفی منابع آب معمولا از شاخص های کیفیت آب استفاده می شود. هر کدام از این شاخص بر اساس پارامترهای کیفی مشخصی محاسبه می شوند که فرآیند نمونه برداری و تعیین مقدار این پارامترها زمان بر و پرهزینه است، لذا یافتن روشی دقیق که در آن با حداقل پارامترهای کیفی بتوان طبقه کیفیت آب را تعیین کرد بسیار مفید است. در مقاله حاضر از مزایای شبکه عصبی احتمالی (PNN) به عنوان یک طبقه بندی کننده برای تعیین کیفیت آب رودخانه کارون به عنوان جایگزینی برای شاخص متداول و پرکاربرد NSFWQI استفاده شد. برای این منظور از آمار کیفی 172 نمونه استفاده شد به این صورت که پارامترهای کیفی و کلاس های کیفیت آب حاصل از شاخص NSFWQI به ترتیب به عنوان ورودی مدل و خروجی مدل در نظر گرفته شدند. جهت ارزیابی عملکرد مدل PNN، از معیارهای ارزیابی نرخ خطا، مقدار خطا، دقت و ضریب همبستگی اسپیرمن استفاده شد. نتایج نشان داد که PNN تنها با استفاده از سه پارامتر کیفی کدورت، کلیفرم مدفوعی و کل مواد جامد می تواند با دقت 37/94% و 78/90% به ترتیب در مرحله آموزش و آزمایش، طبقه کیفی آب را مشخص کند که بیانگر دقت بالای PNN در تعیین طبقه کیفی آب می باشد .کلید واژگان: آب سطحی, پارامترهای کیفی آب, شاخص NSFWQI, طبقه بندی کیفیت آب, مدل سازیRivers are considered one of the most important resources of providing fresh water. Restrictions faced by such resources underline the necessity of preserving their quality. Water quality indices are usually resorted to qualitatively monitor water resources. Any of such indices is calculated with regard to a series of specific qualitative parameters. The process of sampling and quantification of the aforementioned parameters are, however, time-consuming and costly. Finding a reliable method comprised of minimum qualitative parameters could be, therefore, of great help in classifying water quality. As an alternative to the common NSFQWI, the advantages of the Probabilistic Neural Network (PNN) as a classifier are used in the present study to classify water quality of Karun River. In order to fulfill this objective, the qualitative statistics of 172 samples were used in a way that qualitative parameters and water quality classes derived from NSFWQI are used respectively as the input and output of the model. The assessment criteria of error rate, error value, accuracy and Spearmans correlation coefficient were used to evaluate the performance of PNN model. The results showed that through making use of merely three parameters of turbidity, fecal coliform and total dissolved solids, PNN model is capable of classifying water quality with the accuracy of 94.365% and 90.7769% at two stages of training and test respectively which in turn indicates considerable accuracy of PNN in determining water quality classification.Keywords: Surface water, Water quality parameters, NSFWQI, Water quality classification, Modeling
-
در این مقاله به ارزیابی دقت اطلاعات چهار پایگاه بارش شبکه بندی شده جهانی شامل CRU، GPCC، PCDR و DEL در حوضه دریاچه ارومیه پرداخته شده است. بدین منظور از بارش مشاهداتی در شش ایستگاه همدیدی شامل ارومیه، مهاباد، تکاب، تبریز، مراغه و سقز بین سال های 1984 تا 2013 استفاده شد. ارزیابی ها بر اساس ضریب کارایی نش-ساتکلیف (NSE)، ضریب همبستگی (CC)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و Bias انجام گرفت. نتایج در تمام مقیاس ها (ماهانه، فصلی و سالانه)، حاکی از عملکرد مناسب GPCC بود. برای مثال در مقیاس سالانه، GPCC به ترتیب با NSE،CC و RMSE برابر با 87/0، 94/0 و 12/31 میلی متر، بهتر از سایر پایگاه ها عمل نموده است. بر اساس نتایج به دست آمده، عملکرد CRU نیز قابل قبول است. این پایگاه بر اساس Bias بهتر از GPCC عمل کرده است. همچنین PCDR و DEL عملکرد قابل قبولی در هیچ مقیاس زمانی نداشته اند.کلید واژگان: پایگاه بارش, CRU, GPCC, PCDR, DELThe present study aims to analyze the accuracy of four global gridded precipitation datasets namely CRU, GPCC, PCDR, DEL over Lake Urmia basin, Iran. To this end, observed data have been collected from six synoptic stations namely Urmia, Mahabad, Takab, Tabriz, Maragheh and Saqqez over a period of 30 years (1984-2013). Evaluation was done based on Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE), correlation coefficient (CC), Root Mean Square Error (RMSE) and Bias. Results on all scales (monthly, seasonal and annual) showed the proper performance of the GPCC. For example, in annual scale, GPCC, outperformed other databases with NSE, CC and RMSE values of 0.87, 0.94, and 31.12 mm respectively. According to the results, performance of the CRU is acceptable. This dataset has been performed better than the GPCC, based on Bias. Also PCDR''s and DEL''s performance were unacceptable in all time scales.Keywords: Precipitation datasets, CRU, GPCC, PCDR, DEL
-
امروزه با افزایش نیازهای آبی، تعادلی بین عرضه و تقاضای آب در اکثر مناطق کشور وجود ندارد. از اینرو، مدیریت صحیح آب و استفاده بهینه از منابع آب موجود، امری اجتناب ناپذیر است. از این رو، استفاده از روش های بهینه سازی در این زمینه می تواند مفید واقع شود. روش های بهینه سازی تکاملی از جمله روش های مورد نظر در این زمینه می باشند که عملکرد مناسب آنها بسیار گزارش شده است. الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر جغرافیای زیستی (BBO) الگوریتم تکاملی جدیدی است، که عملکرد و کارایی آن در چندین مسئله بهینه سازی به اثبات رسیده است. هدف از این پژوهش بررسی کارایی BBO برای اولین بار در مدیریت منابع آب است. ابتدا BBO در یافتن نقاط بهینه برای سه تابع معیار در بهینه سازی، شامل تابع کره، روزنبراک و بوکین6 مورد استفاده قرار گرفت، سپس از BBO در بهره برداری بهینه از مخزن کارون4 با هدف برقابی بهره برداری گردید. به منظور ارزیابی کارایی BBO، از الگوریتم ژنتیک (GA) و برنامه ریزی غیرخطی (NLP) نیز در این مسائل استفاده شد. نتایج مربوط به توابع معیار نشان دادند که BBO در یافتن نقاط بهینه هر سه تابع بهتر از GA عمل نموده، و با دقت بالایی به جواب بهینه نزدیک شده است. در بهره ورری از مخزن کارون4 نیز نتایج حاکی از کارایی BBO در استخراج سیاست های بهینه بهره برداری بود، به نحوی که مقدار تابع هدف حاصل از BBO در بهترین عملکرد برابر با 223/1، و برای GA برابر با 535/1 به دست آمده است. همچنین، جواب بهینه مطلق حاصل از NLP برای این مسئله 213/1 بوده است.کلید واژگان: الگوریتم های تکاملی, بهینه سازی, بهینه سازی مبتنی بر جغرافیای زیستی, بهره برداری از مخزنNowadays, along with an increase in water needs, there is no balance between water demand and water supply in most regions of the country. Therefore, planning an appropriate policy to strike a balance between a declining water supply and an increasing demand to prevent a crisis is of utmost importance. The use of optimization methods in this context can be useful. Evolutionary algorithm methods are known as appropriate methods in this regard, and their suitable performance have been reported. Biogeography-based optimization (BBO) is a new evolutionary algorithm which its high performance in some aspects has been proved. The main objective of this study was to assess the performance of BBO in water resources management for the first time. Firstly, BBO was used for finding optimal points of three benchmark function including Sphere, Rosenbrock, and Bukin6; secondly, it was applied for an optimal operation of the Karon4 Reservoir with the aim of hydropower generation. In order to evaluate the performance of BBO, in addition to this method, the genetic algorithm (GA) and the nonlinear programming (NLP) were employed. The results of benchmark function showed that BBO delivered a better performance than the GA in finding the optimal points of three functions. Moreover, BBO reached an optimal solution with a higher degree of accuracy. In operation of the Karon 4 Reservoir, the results also indicated the high efficiency of BBO in extracting optimal operational policies in such circumstances; the objective function value of BBO at the best performance was 1.223, and, that for GA was 1.535. Furthermore, the global optimal solution obtained from NLP for this problem was 1.213.Keywords: Evolutionary Algorithm, optimization, biogeography-based optimization, operation of reservoir
-
تاکنون الگوریتم ها و روش های بهینه سازی مختلفی در بهره برداری بهینه از مخازن با اهداف مختلف بکار گرفته شده اند. به تازگی، از الگوریتم بهینه سازی فاخته(COA) ، به عنوان یک الگوریتم تکاملی (EA) جدید، در حل تعدادی از توابع معیار و مسائل واقعی بهره وری گردیده، و عملکرد و توانایی بالای آن در حل مسائل بهینه سازی دشوار گزارش شده است. هدف این مقاله بررسی کارایی COA در سامانه ی منابع آب، به منظور استخراج سیاست های بهره وری بهینه برای یک مخزن با هدف برقابی می باشد. به این منظور، عملکرد این الگوریتم دریک دوره ی 30 ساله بهره برداری از مخزن کارون4 مورد بررسی واقع شد، و دستاوردهای آن با نتایج به دست آمده از الگوریتم ژنتیک (GA) مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج حاکی از آن بودند که COA توانایی بالاتری را در رسیدن به جواب بهینه نسبت به GA از خود نشان داد. مقدار متوسط تابع هدف با استفاده از الگوریتم های COA و GA به ترتیب برابر با 34/6 و 28/9 بوده است. علاوه بر این، جواب بدست آمده از COA فاصله کمی را با جواب بهینه ی مطلق دارد.کلید واژگان: الگوریتم بهینه سازی فاخته, الگوریتم ژنتیک, بهره برداری بهینه, الگوریتم تکاملیMany algorithms and methods have been applied, so far, in order to operate reservoirs, optimally. Recently, the Cuckoo Optimization Algorithm (COA) as a new Evolutionary Algorithm (EA) has been utilized for solving a number of bench mark functions and real problems, and high performance and efficiency has been reported for solving difficult optimization problems. The main objective of the current study was an assessment of the COA efficiency in water resource systems in order to extract optimal operation policy for a reservoir with hydropower application. An application of this algorithm in a thirty-year operation of the Karun4 Reservoir was evaluated. The results were compared with those results of Genetic Algorithm (GA) outcomes. The results showed that the COA has a greater ability to reach optimal solution in comparison with the GA. The mean values of the objective functions were 6.34 and 9.28 for the COA and GA algorithms, respectively. Furthermore, the obtained results by the COA showed less difference to the global optimum.Keywords: Cuckoo Optimization Algorithm, genetic algorithm, Optimal Operation, Evolutionary Algorithm
-
با توجه به اهمیت داده های بارش در علوم مختلف و عدم وجود شبکه ی باران سنجی گسترده و مناسب لازم است داده های بارش به نحوی برآورد شوند. یکی از بهترین راه های برآورد بارش، استفاده از داده های ماهواره ای است. البته ضروری است که ارزیابی دقت این داده ها قبل از استفاده انجام شود. در مقاله حاضر به ارزیابی دقت داده های بارش ماهواره ای CMORPH و 3B42RT V7 TRMM در حوضه گرگانرود پرداخته شده است. بدین منظور داده های بارش این دو پایگاه با داده های بارش مشاهده ای شش ایستگاه تمر، رامیان، بهلکه داشلی، سدگرگان، فاضل آباد، غفارحاجی در سال های آبی83-1382 لغایت 86-1385 مقایسه شد. معیار های ضریب همبستگی، میانگین انحراف خطا، میانگین مجذور مربع خطا، ضریب تغییرات میانگین مجذور مربع خطا، انحراف نسبی، احتمال آشکار سازی، نرخ هشدار اشتباه و شاخص موفقیت بحرانی برای بارش های هر دو ماهواره محاسبه شد. نتایج نشان می دهد که داده های ماهواره ای در مقیاس ماهانه و فصلی از دقت بالا تری نسبت به مقیاس روزانه برخوردار هستند. بیشترین همبستگی داده های TRMM 3B42RT V7 و CMORPH با داده های مشاهده ای، مربوط به متوسط بارش مرداد ماه ایستگاه غفارحاجی و به ترتیب با ضریب همبستگی 0.93 و 0.85 می باشد. بررسی ها نشان می دهد که ماهواره های CMORPH وV7 TRMM 3B42RT مقدار بارش را کم تر از مقدار مشاهداتی تخمین زده اند. همچنین CMORPH احتمال آشکار سازی و شاخص موفقیت بحرانی بهتر اما نرخ هشدار اشتباه بد تری نسبت بهV7 TRMM 3B42RT از خود نشان داده است.کلید واژگان: پایگاه جهانی بارش, احتمال آشکارسازی, نرخ هشدار اشتباه, CMORPH, TRMM 3B42RT V7Iranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:11 Issue: 36, 2017, PP 55 -68Due to the importance of precipitation data in different fields and also lack of widespread and proper rain gauge networks, the precipitation data should be somehow estimated. Satellites are one of the best apparatus which can use to prepare the required precipitation data. However, it is essential to evaluate the accuracy of such data before using them. The main target of this paper is to evaluate the accuracy of CMORPH and TRMM 3B42RT V7 precipitation data, in Gorganrood Basin, IRAN. To achieve this aim, data of both above mentioned satellites are compared with observation data from six stations including; Tamr, Ramiyan, Bahlakeh, Dashlei, Gorgan Dam, Fazel Abad and Ghaffar Haji, for periods of 2003 to 2007. Moreover, different probability criteria such as; Correlation Coefficient, Mean Bias Error, Root Mean Square Error, CV (Coefficient of Variation) of Root Mean Square Error, Relation Bias Criteria, Probability of Detection, False Alarm Ratio and Critical Success Index were calculated for both satellites. Results show that the studied satellites data in monthly and seasonal scales are more accurate than daily scale. The highest correlation between TRMM 3B42RT V7 and CMORPH data comparing to their relevant observed data is related to the August precipitation in Ghaffar Haji station, which are equal to 0.93 and 0.85, respectively. Also, the results show that both TRMM 3B42RT V7 and CMORPH satellites estimated precipitation lower than observed data. Also, Probability of Detection and Critical Success of CMORPH satellites are better than TRMM 3B42RT V7. However, False Alarm of TRMM 3B42RT V7 satellite is better.Keywords: Global Precipitation Datasets, Probability of Detection, False Alarm Ratio, CMORPH, TRMM 3B42RT V7
-
داده های معتبر و بلند مدت بارندگی به عنوان پیش نیاز اغلب مطالعات هواشناسی و منابع آب در اکثر نقاط کشور دارای نقصان و کمبود است. در این مقاله امکان استفاده از اطلاعات جهانی بارش به عنوان یک جایگزین برای داده های برداشت شده زمینی، مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور اطلاعات بارندگی سه پایگاه جهانی بارش شامل CRU ،GPCC و AOHRODITE برای سه ایستگاه همدیدی در حوضه کرخه (کرمانشاه، خرم آباد و همدان) برای سال های 1978 تا 2007 دریافت و مورد ارزیابی قرار گرفت. علاوه بر ارزیابی مستقیم مقدار بارش، عملکرد این اطلاعات در پایش خشکسالی در سه ایستگاه مذکور نیز بررسی شد. پایش خشکسالی بر اساس شاخص استاندارد بارندگی (SPI) انجام گردید. نتایج نشان داد که عملکرد پایگاه های مختلف در مناطق مختلف، متفاوت است؛ اما به طور کلی در ایستگاه کرمانشاه عملکرد CRU و در ایستگاه خرم آباد و همدان پایگاه APHRODITE بهتر عمل نموده است. در پایش خشکسالی، بر اساس شاخص SPI سالانه در ایستگاه کرمانشاه، CRU با 83 درصد تشخیص صحیح کلاس خشکسالی و در ایستگاه خرم آباد و همدان، GPCC به ترتیب با 83 و 70 درصد تشخیص صحیح کلاس خشکسالی بهترین عملکرد را داشته اند.کلید واژگان: بارش, حوضه کرخه, APHRODITE, GPCC, CRULack of reliable long term data of precipitation, required for hydrometeorological studies, is a major challenge in most of weather stations of Iran. The present study aims to analyze the possibility of using global precipitation data as an alternative to the in situ observations. For this purpose, precipitation data collected from three global datasets namely APHRODITE, GPCC, and CRU were studied over a period of 30 years (1978-2007) for three synoptic stations located within Karkhe basin; Kermanshah, Khoram-Abad, and Hamedan. In addition to the total amount of precipitation the Standardized Precipitation Index (SPI) was also calculated using data retrieved from these three datasets. The obtained values were compared with observed ones. The obtained results revealed that different global databases perform differently in various climatic regions. However, in general, CRU at Kermanshah station, and APHRODITE at Khoram-Abad and Hamadan station, outperformed the others. For drought monitoring, based on annual SPI index, CRU by 83 percent of correct drought class recognition at Kermanshah station and GPCC by 83 and 70 percent of correct drought class recognition at Khoram-Abad and Hamadan stations, respectively, showed the best performance.Keywords: Karkheh basin, APHRODITE, CRU, GPCC, Iran
-
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیستم شماره 2 (پیاپی 76، تابستان 1395)، صص 85 -98بارش یک پارامتر مهم در چرخه هیدرولوژی بوده و کمبود داده های آن از بزرگ ترین مشکلات در تحلیل های اقلیمی و هیدرولوژیک است. لذا، محققین استفاده از تصاویر ماهواره ای حاصل از سنجش از دور را به عنوان یکی از راهکارهای عملی به منظور تخمین بارش مطرح کرده اند. در این مقاله، به ارزیابی اطلاعات بارش ماهواره ای PERSIANN و TRMM-3B42 V7 در حوضه گرگانرود پرداخته شده است. بدین منظور، از اطلاعات بارش روزانه ایستگاه های تمر، رامیان، بهلکه داشلی، سد گرگان، غفارحاجی و فاضل آباد طی سال های آبی 83-1382 تا 86-1385 استفاده شد. شاخص های ارزیابی برای مقیاس های زمانی روزانه، ماهانه و فصلی محاسبه و تحلیل شدند. نتایج نشان داد اگرچه PERSIANN و TRMM-3B42 V7 در مقیاس روزانه دقت کافی ندارند، ولی در مقیاس های ماهانه و فصلی با قیاس نتایج مطالعات مشابه، از دقت مناسبی برخوردارند. بیشترین همبستگی بین اطلاعات این دو پایگاه و داده های مشاهداتی در مقیاس های زمانی روزانه و ماهانه برای TRMM-3B42 در ایستگاه های سد گرگان و بهلکه داشلی به ترتیب برابر 397/0 و 404/0 مشاهده شد. در مقیاس فصلی همبستگی داده های مشاهداتی در فصل زمستان با PERSIANN و در بقیه فصل ها با TRMM-3B42 بیشتر است. همچنین، نتایج نشان می دهد اگرچه TRMM-3B42 همبستگی بیشتری را با داده های مشاهداتی دارد، اما PERSIANN در آشکارسازی تعداد روزهای بارانی نتایج بهتری را ارائه کرده است.
واژه های کلیدی:کلید واژگان: بارش روزانه, تخمین بارندگی, تصاویر ماهواره ای, سنجش از دورPrecipitation is an important element of the hydrologic cycle and lack of this data is one of the most serious problems facing research on hydrological and climatic analysis. On the other hand, using satellite images has been proposed by many researchers as one of practical strategies to estimate precipitation. The present paper aims to evaluate the accuracy of satellite precipitation data, provided by PERSIANN and TRMM-3B42 V7 in Gorganrood basin, Iran. To achieve this aim, two sets of daily precipitation ground-based data, 2003 to 2004 and 2006 to 2007, from six stations of Gorganrood basin, named; Tamer, Ramian, Bahalkeh-ye Dashli, Gorgan Dam, Ghaffar Haji and Fazel Abad have been used in this paper. The evaluation indices have been calculated and analyzed in different time scales, including daily, monthly and seasonal. The results indicated that the two above mentioned satellite models are not accurate in daily scale. However, they showed reasonable accuracy in monthly and seasonal scales. The highest correlations between satellites and recorded data in daily and monthly scales, for TRMM-3B42 V7 in Gorgan Dam and Bahlke Dashlei stations, are 0.397 and 0.404, respectively. The comparison of measured and satellite data of winter showed better agreement for PERSIANN model. However, TRMM-3B42 V7 shows better correlation in other seasons. The results also indicated that while TRMM-3B42 data displays higher correlation with measured data, PERSIANN provids better results in predicting the number of rainy days.Keywords: Daily precipitation, Precipitation estimation, Remote sensing, Satellite images -
درک صحیح زمان شروع خشکسالی در هر منطقه به مدیریت و کاهش خسارت های ناشی از خشکسالی کمک شایانی می کند. هدف این تحقیق، پایش و پیش بینی خشکسالی در ایستگاه گنبد کاووس در مقیاس های زمانی کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت است. بدین منظور شاخص بارندگی استاندارد (SPI) در مقیاس های زمانی 1، 3، 6، 9، 12 و 24 ماهه مورد استفاده قرار گرفت. برای محاسبه SPI از آمار ماهانه بارندگی این ایستگاه، در طی سال های آبی 52-1351 تا 86-1385 استفاده شد. پس از پایش خشکسالی، بر اساس سری زمانی SPI و با استفاده از چهار روش هوش مصنوعی شامل شبکه عصبی پرسپترون چند لایه (MLP)، سیستم استنباط عصبی-فازی تطبیقی (ANFIS)، شبکه عصبی مبتنی بر توابع پایه شعاعی (RBF) و شبکه عصبی رگرسیون تعمیم یافته (GRNN) اقدام به پیش بینی خشکسالی گردید. نتایج مربوط به پایش نشان داد، چهار دوره طولانی مدت خشکسالی مربوط به سال های 58-53، 62-60، 70-67 و 76-73 در طول دوره آماری وجود دارد. در قسمت پیش بینی، نتایج حاکی از افزایش دقت پیش بینی ها، با افزایش مقیاس محاسبه SPI بود؛ به نحوی که بر اساس نتایج حاصل از مدل MLP ضریب همبستگی بین مقادیر مشاهداتی SPI و مقادیر پیش بینی شده آن، برای SPI1 و SPI24 به ترتیب 009/0 و 949/0 بوده است. همچنین با توجه به نتایج مدل-های ANFIS، RBF و GRNN به ترتیب ضریب همبستگی مربوط پیش بینی مقادیر SPI1 تا SPI24 از 021/0 تا 925/0، 263/0 تا 953/0 و 210/0 تا 955/0 متغیر بود. درمجموع با مقایسه نتایج مدل های مورد استفاده، ANFIS بهترین عملکرد و بعد از آن GRNN بهترین نتایج را ارائه نموده است.کلید واژگان: توابع پایه شعاعی, شاخص بارندگی استاندارد, سیستم استنباط عصبی, فازی تطبیقی, هوش مصنوعیIntroductionDue to economic, social, and environmental perplexities associated with drought, it is considered as one of the most complex natural hazards. To investigate the beginning along with analyzing the direct impacts of drought; the significance of drought monitoring must be highlighted. Regarding drought management and its consequences alleviation, drought forecasting must be taken into account (11). The current research employed multi-layer perceptron (MLP), adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS), radial basis function (RBF) and general regression neural network (GRNN). It is interesting to note that, there has not been any record of applying GRNN in drought forecasting.Materials And MethodsThroughout this paper, Standard Precipitation Index (SPI) was the basis of drought forecasting. To do so, the precipitation data of Gonbad Kavous station during the period of 1972-73 to 2006-07 were used. To provide short-term, mid-term, and long-term drought analysis; SPI for 1, 3, 6, 9, 12, and 24 months was evaluated. SPI evaluation benefited from four statistical distributions, namely, Gamma, Normal, Log-normal, and Weibull along with Kolmogrov-Smirnov (K-S) test. Later, to compare the capabilities of four utilized neural networks for drought forecasting; MLP, ANFIS, RBF, and GRNN were applied. MLP as a multi-layer network, which has a sigmoid activation function in hidden layer plus linear function in output layer, can be considered as a powerful regressive tool. ANFIS besides adaptive neuro networks, employed fuzzy logic. RBF, the foundation of radial basis networks, is a three-layer network with Gaussian function in its hidden layer, and a linear function in the output layer. GRNN is another type of RBF which is used for radial basis regressive problems. The performance criteria of the research were as follows: Correlation (R2), Root Mean Square Error (RMSE), Mean Absolute Error (MAE).
ResultsDiscussionAccording to statistical distribution analysis, the optimal precipitation distribution in many cases was not Gamma distribution. The various time-scales of SPI revealed that, at least in 50% of the events, Gamma was not the selected distribution. Throughout the drought forecasting on the basis of SPI time-series with four aforementioned networks, 80% of the data was allocated to the training process whilst the rest of them considered for the test process. The proper parameters of the networks were chosen via trial and error. Moreover, Cross-validation was used to overcome the over-estimation. The results revealed that the long-term SPIs outdid the others. Performance of the networks promoted with increases in time scales of SPI. In other words, the performance criteria improved proportional to the increases in the time-scales. Based on the Table 3, the least and best performance were contributed to SPI1 and SPI24, respectively. In this regard, R2 of MLP for observed and estimated values of SPI vitiated from 0.009 to 0.949. Similar to MLP, correlation of ANFIS, RBF, and GRNN increased from 0.021 to 0.925, 0.263 to 0.953, and 0.210 to 0.955. Comparison of observed and estimated mean values via Z test indicated that null hypothesis of equal mean observed and estimated values was only rejected for SPI1 with α=0.01. Hence, except SPI1 forecasting, the all other scenarios have remained the mean of observed time series which highlighted the robustness of artificial intelligence in drought forecasting.ConclusionThe main objective of the ongoing research was monitoring and forecasting of drought based upon various time scales of SPI. In doing so, the precipitation data of Gonbad Kavous station during the period of 1972-73 to 2006-07 were used. Based on K-S test, the best statistical distribution test for different time scales of SPI evaluation was chosen, and then, the SPI was calculated based on the most fitted distribution. After generating the time-series, MLP, ANFIS, RBF, and GRNN were applied for drought forecasting. According to the findings, the lowest performance of forecasting belonged to SPI1 where its RBFs best performance for R2, RMSE, and MAE were 0.263, 0.806, and 0.989. Furthermore, increases in SPI time-scale promoted the performance of networks. Thus, the worst and best performance belonged to SPI1 and SPI24, respectively. Among the utilized models, ANFIS stood superior to the others, and GRNN followed up after it.Keywords: Artificial Intelligence, Generalized Regression Neural Network, Radial Basis Functions, Standardized Precipitation Index -
آگاهی از کیفیت آب هر منطقه در تصمیم گیری های مدیریتی به منظور استفاده بهینه از منابع آب ضروری است. یکی از روش های رایج در اظهارنظر در مورد کیفیت منابع آب، استفاده از شاخص های کیفیت منابع آب(WQIs) است. شاخص ها معمولا دارای محدودیت هایی است از جمله ی آن ها می توان به ضرورت در دسترس بودن کلیه پارامترهای استفاده شده در توسعه هر شاخص اشاره کرد. همچنین برخورد قطعی با مسائل کیفیت آب نقطه ضعف دیگری برای این شاخص ها است. از این رو برای حل این دو محدودیت در مقاله حاضر با استفاده از سیستم استنتاج فازی (FIS) و بر اساس« استلزام ممدانی» و با کاربرد داده های کیفی آبخوان دشت ساوه، اقدام به توسعه شاخص کیفیت آب فازی (FWQI) شده است. هفت شاخص از نوع FWQI با پارامترهای کیفی مختلف توسعه داده شد. این شاخص ها برای مشخص کردن کیفیت آب 17 چاه از دشت ساوه به کار گرفته شدند. به منظور در دسترس بودن معیاری برای قضاوت مقادیر برآوردی آن ها با مقادیر پایه و شناخته شده محاسبه شده بر اساس شاخص WQI مقایسه شدند. نتایج نشان داد که در غیاب برخی از پارامترها، شاخص های FWQI با دقت بالایی قادر به ارزیابی منابع آب زیرزمینی هستند. همچنین مشخص شد که اگر در میان پارامترهای ورودی، پارامتری که دارای مقداری خارج از محدوده مطلوب خود باشد، حذف شود، در طبقه بندی کیفی آب ایجاد خطا خواهد نمود. بررسی پایش کیفی آب چاه ها نشان داد که وضعیت آب آن ها از نظر شرب در شش چاه قابل قبول، در پنج چاه غیرقابل قبول و در شش چاه بسیار نامناسب است.کلید واژگان: آب زیرزمینی, استلزام ممدانی, سیستم استنتاج فازی, کیفیت آبJournal of water and soil, Volume:29 Issue: 5, 2016, PP 1117 -1113IntroductionGroundwater resources are the main source of fresh water in many parts of Iran. Groundwater resources are limited in quantity and recently due to increase of withdrawal, these resources are facing great stress. Considering groundwater resources scarcity, maintaining the quality of them are vital. Traditional methods to evaluate water quality insist on determining water quality parameter and comparison between them and available standards. The decisions in these methods rely on just specific parameters, in order to overcome this issue, water quality indices (WQIs) are developed. Water quality indexes include a range of water quality parameters and using mathematical operation represent an index to classify water quality. Applying the classic WQI will cause deterministic and inflexible classifications associated with uncertainties and inaccuracies in knowledge and data. To overcome this shortcoming, using the fuzzy logic in water resources problems under uncertainty is highly recommended. In this paper, two approaches are adopted to assess the water quality status of the groundwater resources of a case study. The first approach determined the classification of water samples, whilst the second one focused on uncertainty of classification analysis with the aid of fuzzy logic. In this regard, the paper emphasizes on possibility of water quality assessment by developing a fuzzy-based quality index even if required parameters are inadequate.Materials And MethodsThe case study is located in the northwest of Markazi province, Saveh Plain covers an area of 3245 km2 and lies between 34º45′-35º03′N latitude and 50º08′-50º50′E longitudes. The average height of the study area is 1108 meter above mean sea level. The average precipitation amount is 213 mm while the mean annual temperature is 18.2oC. To provide a composite influence from individual water quality parameters on total water quality, WQI is employed. In other words, WQI is a weighting average of multiple parameters. The present research used nine water quality parameters (Table 2). In this paper Fuzzy Water Quality Indices (FWQIs) have been developed, involving fuzzy inference system (FIS), based on Mamdani Implication. Firstly, five linguistic scales, namely: Excellent, Good, Poor, Very poor, and Uselessness were taken into account, and then, with respect to If→then rules the FWQIs were developed. Later, the seven developed FIS-based indexes were compared with a deterministic water quality index. Indeed seven FWQIs based on different water quality available parameters have been developed. Then developed indices were used to evaluate the water quality of 17 wells of Saveh Plain, Iran.Results And DiscussionThe present study analysed groundwater quality status of 17 wells of Saveh Plain using FWQI and WQI. Based on the driven results from WQI and its developed fuzzy index, similar performance was observed in most of the cases. Both of them indicated that the water quality in six wells including NO.1, 2, 6, 12, 13, and 17 were suitable for drinking. Due to the fact that the values of both indexes were under 100, the mentioned wells could be considered as drinking water supplies. The indexes illustrated the very poor quality of wells NO.7, 9, 10, 11, 14, and 16. As a result, according to FWQI1 along with WQI, nearly 35% of wells have proper drinking water quality, while approximately 30% and 35% of them suffered from poor and very poor quality, respectively. The overall picture of water quality within the study area was not satisfying, hence, an accurate site selection for discovering water recourses with appropriate quality for drinking purpose must be responsible authorities priority. Analysis of FWQI2, FWQI3 and FWQI4 revealed that elimination of the parameters slightly changed the result of FWQI2; however, FWQI3 and FWQI4 did not vary considerably. Thus, Cl influenced the water quality slightly, but Ca and K did not affect the water quality of the plain. The results showed that inexistence of one of the mentioned parameters would not affect the computational process adversely. A glance at FWQI5, FWQI6 and FWQI7 revealed the improper performance of FWQI5 to show wells water quality status. Throughout the FWQI5 evaluation process, all the wells water quality stood in Excellent category. Due to the considerable values of TDS in the Plain, elimination of this parameter in FWQI5 caused inappropriate evaluation. Hence, whenever a case study deals with a high value of a specific quality parameter, elimination of that parameter would negatively demote validation of the analysis. Figures (3)-(6) represented the results of WQI along with seven FWQIs for 17 utilized wells water quality assessment in the study area during the proposed periods.ConclusionThroughout the present study, the capability of seven FIS-based indexing procedures in modelling the water quality analysis of 17 wells of Save Plain was discussed. The proposed FWQIs were developed on the basis of Mamdani approach by applying triangular and trapezoidal membership functions to determine the groundwater quality of the case study according to the nine parameters. The results revealed that FWQI1-4 outperformed others. On the other hand, FWQI5-7 which eliminated three out of the nine parameters, did not made a valid contribution to the computational context. This might be related to omitting the effective water quality parameters from the inputs of the model. The results also illustrated that, only six out of 17 wells of the region could be considered as suitable sources for the drinking purpose. The water quality status in five wells was not satisfying, and six wells were plagued by very poor quality of water.Keywords: Groundwater, Mamdani Implication, Fuzzy Inference System, Water quality
-
بیشترین مقدار آب کشور در بخش کشاورزی مصرف می شود. بنابراین استفاده بهینه از آب در این بخش، به میزان قابل توجهی در حفاظت منابع آب و استفاده حداکثری از آب موجود موثر است. در بسیاری از مناطق، سدهای ذخیره ای وظیفه تامین آب کشاورزی پایین دست خود را بر عهده دارند. بهره برداری بهینه از مخازن یکی از مهم ترین بخش های مدیریت منابع آب سطحی بوده و روش های بهینه سازی گوناگونی در این زمینه استفاده شده اند، که پرکاربردترین آنها روش های فراکاوشی می باشند. در این پژوهش الگوریتم کرم شب تاب (FA) به عنوان روشی نوین برای تعیین سیاست های بهینه بهره برداری از مخزن بازفت، به کار گرفته شده است. مدل سازی بهره برداری از مخزن سد بازفت برای یک بازه 120 ماهه مربوط به سال های آبی 66-65 تا 75-74 صورت گرفت. تابع هدف در نظر گرفته شده به صورت کمینه کردن مجموع مجذور نسبت تفاضل مقدار نیاز و مقدار رهاسازی شده از مخزن، به بیشینه نیاز طی دوره بهره برداری تعریف گردید. عملکرد الگوریتم FA با الگوریتم ژنتیک (GA)و بهینه سازی مجموعه ذرات (PSO) که روش های بهینه سازی متداول و شاخصی می باشند، مقایسه و ارزیابی شد. نتایج حاکی از عملکرد بهتر FA نسبت به دو روش دیگر بود، به گونه ای که مقدار متوسط تابع هدف حاصل از FA برابر 0/408 و متوسط تابع هدف برای GA و PSO به ترتیب برابر 0/618 و 0/913 به دست آمد. افزون بر مقدار مناسب تابع هدف، FA مقدار کمبودهای کمتر و خفیف تری نسبت به GA و PSO ایجاده کرده است.
کلید واژگان: الگوریتم کرم شب تاب, بهره برداری بهینه, روش های فراکاوشی, مخزن بازفتThe largest amount of water in Iran is used in agricultural sector. Thus، efficient use of water in this sector will be significantly effective in maintaining water resources and optimum use of available water. In many regions، surface reservoirs are responsible for providing water to downstream agriculture. Optimal operation of reservoir is one of the major parts of surface water resource optimization. So far، several optimization approaches have been used، among them، the most popular methods are Evolutionary Algorithms. In this study، Firefly Algorithm (FA)، as a new method، was proposed for optimal operating of Bazoft reservoir. The operation modeling was carried out for a period of 120 months related to 1986 to 1995 years. The considered objective function was defined as minimizing the sum of squared differences between the demands and the release from the reservoir divided by maximum demand during operation. The model performance was examined compared to Genetic Algorithm (GA) and Particle Swarm Optimization (PSO). These two mentioned algorithms are known as common and standard methods. The results indicated that firefly algorithm can better perform than other methods. The mean value of the objective function of this method was 0. 408، and the mean of the objective function for the GA and PSO were 0. 618 and 0. 913، respectively. In addition، FA has created less deficiency values and milder deficiency compares to GA and PSO.Keywords: Bazoft reservoir, evolutionary methods, firefly algorithm, optimal operation
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.