پایان نامه شبیه سازی رواناب روزانه با استفاده از الگوریتم PSO در بهینه سازی مدل های حوضه آبریز
رشته : ارشد عمران -آب
فرمت : word
چکیده :
یکی از چالشها و اهداف عمده در هیدرولوژی مهندسی تعیین یک مدل بارش- رواناب مناسب جهت مشخص کردن پاسخ حوضه نسبت به یک بارش مشخص با استفاده از پارامترهای موجود در مدل است. پاسخ حوضه تابعی از مشخصات حوضه آبریز و مقادیر پارامترهای مدل است. لذا ضروری است که این پارامترها به نحوی مناسب برآورد گردند.
کالیبراسیون مدل مستلزم بهینه کردن یک تابع هدف است، در این تحقیق ضریب کارآیی یا ضریب Nash & Sutcliffe به عنوان تابع هدف مد نظر قرار گرفت و بیشینه آن به طور خودکار جستجو گردید.
به منظور تحقق این امر از الگوریتم بهینه سازیPSO (Particle Swarm Optimization) برای برآورد مقادیر پارامترهای مدل مفهومی بارش- رواناب ARNO، با استفاده از داده های مشاهداتی روزانه بهره گرفته شد و توسط آنها بهترین هیدروگراف روزانه محاسباتی مشخص گردید.
در این تحقیق، حوضه آبریز رودخانه کرج در بالادست ساختگاه سد امیرکبیر مورد مطالعه قرار گرفت. ورودی های مدلARNO به صورت دو سری زمانی بارش و تبخیر و تعرق پتانسیل هستند.
از آن جا که تبخیر و تعرق پتانسیل تابع دما است و با توجه به اختلاف ارتفاع زیاد نقاط مختلف حوضه، یک مدل رگرسیونی (بر اساس بهترین ضریب تعیین) به منظور محاسبه رابطه بین دما و ارتفاع، برای محاسبه دمای میانگین در هر روز پیشنهاد گردید.
هم چنین با توجه به کوهستانی بودن و زیر صفر بودن دمای هوای بخش عمده ای از حوضه در فصول بارش، سهم عمده ای از نزولات جوی به صورت برف بوده و برف به مدت طولانی در این مکانها به صورت ذخیره باقی می ماند. از این رو اصلاح فایل بارش اولیه امری ضروری است. این کار با جدا کردن سهم برف از مجموع نزولات و اضافه نمودن مجدد برف ذوب شده و تشکیل یک فایل ثانویه بارش که بتوان آن را به عنوان ورودی به مدل بارش- رواناب معرفی نمود، انجام گردید.
در نهایت با اصلاح فایل بارش به عنوان ورودی اصلی مدل و هم چنین ساختن فایل تبخیر و تعرق پتانسیل، مدل مفهومی بارش رواناب ARNO توسط الگوریتم PSO به صورت خودکار کالیبره شد و ضریب کارآیی (Sutcliffe & Nash) برابر ۸۱۰۸/۰ در مرحله کالیبراسیون برای حوضه کوهستانی کرج به دست آمد.
کلمات کلیدی: الگوریتم PSO، ضریب کارآیی، رواناب مشاهداتی، رواناب محاسباتی، دما، تبخیر و تعرق، ذوب برف.
فهرست :
چکیده۱
فصل اول- مقدمه۲
۱-۱ اهمیت و ضرورت انجام تحقیق۳
۱-۳ اهداف و سئوالات تحقیق۴
۱-۴ ساختار پایان نامه۵
فصل دوم
– مبانی و مروری بر منابع۶
۲-۱ کلیات و تعاریف ۷
۲-۲ انواع مدل های هیدرولوژیکی شبیه سازی۹
۲-۲-۱ مدل های پایه فیزیکی (جعبه سفید۱۰
۲-۲-۲ مدل های مفهومی (جعبه خاکستری۱۰
۲-۲-۳ مدل های تجربی (جعبه سیاه۱۱
۲-۳ مروری بر روشهای بهینه سازی فراگیر GO
۲-۳-۱ الگوریتم PSO
۲-۳-۲ مقایسه الگوریتم PSO با سایر روش های محاسبات تکاملی۱۲
۲-۴ مروری بر منابع۱۵
۲-۴-۱ مروری بر مدل های مفهومی بارش- رواناب ۱۵
۲-۴-۲ مروری بر مطالعات صورت گرفته جهت بهینه سازی مدل های هیدرولوژیکی ۱۶
۲-۵ خلاصه و جمع بندی فصل ۱۸
فصل سوم-
منطقه تحقیق، تئوری و روش تحقیق ۱۹
۳-۱ معرفی منطقه تحقیق۲۰
۳-۱-۱ حوضه آبریز سد کرج۲۰
۳-۱-۲ آب رودخانه کرج۲۴
۳-۱-۳ داده¬های مورد استفاده۲۶
۳-۲ معرفی مدل ARNO
۳-۲-۱ ارتباط مفاهیم اساسی مدل ARNO
۳-۲-۲ مدول توازن رطوبت خاک soil moisture balance
۳-۲-۳ مدول تبخیر و تعرق پتانسیل۳۶
۳-۲-۴ مدول آبهای زیرزمینی۳۹
۳-۲-۵ مدول روندیابی سهموی۴۰
۳-۲-۵-۱ روندیابی جریان رودخانه از بالادست۴۰
۳-۲-۵-۲ روندیابی جریان لایه ای۴۱
۳-۲-۶ مدول ذوب برف snowmelt module
۳-۲-۷ ملزومات کالیبراسیون مدل ARNO
۳-۳ معرفی روش بهینه سازی PSO
۳-۳-۱ مفاهیم و منطق حاکم بر روش بهینه سازی PSO
۳-۳-۲ چارچوب تحلیلی الگوریتم بهینه سازی PSO
۳-۳-۳ شناخت پارامترهای کنترل کننده PSO
۳-۳-۴ ورودی های الگوریتم PSO
۳-۴ روش تحقیق۶۱
۳-۴-۱ توسعه برنامه کامپیوتری بر مبنای الگوریتم PSO
۳-۵ خلاصه و جمع بندی فصل۶۵
فصل چهارم
– اعمال روش تحقیق بر منطقه مورد مطالعه، بحث و بررسی نتایج۶۷
۴-۱ پردازش داده ها (Data processing68
۴-۱-۱ منحنی هیپسومتری (Hypsometric curve68
۴-۱-۲ پیشنهاد یک رابطه رگرسیونی بین دما و ارتفاع۷۰
۴-۱-۳ محاسبه دمای میانگین حوضه بر اساس منحنی هیپسومتری۷۷
۴-۱-۴ تولید سری زمانی تبخیر و تعرق پتانسیل حوضه۸۰
۴-۲ توسعه مدل برف۹۶
۴-۲-۱ نتایج حاصل از مدل برف۱۰۸
۴-۳ کالیبراسیون مدل با استفاده از الگوریتم PSO
۴-۳-۱ انتخاب پارامترهای مناسب برای الگوریتم PSO
۴-۳-۲ انتخاب تعداد particle ها و تعداد مراحل تکرار
۴-۳-۳ تولید بهترین هیدروگراف خروجی شبیه سازی۱۱۱
۴-۳-۴ اعتبار سنجی مدل۱۱۴
۴-۴ بحث درباره پارامترهای مدل ARNO
۴-۴-۱ پارامترهای مورد استفاده در کالیبراسیون۱۱۵
۴-۴-۲ مقادیر برآورد شده پارامترها و بحث درباره آنها۱۱۶
۴-۵ خلاصه و جمع بندی فصل۱۲۱
فصل پنجم
– نتیجه گیری، جمع بندی و ارائه پیشنهاد برای تحقیقات آتی۱۲۲
۵-۱ خلاصه تحقیق۱۲۳
۵-۲ نتیجه گیری ها۱۲۳
۵-۲-۱ محدودیت های بهینه سازی یک مدل هیدرولوژیکی ۱۲۴
۵-۳ ارائه پیشنهاد برای مطالعات آتی۱۲۵
مراجع۱۲۷
پیوست ۱۳۱
چکیده انگلیسی۱۴۵
این پروژه به عنوان کمک آموزشی و در راستای تکمیل مطالعات شما ، در وبسایت قرار گرفته است .
لطفا از این پروژه به عنوان پایان نامه و یا پروژه تخصصی استفاده ننمایید .
- فاقد لینک دانلود و فروش. این پروژه فقط جهت معرفی در سایت قرار گرفته است. [purchase_link id=”۹۹۶۲″ text=”اضافه‌کردن به سبدخرید” style=”button” color=”green”]
