ارزیابی تجزیه سری زمانی مبتنی بر تابع موجک در شبیه سازی دبی جریان رودخانه

استفاده از مقادیر تجزیه و تحلیل شده توسط تابع موجک می تواند دقت شبیه سازی ها را افزایش دهد. با توجه به تغییرات اقلیمی و افزایش مقادیر حدی در سال های اخیر، در این مطالعه سعی گردید تاثیر پردازش سیگنال تحت عنوان تبدیل موجک در بهبود عملکرد مدل جنگل تصادفی در شبیه سازی جریان ماهانه در زیرحوضه های سیمینه رود و مهابادچای در جنوب دریاچه ارومیه در دوره آماری 2019-1971 مورد بحث و بررسی قرار گیرد.

روش پژوهش: 

در این مطالعه، دقت مدل جنگل تصادفی در دو مرحله آموزش و آزمون مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا مدل جنگل تصادفی در دو فاز آموزش و آزمایش در شبیه سازی بارش-رواناب در جنوب حوضه دریاچه ارومیه مورد ارزیابی قرار گرفت. در خصوص ارزیابی عملکرد و میزان خطای مدل های مورد مطالعه به ترتیب از آماره های نش-ساتکلیف و جذر میانگین مربعات خطا استفاده شد. در گام بعدی بعد از بررسی عملکرد مدل جنگل تصادفی، اقدام به تجزیه سری های زمانی بارش و دبی جریان در حوضه های مورد مطالعه با استفاده از تابع موجک شد. در این خصوص از دو سطح تجزیه (سطح 1 و 2) و دو تابع موجک Haar و Daubechies استفاده شد. در نهایت با استفاده از مدل جنگل تصادفی به شبیه سازی بارش-رواناب مبتنی بر تئوری موجک تحت عنوان مدل W-RF پرداخته شد.

یافته ها و تشریح:

 درابتدا مدل جنگل تصادفی در دو فاز آموزش و آزمون مورد بررسی قرار گرفته نتایج شبیه سازی مقادیر دبی جریان نشان داد که مقادیر شبیه سازی شده در محدوده اطمینان 95 درصد واقع شده که میزان خطای شبیه سازی مقادیر دبی جریان با استفاده از آماره RMSE به ترتیب برابر با 22/3 و 91/8 مترمکعب بر ثانیه در فاز آزمایش برای زیرحوضه مهابادچای و سیمینه رود است. جهت بررسی تاثیر تجزیه سری زمانی بر عملکرد مدل RF، از تئوری موجک و تابع موجک های Haar و دابچیز4 در دو سطح تجزیه 1 و 2 استفاده شد. با برآورد دقت و عملکرد مدل تلفیقی W-RF در 4 الگوی ورودی، بهترین الگو بر اساس معیارهای ارزیابی مدل RMSE و NSE انتخاب گردید. نتایج بررسی ها نشان داد که برای تابع موجک Haar، تجزیه سطح 1 عملکرد و میزان خطای بهتری نسبت به نوع سطح 2 در هر دو زیرحوضه دارد. در این مطالعه موجک دابچیز در سطح 1 در فاز آزمایش بهترین عملکرد و کمترین میزان خطا را در شبیه سازی مقادیر دبی جریان در زیرحوضه های مورد مطالعه ارائه کرده و توانسته است میزان خطا را در دو زیرحوضه مهابادچای و سیمینه رود به ترتیب حدود 89 و 80 درصد نسبت به مدل جنگل تصادفی کاهش دهد.

در نهایت با مقایسه دو مدل RF و W-RF در شبیه سازی مقادیر دبی جریان در دو زیرحوضه مورد مطالعه، نتایج نشان داد که مدل تلفیقی W-RF به دلیل تجزیه سری زمانی مورد مطالعه توانسته است میزان خطا را در دو زیرحوضه مهابادچای و سیمینه رود به ترتیب حدود 89 و 80 درصد کاهش دهد. با توجه به افزایش پیچیدگی شبیه سازی با دخالت تئوری موجک، میزان بهبودی خطا و عملکرد مدل قابل قبول می باشد. مدل تلفیقی W-RF در این مطالعه نتایج قابل اعتمادی را برای شبیه سازی داده های دبی جریان ارائه میدهد تا بتوان از تصمیم گیری و تحلیل ریسک در عملیات بهره برداری از مخزن های پایین دست و مدیریت منابع آب زیرحوضه ها پشتیبانی کند. نتایج به دست آمده به خوبی می تواند در طراحی سامانه های منابع آب به کار گرفته شود.