نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

بررسی برتری مدل‌های هوش مصنوعی بر مدل‌های هیدرولوژیکی در مدل‌سازی بارش-رواناب (مطالعه‌ی موردی:حوضه‌ی آبریز رودخانه‌ی خرم‌آباد)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشیار هیدرولوژی، عضو هیات علمی دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز
2 دکتری هیدروژئولوژی، دانشگاه شهید چمران اهواز
3 استاد هیدروژئولوژی، عضو هیات علمی دانشکده علوم زمین دانشگاه شهید چمران اهواز.
10.22125/iwe.2025.555667.1905
چکیده
توسعه‌ی رابطه‌ی بارش-رواناب یک موضوع اساسی در مدل‌سازی هیدرولوژیکی است. با توجه به پیچیدگی رابطه‌ی بارش-رواناب، پیش‌بینی رواناب نقش اساسی در برنامه‌ریزی و مدیریت منابع آب ایفا می‌کند. این مطالعه رابطه‌ی بارش-رواناب در حوضه‌ی آبریز رودخانه‌ی خرم‌آباد را با استفاده از داده‌های ایستگاه‌های سینوپتیک خرم‌آباد و هیدرومتری چم‌انجیر هم‌زمان مدل‌سازی می‌کند. در این مطالعه مدل‌سازی بارش-رواناب با استفاد از مدل‌های مفهومی هیدرولوژیکی WEAP و IHACRES و مدل‌های هوش مصنوعی ANN، ANFIS و SVM برای تخمین رواناب انجام شد. دوره‌ی مدل‌سازی برای همه‌ی مدل‌ها از مهر 1335 تا شهریور 1403 در نظر گرفته شد و تنها در مدل WEAP به دلیل تعداد زیاد پارامترهای ورودی دوره‌ی آماری مهر 1389 تا شهریور 1402 انتخاب شد. در مورد مدل‌های هوش مصنوعی 80 درصد داده‌ها برای دوره‌ی آموزش و 20 درصد آن‌ها برای دوره‌ی آزمایش انتخاب شدند. برای ارزیابی دقت پیش‌بینی مدل‌ها نیز از معیارهای ارزیابی عملکرد مدل شامل R2، NSE و RMSE استفاده شد. بر این اساس از بین مدل‌های هیدرولوژیکی، مدل WEAP نسبت به مدل IHACRES و از بین مدل‌های هوش مصنوعی، مدل ANFIS نسبت به مدل‌های ANN و SVM عملکرد بهتری از خود نشان دادند. بر اساس نتایج به‌دست آمده در مجموع از بین همه‌ی مدل‌های مورد استفاده مدل ANFIS با 96/0=R2، 98/0=NSE و 08/2=RMSE در دوره‌ی آموزش و 94/0=R2، 87/0=NSE و 93/1=RMSE در دوره‌ی آزمایش عملکرد بهتری نسبت به سایر مدل‌ها از خود نشان داد. بر این اساس به‌طور کلی می‌توان گفت مدل‌های هوش مصنوعی در مقایسه با مدل‌های هیدرولوژیکی عملکرد بهتری در شبیه‌سازی بارش-رواناب از خود نشان دادند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation of the Superiority of Artificial Intelligence Models over Hydrological Models in Rainfall–Runoff Modeling (Case Study: Khorramabad River)

نویسندگان English

Seyed Yahya Mirzaee 1
Roghayeh , Amiri 2
Manuchehr Chitsazan 3
1 Associate Professor of hydrology, Earth Sciences Faculty, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
2 Ph.D. of hydrogeology, Faculty of Geosciences, Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran,.
3 3 Professor of hydrogeology, Faculty of Geosciences, Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran.
چکیده English

Abstract

The development of the rainfall–runoff relationship constitutes a fundamental aspect of hydrological modeling. Given the inherent complexity of this relationship, accurate runoff prediction plays a pivotal role in water resources planning and management. This study investigates the rainfall–runoff relationship within the Khorramabad River Basin, employing simultaneous data from the Khorramabad Synoptic Station and the Cham-Anjir Hydrometric Station. Rainfall–runoff modeling was conducted using two conceptual hydrological models WEAP and IHACRES as well as three artificial intelligence (AI) approaches, namely Artificial ANN, ANFIS and SVM, to estimate runoff. The modeling period for all models extended from October 1956 to September 2024, except for the WEAP model, for which the period October 2010 to September 2023 was selected due to the large number of input parameters required. For the AI-based models, 80% of the data were used for training and 20% for testing. The performance of the models was evaluated using standard statistical indicators, including the R², NSE and RMSE. The results indicated that, among the hydrological models, WEAP outperformed IHACRES, and among the AI models, ANFIS exhibited superior performance compared to ANN and SVM. Overall, the ANFIS model demonstrated the best performance among all models employed, with R² = 0.96, NSE = 0.98, and RMSE = 2.08 during the training phase, and R² = 0.94, NSE = 0.87, and RMSE = 1.93 during the testing phase. Consequently, the findings suggest that artificial intelligence models generally outperform conceptual hydrological models in simulating the rainfall–runoff process.

کلیدواژه‌ها English

Rainfall-runoff modeling
Artificial intelligence models
Hydrological models of River Basin,

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 03 دی 1404