بهبود عملکرد یک مدل هیدرولوژی ساده با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی چند هدفه و داده های گرانی سنجی ماهواره ای

امروزه استفاده از مدل­های هیدرولوژی، عمدتاً برای شبیه سازی تغییرات منبع آب و سیلان (شامل رواناب و تبخیر) ضروری به نظر می­رسد. مدلسازی خوب فرآیندهای هیدرولوژیکی با استفاده از مدل­های هیدرولوژی نیازمند تعیین پارامترهای مدل می­باشد. در فرآیند واسنجی (کالیبراسیون) مقادیر پارامترهای مدل طوری برآورد می­شوند که مدل به خوبی بتواند سیستم طبیعی را شبیه سازی نماید. موفقیت مدل­های موجود در شبیه سازی واقعیت به پیچیدگی و تعداد پارامترهای آن بستگی ندارد. ساختار مدل، تشخیص پارامترهای تأثیرگذار و نحوه واسنجی می­تواند تأثیر قابل توجهی در بهبود عملکرد شبیه سازی داشته باشد. روش­های بهینه سازی از جمله روش­های اتوماتیک واسنجی این مدل­ها می­باشد. تجربه­های عملی واسنجی مدل­های هیدرولوژی نشان داده است که روش­های تک هدفه اغلب جهت اندازه­گیری همه ساختارهای مهم داده­های مشاهداتی کافی نیست. در این تحقیق الگوریتم­های بهینه سازی تکاملی چندهدفه NSGA-II، MPSO، PESA-II و SPEA-II جهت واسنجی اتوماتیک یک مدل هیدرولوژیکی ساده (GR4J)، متشکل از 4 پارامتر، برای حوضه دانوب با استفاده از داده­های رواناب و ذخیره کلی آب حاصل از داده­های روزانه ثقل سنجی ماهواره­ای به کار گرفته می­شوند. در این الگوریتم­ها با ماکزیمم کردن ضرایب بهره­وری نش-ساتکلیف (NS) مربوط به رواناب و تغییرات ذخیره آب، پارامترهای مدل برآورد شده و با معیارهای ارزیابی تعداد جواب آرشیو پرتو (NPS)، فاصله نسلی (GD)، فاصله گذاری (SP) و بیشترین گسترش (MS) عملکرد الگوریتم­ها در فرآیند واسنجی مقایسه می­شود. تمامی الگوریتم­ها توانسته­اند در پایان الگوریتم تعداد جواب آرشیو پرتو یکسانی داشته باشند. با توجه به معیارهای SP و MS الگوریتم NSGA-II عملکرد بهتری داشته و الگوریتم MPSO با توجه به تمامی معیارها عملکرد بهتری نسبت به روش-های PESA-II و SPEA-II و با معیار GD نیز بهتر از الگوریتم NSGA-II ارزیابی شده است. با توجه به نتایج محاسبه ضریب NS، مشخص شد که مدل در دوره­های واسنجی و ارزیابی (اعتبار سنجی) دارای عملکرد قابل قبولی است و استفاده همزمان رواناب و تغییرات ذخیره آب منجر به بهبود عملکرد مدل شده است یعنی علاوه بر شبیه­سازی قابل قبول رواناب، شبیه­سازی قابل قبولی از تغییرات ذخیره آب نیز صورت گرفته است.