مدلسازی نوسان‌های ماهانۀ آب زیرزمینی به‌ وسیلۀ تبدیل موجک و شبکۀ عصبی پویا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکدۀ فنی و مهندسی، دانشگاه قم، قم، ایران

2 کارشناس ارشد سازه های هیدرولیکی، گروه مهندسی عمران، دانشکدۀ فنی و مهندسی، دانشگاه قم، قم، ایران

چکیده

مدلسازی نوسان‌های زمانی آب زیرزمینی، در مدیریت حوزه‏‏های آبریز و ایجاد تعادل در عرضه و تقاضای آب اهمیت زیادی دارد. در سال‏های اخیر استفاده از تحلیل موجک برای تجزیۀ سری‏های زمانی و ترکیب آن با شبکه‏های عصبی به‌صورت گسترده‏ای در مدلسازی پدیده‏های هیدرولوژیکی به‌­کار رفته ‏است. در این تحقیق، توانایی مدل ترکیبی موجک- شبکۀ عصبی پویا برای پیش‏بینی یک ماه آیندۀ عمق آب زیرزمینی ارزیابی شده و این مدل با مدل‏های شبکۀ عصبی و رگرسیون خطی چندمتغیره مقایسه شده ‏است. داده‏های استفاده‌شده برای تشکیل مدل‏ها فقط عمق آب زیرزمینی ماهانه است که در دو پیزومتر واقع در دشت قم به‌مدت ده سال اندازه‏گیری شده ‏است. نتایج نشان داد عملکرد مدل شبکۀ عصبی چندان رضایت­بخش نیست. مدل رگرسیون خطی چندمتغیره نیز نتایج دقیقی نداشت و مقدار پیش‌بینی‌شده با این مدل در اکثر موارد بیشتر از مقدار واقعی بود، در‏حالی‏که مدل ترکیبی موجک- شبکۀ عصبی با استفاده از موجک مادر Meyer با دو سطح تجزیه، توانست یک ماه آینده را با ضریب‌های نش 993/0 و 974/0 به‌ترتیب برای پیزومترهای 1 و 2 پیش­بینی کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Monthly simulation of groundwater fluctuations using wavelet and dynamic neural network

نویسندگان [English]

  • Taher Rajaee 1
  • Hadi Ebrahimi 2
1 Assistant Professor, Department. of Civil Engineering, University of Qom, Qom- Iran
2 Former M.Sc. Student, Department of Civil Engineering, University of Qom, Qom- Iran
چکیده [English]

Simulation of groundwater fluctuations plays a crucial role in management of watersheds and water demand balancing. Recently, wavelet analysis has been used widely in time series decomposition and coupling with neural networks for hydrological modeling. In this paper, the ability of the wavelet-dynamic artificial neural networks (W-ANN) model was applied in forecasting one-month-ahead of groundwater level and compared to regular artificial neural networks (ANN) and multi linear regression (MLR) models. The only variable used to develop the models was monthly groundwater level data recorded for ten years at two piezometers in the Qom plain, Iran. The results show that the MLR model overestimate the observed data and the performance of ANN model hasn't enough accuracy, whereas the W-ANN model with Meyer mother wavelet and two decomposition levels, could predict one-month-ahead with Nash-Sutcliffe coefficient equal to 0.993 and 0.974 for piezometers 1 and 2 respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • forecasting
  • groundwater depth
  • multi linear regression
  • Qom Plain
  • time series