بخشی از مقاله
چکیده:
در این تحقیق نقش پارامترهایی از جمله دبی ، میزان بارندگی و درجه حرارت در ماه های گذشته و جاری برروی دبی ماهیانه رودخانه بوانات مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی در این تحقیق استفاده از روش شبکه های عصبی مصنوعی جهت بررسی تاثیر پارامترهای مختلف برروی دبی هرماه بوده است . برای مدل سازی اطلاعات از نرم افزار Qnet2000 که بر اساس روش پیشخور کار می کند استفاده شده است.
همچنین در مدلسازی از دو تابع تحریک سیگموئید و گوسین استفاده می شود. برای پیش بینی جریان خروجی حوضه بوانات، داده های هیدرومتری ایستگاه مزایجان و هواشناسی - باران، دما، دبی - در مقیاس زمانی ماهانه و در بازه زمانی 1370-1389استفاده شده است که 80 درصد آن برای آموزش و 20 درصد باقیمانده برای آزمودن مدلها بکار رفته است.
بر اساس نتایج حاصل مشخص می شود تعداد بهینه نرون ها در لایه مخفی در ساختار مورد استفاده - شامل ورودی های دبی ماه قبل و دو ماه قبل،بارندگی ماه جاری و ماه قبل،درجه حرارت ماه جاری - برای حالتی که از تابع سیگموئید استفاده می شود7 و در حالتی که از تابع گوسین استفاده می شود5 می باشد. مقایسه ضرایب همبستگی و خطاهای داده های موجود در نتایج حاصل از تابع گوسین و تابع سیگموئید نشان دهنده برتری مدل با تابع تحریک گوسین می باشد.
مقدمه:
مدیریت جامع حوزه آبخیز نیاز به توزیع مکانی تولید جریان در سطح حوزههای آبخیز کشور بخصوص در سرشاخه ها دارد، در حالی که اطلاعات اندازهگیری شده و مشاهدهای در نقاط محدودی - ایستگاههای هیدرومتری - قرار میگیرند . تعمیم اطلاعات در دسترس حوزه های دارای آمار به حوزه های بدون آمار نیاز به تحقیق و بررسی کامل از تغییرات مکانی این عوامل و ارتباط آنها با ویژگیهای ثابت و پایدار حوزهها دارد تا بتوان بر اساس آنها در حوزه های بدون آمار که دستیابی به این پارامترها میسر نیست برآوردی از آنها داشت .
بخشهای اجرایی در سالهای گذشته میلیاردها ریال صرف عملیات سازهای و بیولوژیکی نموده است که در طراحی اغلب آنها برآورد آبدهی سالانه و با احتمالات مختلف دخیل بوده است . دقت در برآورد این ارقام در بهینه سازی ابعاد و سطح اجرایی برنامه نقش بسیار زیادی دارد و هر اندازه برآوردها بتواند با اطمینان بیشتری صورت گیرد از بزرگی ابعاد و گستردگی خارج از نیاز و یا توان آبدهی سالانه جلوگیری خواهد کرد
در این مقاله با استفاده از نرم افزار Qnet2000 که بر اساس روش پیشخور - - Feed Forward کار می کند استفاده شده است .برای پیش بینی جریان خروجی حوضه بوانات ، داده های هیدرومتری ایستگاه منج و هواشناسی - باران، دما، دبی - در مقیاس زمانی ماهانه وبطور آماری 28سال - 1361-1389 - استفاده شده است. اطلاعات 28سال که 80 درصد آن برای توسعه مدل ها و 20 درصد باقیمانده برای آزمودن انها بکار رفته است.لازم به توضیح است که شبکه های عصبی مصنوعی پیشرو در تجزیه و تحلیل بسیاری از مسائل هیدرولوژی و آبی به طور موفقیت آمیزی به کار برده شده اند
مواد و روش ها:
مفاهیم و تئوری شبکه های عصبی مصنوعی
المانهای اصلی یک شبکه عصبی، عصبها یا نرونهای مصنوعی هستند. الگوی ورودی به سلول بیولوژیک است که می توان آنرا بصورت برداری با N مؤلفه به صورت - - x1, x2 ,..., xN حاصلضرب ورودیها در وزنهای نظیرشان را می توان با کمیت اسکالر s نشان داد:
تابع غیرخطی انتقال، معمولاً به فرم تابع سیگموئید و گوسین می باشد که در فرمول های - - 3و - 4 - به صورت زیر تعریف می شود:
یکی از انواع مهم شبکه های پیشرو، شبکه های پرسپترون چند لایه هستند که شامل یک لایه ورودی و یک یا چند لایه مخفی از گره های محاسباتی و یک لایه خروجی می باشند. در هر لایه تعدادی نرون در نظر گرفته می شود که به وسیله اتصالات به نرون های لایه های مجاور وصل می شوند. در این شبکه ها ورودی مؤثر هر نرون، حاصلضرب خروجی نرون های لایه قبل در وزن های میان آن نرون هاست. نرون های لایه اول اطلاعات ورودی را گرفته و از طریق اتصالات مربوطه به نرون های لایه مخفی منتقل می کنند. لازم به توضیح است که سیگنال ورودی در این شبکه ها تنها به سمت جلو گسترش می یابد. در شکل 1 نمونه ای از یک شبکه عصبی مصنوعی پیشرو نشان داده شده است
شکل-1 ساختار یک شبکه عصبی مصنوعی پیشرو
همچنین صحت سنجی مدل های پیش بینی به منظور سنجش دقت مدل ها در انجام پیش بینی انجام می گیرد. خطای ریشه متوسط مربعات یکی از کاربردی ترین آنها می باشد که از رابطه زیر به دست می آید.
منطقه مطالعاتی و داده های مربوطه
منطقه مورد مطالعه حوزه بوانات است که حوزه آبریز دشت بوانات - مرکز بخش سوریان - درفاصله 240 کیلومتری شمال شرقی شیراز واقع شده است که از شمال به حوضه آبریز کویر ابرکوه و از جنوب به یکی از شاخه های حوضه آبریز رودخانه سیوند - رودخانه گله دار - و از شرق به حوضه آبریز مروست و از غرب به حوضه آبریز دهبید محدود می باشدکه این حوضه سرشاخه رودخانه مروست است.
رودخانه بوانات با متوسط آبدهی سالانه حدود 28/6 میلیون متر مکعب رودخانه دایمی است که دارای دو شاخه مزایجان و سوریان است.اندازه گیری و محاسبه میزان آبدهی رودخانه در محل خروجی - ایستگاه منج - و در روستای مزایجان انجام می گیرد.در این تحقیق از آمار دبی و بارندگی ایستگاههای منح از سال های 61 تا 89 استفاده کرده ایم که در جمع آوری آنها از همکاری مرکز مطالعات شمال فارس و سازمان آب منطقه ای استان فارس بهره مند شده ایم.در شکل زیر منطقه مطالعاتی حوزه بوانات نشان داده شده است
