برگزاری دفاعیه دکتری مهندس مهراد بیات
| تاریخ ارسال: 1403/10/8 |
 |
مهندس مهراد بیات دانشجوی دوره دکتری این دانشکده در رشته مهندسی عمران گرایش مهندسی و مدیریت منابع آب، ۱۶ دی ماه سال ۱۴۰۳ از رساله خود تحت عنوان «عنوان رساله: توسعه چارچوب ترکیبی شبیه‌سازی-جذب داده-بهینه‌سازی برای پشتیبانی فرآیند مدیریت تطبیقی حوضه‌ی آبریز» به صورت حضوری با راهنمایی دکتر حسین علیزاده و دکتر برات مجردی دفاع می نماید. |
| چکیده این رساله به شرح زیر می‌باشد: مدیریت و بهره‌برداری تطبیقی، یکی از رویکردهای مفید در حوزه مدیریت منابع آب به شمار میرود. هدف این پژوهش توسعه یک چارچوب بهرهبرداریِ مبتنی بر پیشبینی، به منظور پشتیبانی از فرآیند مدیریت تطبیقی (به‌طور خاص مدیریت مخازن، به عنوان یکی از منابع آبی مهم در دسترس) در حوضههای آبریز است. یکی از ویژگی‌های مهم مدیریت تطبیقی، توانایی تطبیق‌پذیری با تغییر شرایط سیستم، در ادوار آتی پیشِ رو است. این مهم، در گروی دسترسی به پیش‌بینی‌های به‌هنگام، از وضعیت سیستم در ادوار آتی بوده که اصطلاحاً موجب آگاه‌سازی تصمیم‌گیران می‌گردد. بنابراین، استفاده از رویکردهایی که با گذر زمان و دسترسی به مشاهدات جدید، پیش‌بینی‌های به‌هنگامی را از شرایط آتی هیدرولوژیکی ارائه مینمایند، امکان موفقیت در مدیریت تطبیقی را افزایش خواهد داد. جذب داده هیدرولوژیکی (DA) یکی از رویکردهای نوین به‌منظور ارائه پیش‌بینی‌های زمانواقعی است. در این تحقیق به‌طور خاص اقدام به توسعه یک ماجول شبیه‌سازی-جذب داده با هدف ارائه پیش‌بینی‌های زمان واقعی از متغیرهای مختلف (به‌طور خاص آورد مخزن مهاباد و نیاز آبی پایین‌دست مخزن) شد. در چارچوب مذکور، از الگوریتم جذب داده EnKF و مدل شبیه‌سازSWAT استفاده گردید. این پیش‌بینی‌ها، در اختیار مدل بهینه‌سازیِ بهره‌برداری مخزن قرار گرفته و موجب آگاه‌سازی مدل مذکور و تطبیق تصمیمات آن متناسب با پیش‌بینی‌های جدید می‌شود. ماجول بهینه‌سازی مبتنی بر برنامه‌ریزی پویا (DP) توسعه داده شده و به صورت زمان واقعی اجرا می‌گردد. پیاده‌سازی ماجول شبیه‌سازی-جذب داده، مستلزم آن است که مدل شبیه‌ساز هیدرولوژیکی، دسترسی گستردهای از شرایط اولیه (ICs) خود را در اختیار الگوریتم جذب داده قرار دهد. مدل SWAT، نظیر بسیاری از مدل‌های (نیمه-) توزیعی، به واسطه پیچیدگی و تعدد متغیرها و پارامترها، چنین امکانی را فراهم نمی‌کند. این موضوع موجب محدود شدن پژوهش‌های انجام شده در حیطه جذب داده در مدل SWAT شده است. برای رفع این محدودیت، اقدام به اصلاح ساختاری کدهای مرجع مدل (ارائه SWAT_DA)، به منظور فراهمسازی امکان اتصال موثر و صحیح آن به الگوریتم جذب داده، شد. علاوه بر اصلاح ساختاری، کدهای مرجع مدل از منظر شبیه‌سازی فرآیندهای مرتبط با برف و آب زیرزمینی نیز اصلاح گردیده و ارتقاء یافت. ماجول شبیه‌سازی-جذب داده، مبتنی بر جذب چندمتغیره مشاهدات رواناب، سطح پوشش برف، رطوبت سطحی خاک، شاخص سطح برگ و ذخیره آب زیرزمینی، پیش‌بینی‌های به‌هنگامی را از متغیرهای هیدرولوژیکی مختلف (به‌طور خاص آورد مخزن و نیاز آبی پایین‌دست مخزن) ارائه می‌دهد. در این میان ضمن تعریف و اجرای سناریوهای نوآورانه‌ی جذب چند متغیره داده (حائز نوآوری از منظر نوع و تعداد مشاهدات)، نتایج حاصل از آن‌ها با یکدیگر مقایسه شد. استفاده از جذب چند متغیره مشاهدات میدانیِ رواناب و دادههای دورسنجی سطح پوشش برف MODIS در محدوده بالادست، موجب بهبود شبیه‌سازی آورد مخزن و ارتقاء مقدار ضریب نش (NS) از ۵۳/۰ به ۵۸/۰ در مقایسه با جذب تک متغیره رواناب شد. همچنین درنظرگیری اثرکوهبارش در فرآیند جذب چند متغیره داده، موجب بهبود شبیه‌سازی رواناب (افزایش NS از ۵۸/۰ به ۸۳/۰) و سطح پوشش برف (افزایش NS از ۳/۰ به ۷۹/۰) در مقایسه با سناریوی جذب چند متغیره‌ی فاقد اثر کوهبارش شد. بهبود نتایج با درنظرگیری کوهبارش (قابلیت باندهای ارتفاعی در مدل SWAT) به دلیل وجود نواحی مرتفع و نیز تغییرات ارتفاعی در محدوده بالادست سد مهاباد است. در محدوده پایین‌دست مهاباد از رویکرد آزمایش مصنوعی استفاده شد. در این محدوده نیز جذب چند متغیره داده (مشاهدات مصنوعی رواناب، رطوبت سطحی خاک، شاخص سطح برگ و ذخیره آب زیرزمینی) موجب بهبود دقت شبیه‌سازی نیاز آبی، از ۶۰ درصد به ۹۷ درصد، در مقایسه با سناریوی جذب دومتغیره مشاهدات رطوبت سطحی خاک و ذخیره آب زیرزمینی شد. بر اساس نتایج بخش پایین‌دست، ملاحظه شد که اگرچه فرآیند تولید رواناب دارای همبستگی با فرآیندهای مرتبط با رطوبت خاک و شاخص سطح برگ است، لیکن ارتباط میان فرآیند رواناب با رطوبت خاک به طور محسوسی بیشتر از فرآیند رواناب-شاخص سطح برگ است. در مجموع استفاده از جذب چند متغیره داده، موجب استواری شبیه‌سازی‌ها و جلوگیری از انحراف آن‌ها، در صورت افزایش عدم قطعیت‌های شبیه‌سازی، شده و ره‌یافتی برای مشکل همپایانی فراهم می‌کند. سناریوی بهینه‌سازی مبتنی بر چارچوب پیشنهادی این تحقیق (DP-DA)، موجب دستیابی به نتایجی مشابه با سناریوی بهره‌برداری بهینه از مخزن (DP-OP)، حاوی فرض دسترسی مدل بهینه‌سازی به پیشبینیهایی با دقت ۱۰۰ درصد از متغیر آورد و نیاز آبی، می‌گردد. به عنوان مثال شاخص متوسط کمبود (برای تأمین نیاز) در طول دوره بهینه‌سازی، تحت سناریوهای DP-DA و DP-OP به ترتیب برابر با ۱/۱۶ و ۲۲ میلیون متر مکعب برآورد شده است. این در حالی است که اجرای مدل بهینه‌سازی فاقد ماجول آگاه‌سازی از پیش‌بینی‌ها (DP-OL) موجب دستیابی مقدار ۸/۴۹ میلیون متر مکعبی از شاخص مذکور می‌گردد. مشابه این مقایسه، درخصوص شاخص‌های اعتمادپذیری و متوسط تابع هدف نیز صادق است. همچنین سری زمانی رهاسازی (ذخیره) مخزن تحت دو سناریوی DP-DA و DP-OP مشابه یکدیگر و دارای اختلاف قابل توجه با سناریوی DP-OL است. واژه‌های کلیدی: جذب داده چندمتغیره، بهره‌برداری تطبیقی، بهره‌برداری مبتنی بر پیشبینی، MODIS، SWAT، استحکام شبیه‌سازی‌ها Me_Bayat  civileng.iust.ac.ir |
دفعات مشاهده: 557 بار |
دفعات چاپ: 57 بار |
دفعات ارسال به دیگران: 0 بار |
0 نظر