ارائه کننده: نگین رشیدی

استاد راهنما: دکتر وحید موسوی

استاد مشاور: دکتر مهدی وفاخواه

استاد ناظر داخلی: دکتر عبدالواحد خالدی درویشان

استاد ناظر خارجی: دکتر هیراد عبقری

نماینده تحصیلات تکمیلی: دکتر حمیدرضا مرادی رکابدارکلائی

تاریخ: ۱۴۰۵/۰۳/۱۴

ساعت: 13 

مکان: سالن اصلی کاخ

 

چکیده

پیش‌بینی دقیق رواناب به‌عنوان یکی از مؤلفه‌های کلیدی مدیریت پایدار منابع آب، با چالش‌های جدی ناشی از غیرخطی‌بودن فرآیندها، ناایستایی داده‌ها و پیچیدگی برهم‌کنش‌های مکانی-زمانی مواجه است. در این پژوهش، یک چارچوب جامع مدل‌سازی نیمه‌توزیعی بارش-رواناب با هدف تلفیق هم‌زمان اطلاعات زمانی، مکانی، هندسی و فیزیکی آبخیز توسعه داده شد. بدین منظور، مجموعه‌ای از مدل‌های داده‌محور، یادگیری ماشین، یادگیری عمیق، مدل‌های ترکیبی و مدل‌های ترسیمی مورد ارزیابی قرار گرفتند و در نهایت، یک معماری نوآورانه مبتنی بر مدل توجه-ترسیمی هندسی انرژی‌پایه جهت‌دار  (EG-GAT)به‌عنوان هسته اصلی چارچوب پیشنهادی معرفی شد. در این چارچوب، عملکرد مدل‌های توسعه داده شده با چند مدل پایه یعنی GMDH، RF وANFIS  و نیز مدل یادگیری عمیق LSTM مورد مقایسه قرار گرفت. به منظور ارتقاء عملکرد مدل LSTM، این مدل به صورت آبشاری با مدل FCMAC تلفیق و مدل Cascaded FCMAC-LSTM توسعه یافت. در ادامه مدل توجه-گرافی برای مدل‌سازی رواناب روزانه مورد استفاده قرار گرفت و اثر روش پردازش سیگنال موجک برروی آن بررسی گردید. در نهایت، مدل نهایی توجه-ترسیمی هندسی انرژی‌پایه جهت‌دار (EG-GAT) توسعه داده شد. نتایج نشان داد که مدل‌های ترکیبی و ترسیمی به‌طور معناداری نسبت به مدل‌های مستقل عملکرد بهتری دارند، به‌ویژه در جریان‌های حدّی که همواره یکی از چالش‌های اصلی مدل‌سازی هیدرولوژیکی محسوب می‌شود. مدل EG-GAT با بهبود چشمگیر شاخص‌های آماری و کاهش خطا، هم در بازسازی رفتار کلی رواناب و هم در شبیه‌سازی جریان‌های حدی، بالاترین دقت و پایداری را در هر دو آبخیز تلوار و طالقان نشان داد. بر پایه بهترین مدل توسعه‌یافته، یک سامانه هوشمند هشدار زودهنگام خشکسالی هیدرولوژیک طراحی گردید که با تلفیق خروجی مدل بارش-رواناب، شاخص‌های خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی و سناریوهای تغییر اقلیم، قابلیت پایش، پیش‌آگاهی و ارزیابی ریسک خشکسالی را فراهم می‌سازد. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که ادغام مدل‌های ترسیمی پیشرفته با قیود فیزیکی و اطلاعات هندسی حوضه، مسیری مؤثر برای ارتقای دقت پیش‌بینی رواناب فراهم می‌کند. چارچوب پیشنهادی می‌تواند به‌عنوان الگویی کارآمد برای طراحی سامانه‌های هشدار سیلاب و خشکسالی، مدیریت ریسک هیدرولوژیکی و برنامه‌ریزی سازگاری اقلیمی در حوضه‌های خشک و نیمه‌خشک مورد استفاده قرار گیرد.