تحقیقات منابع آب ایران

تحقیقات منابع آب ایران

روندیابی پویای سیل با استفاده از مدل تطبیقی ماسکینگام غیرخطی و بهینه‌سازی الهام‌گرفته از چرخه اکولوژیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی و فنآوری، دانشگاه مازندران
2 دانشیار گروه عمران دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه مازندران
10.22034/iwrr.2026.585519.3022
چکیده
سیلاب از مهم‌ترین پدیده‌های هیدرولوژیکی است و پیش‌بینی دقیق آن نقش مهمی در مدیریت منابع آب و کاهش خسارات ناشی از سیلاب دارد. مدل‌های ماسکینگام غیرخطی، با وجود کاربرد گسترده در روندیابی سیلاب، همچنان در بازتولید دقیق هیدروگراف‌های پیچیده، به‌ویژه هیدروگراف‌های چندقله‌ای، با چالش مواجه‌اند. این محدودیت تا حدی به ساختار ثابت معادله پیوستگی و ناتوانی آن در انعکاس تغییرات زمانی فرآیندهای مؤثر بر ذخیره جریان مربوط می‌شود. در این پژوهش، یک مدل ماسکینگام غیرخطی تطبیقی (ANMM) ارائه شد که در آن یک ضریب اصلاحی وابسته به زمان به معادله پیوستگی افزوده شده است. این اصلاح امکان لحاظ‌کردن پویایی زمانی ذخیره و اثر فرآیندهای فیزیکی مؤثر بر روندیابی جریان، از جمله نفوذ، تبخیر، ذخیره موقت، جریان‌های جانبی و اینرسی هیدرولیکی را فراهم می‌کند. برای برآورد پارامترهای مدل پیشنهادی، از الگوریتم بهینه‌سازی چرخه اکولوژیکی (ECO) استفاده شد. عملکرد ANMM با استفاده از سه مطالعه موردی شامل هیدروگراف‌های تک‌قله‌ای و چندقله‌ای ارزیابی شد. نتایج نشان داد که مدل ANMM در مقایسه با مدل‌های مرجع، عملکرد بهتری در بازتولید هیدروگراف‌های روندیابی‌شده دارد و بهبود قابل‌توجهی در شاخص‌های SSQ، RMSE، MAE و NSE ایجاد می‌کند. در رودخانه لینسلی، کاهش خطای SSQ به حدود 97 درصد رسید. افزون بر این، مدل پیشنهادی توانایی بیشتری در بازتولید دبی اوج و شکل کلی هیدروگراف سیلاب نشان داد. این یافته‌ها بیانگر آن است که درنظرگرفتن پویایی زمانی ذخیره در ساختار مدل ماسکینگام می‌تواند دقت روندیابی سیلاب، به‌ویژه برای هیدروگراف‌های پیچیده و چندقله‌ای، را بهبود دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Dynamic Flood Routing Using an Adaptive Nonlinear Muskingum Model and Ecological Cycle-Inspired Optimization

نویسندگان English

Arian Darvishi 1
mahmoud mohammad rezapour tabari 2
Reza Taghipour 1
1 Department of Civil Engineering, Faculty of Technology and Engineering, University of Mazandaran, Mazandaran
2 Associate Professor, Faculty of Engineering, University of Mazandaran. Mazandaran. IRAN
چکیده English

Floods are among the most important hydrological phenomena, and their accurate prediction plays a crucial role in water resources management and reducing flood-related damages. Despite their widespread application in flood routing, nonlinear Muskingum models still face challenges in accurately reproducing complex hydrographs, particularly multi-peaked hydrographs. This limitation is partly related to the fixed structure of the continuity equation and its inability to reflect temporal variations in the processes affecting flow storage. In this study, an Adaptive Nonlinear Muskingum Model (ANMM) was proposed, in which a time-dependent correction factor was incorporated into the continuity equation. This modification enables the temporal dynamics of storage and the effects of physical processes influencing flow routing, including infiltration, evaporation, temporary storage, lateral flows, and hydraulic inertia, to be considered. The Ecological Cycle Optimization (ECO) algorithm was employed to estimate the parameters of the proposed model. The performance of ANMM was evaluated using three case studies involving single-peaked and multi-peaked hydrographs. The results showed that, compared with the benchmark models, ANMM provided better performance in reproducing the routed hydrographs and achieved significant improvements in the SSQ, RMSE, MAE, and NSE indices. For the Linsley River, the reduction in SSQ error reached approximately 97%. In addition, the proposed model demonstrated a greater ability to reproduce peak discharge and the overall shape of the flood hydrograph. These findings indicate that incorporating temporal storage dynamics into the Muskingum model structure can improve the accuracy of flood routing, particularly for complex and multi-peaked hydrographs.

کلیدواژه‌ها English

Adaptive Nonlinear Muskingum Model (ANMM)
Nonlinear Flood Routing
Flood Hydrograph Analysis
Ecological Optimization Algorithm (ECO)
Model Parameter Optimization

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 11 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 17 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 08 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 11 مهر 1405