مقایسه مدل‌های خطی و غیرخطی سری‌زمانی در پیش‌بینی جریان رودخانه (مطالعه موردی: رودخانه باراندوزچای ارومیه)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی منابع آب دانشگاه تبریز

2 دانشیار گروه مهندسی آب دانشگاه تبریز

3 استادگروه مهندسی آب دانشگاه تبریز

4 استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه ارومیه

چکیده

     پیش­بینی دقیق جریان رودخانه­ با استفاده از مدل­های رایج سری­های زمانی، فیزیکی- مفهومی و رگرسیونی در مدیریت علمی منابع آب­های سطحی اهمیت به­سزایی دارد. در این مطالعه دبی جریان روزانه و ماهانه رودخانه باراندوزچای ارومیه در دوره­ آماری 88-1352، با استفاده از مدل­های سری­زمانی خطی آرما[1] و غیرخطی دوخطی مدل­سازی شد. برای بررسی ایستایی سری­های جریان از آزمون ADF استفاده گردید. نتایج آین آزمون نشان داد که با حذف عوامل ناایستایی، سری­های جریان رودخانه ایستا می­شوند. برای بررسی شدت غیر خطی بودن سری­های ماهانه و روزانه جریان از آزمون BDS استفاده شد. نتایج نشان داد که سری ماهانه جریان، خاصیت غیرخطی خفیفی دارد اما سری روزانه جریان به شدت غیر خطی می­باشد. مدل­های AR(8) و BL(8,0,1,1) مدل­­های منتخب جریان ماهانه بوده که ضریب همبستگی و جذر میانگین مربعات خطا در مدل خطی به ترتیب 906/0 و 892/2 مترمکعب در ثانیه و برای مدل غیرخطی 930/0 و 436/2 متر مکعب در ثانیه محاسبه گردیدند. برای جریان روزانه، مدل خطی AR(25) و مدل غیرخطی BL(25,0,1,1) انتخاب گردید که ضریب همبستگی و جذر میانگین مربعات خطا در مدل خطی به ترتیب برابر 873/0 و 116/4 متر مکعب در ثانیه و برای مدل غیرخطی معادل 923/0 و 085/3 متر مکعب در ثانیه به دست آمد. طبق نتایج حاصله، استفاده از مدل دوخطی در مقیاس روزانه سبب کاهش مقدار خطا به میزان 33 درصد شد و ضریب همبستگی را 7/5 درصد افزایش داد. افزایش دقت مدل دوخطی در مقایسه با مدل خطی به دلیل خاصیت غیرخطی شدید مقیاس روزانه می­باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparing Linear and Nonlinear Time Series Models in River Flow Forecasting (Case Study: Baranduz-chai River)

نویسندگان [English]

  • Farshad Ahmadi 1
  • Yaaghob Dinpazhooh 2
  • Ahmad Fakherifard 3
  • Keyvan Khalili 4
1 Msc student, Tabriz University, Tabriz, Iran.
2 Assosicate Professor, Tabriz University, Tabriz, Iran.
3 Professor, Tabriz University, Tabriz, Iran.
4 Assistant Professor, Urmia University, Urmia, Iran.
چکیده [English]

     Forecasting river flow using current models like time series, Physical-theoretical and regression models are very important in water resources management. In this study monthly and daily discharge of Barandouz-Chai River for period of 37 years have been used in order to linear ARMA and Nonlinear Bilinear models. ADF test has been used for stationarity test. Result showed removing nonstasionarity components cause to river series became stationary. For nonlinearity rate of monthly and daily streamflow series BDS test has been employed. As results showed monthly series detect low nonlinearity but daily series has high nonlinearity dependence. For monthly series AR(8) and BL(8,0,1,1) selected as the best models. Regression coefficient and root mean square error of these models are 0.906 and 2.892 (m3/s) for linear model and 0.930 and 2.436 (m3/s) for nonlinear model respectively. For daily streamflow series, AR(25) and BL(25,0,1,1) were best models with regression coefficient and root mean square error equal to 0.873 and 4.116 (m3/s) for linear model and 0.923 and 3.085 (m3/s) for nonlinear model respectively. According to results using bilinear nonlinear model cause to reduction error of daily model up to 33 percent and increased regression coefficient to 5.7 percent. Because of high nonlinearity rate of daily streamflow series the bilinear model accuracy increased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ADF test
  • BDS test
  • Stationarity
  • Time series
  • Bilinear Model