Journal of Water and Soil Science

fa کاربرد الگوریتم تلفیقی فازی– ازدحام ذرات برای تعیین حوضه‌های آبخیز همگن بر اساس وقوع سیلاب A Hybrid Fuzzy- PSO Algorithm for Catchment Regionalization in Relation to Flood Occurrence عمومی Ggeneral پژوهشي Research <div style="text-align: justify;"><a name="_Hlk507328200">نخستین گام در مطالعات منطقه‌ای سیلاب یافتن حوضه‌های آبخیز همگن از لحاظ رفتار هیدرولوژیکی است. این تحقیق برمبنای مفهوم ناحیه اثر بوده و با هدف یافتن گروه‌های همگن حوضه‌های آبخیز در محدوده حاشیه جنوبی دریای خزر انجام گرفته است. روش تحقیق مبتنی بر چارچوبی است که بر مبنای بهینه‌سازی شبکه‌های فازی با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات شکل گرفته است. پس از تعیین متغیرهای اصلی مرتبط با سیلاب با روش آزمون تحلیل مؤلفه‌های اصلی، از آنها به‌عنوان ورودی سیستم فازی استفاده شد. گروه‌بندی حوضه‌ها در فضای فازی این متغیرها و طی یک فرایند تکراری انجام گرفت. تعیین بهینه گروه‌های همگن توسط الگوریتم ازدحام ذرات انجام شد، به‌نحوی‌که از آماره گشتاور خطی ناهمگنی به‌عنوان معیار ارزیابی صحت و دقت گروه‌های همگن استفاده شد. تعداد 61 ایستگاه هیدرومتری واقع در این منطقه درنظر گرفته شده و مشخصات فیزیکی، اقلیمی و هیدرولوژیک آنها به‌عنوان متغیرهای مرتبط با سیلاب بررسی شده است. آزمون تحلیل مؤلفه‌های اصلی با روش چرخشی قائم و چرخش عامل واریوماکس روی داده‌های حوضه منتهی به چهار عامل اصلی مساحت، ارتفاع متوسط، ضریب گراولیوس و ضریب شکل شد که در مجموع 84 درصد واریانس تجمعی را پوشش داده و لذا از آنها برای مراحل بعدی همگنی استفاده شده است. عملکرد الگوریتم ازدحام ذرات در تکرار نهم موجب کسب بهترین نتیجه، یعنی حداقل میانگین و بهینه تابع شد که به‌ترتیب 26 و 22 است. مشخصات توپولوژی </a>PSO به‌دست آمده در این مطالعه شامل وزن اینرسی، شتاب محلی، شتاب اجتماعی، تعداد نسل و اندازه جمعیت به‌ترتیب 7298/0، 4692/1، 4692/1، 10 و 5 است. نتایج حاصل از این تحقیق تعداد 61 ناحیه اثر (متعلق به 61 ایستگاه مورد مطالعه) است. با توجه به موقعیت جغرافیایی ایستگاه‌های واقع در نواحی همگن می‌توان نتیجه گرفت که فاصله جغرافیایی حوضه‌ها الزاماً دلالت بر همگنی یا عدم همگنی آنها ندارد. نتایج این مطالعه بیانگر کارایی روش تحقیق مورد استفاده در تعیین مناطق همگن حوضه‌های آبخیز دریای خزر دارد.</div> <div style="text-align: justify;">Regional flood frequency studies are initialized by the delineation of the homogeneous catchments. This study was based on "Region of Influence" concept, aiming to find the similar catchments in the south of Caspian Sea. The methodology utilized the Particle Swarm Optimization Algorithm, PSO, to optimize the fuzzy system over a dataset of catchment properties. The main catchment variables in relation to flood were determined by the principle component analysis method and employed as the inputs in the fuzzy system. Catchments grouping was performed over these fuzzy input variables by the iterative process. The optimum similar groups were obtained by PSO, and the heterogeneous L-moment index was used as the termination criterion for the optimization process. A total of 61 hydrometric stations located in the study area were selected and their relevant catchments' physical, climatic and hydrologic properties in relation to flood were studied. Principle Component Analysis by Variomax Rotation Factor over the catchments datasets tended to four out of 16 physical variables, including area, mean elevation, Gravelious Factor and Form Factor, as the main parameters in terms of homogeneity with 84 percent of accumulative variance. These variables, as well as mean annual rainfall, were used as the input data to define the fuzzy system. PSO algorithm was then employed to optimize the developed fuzzy system. The developed algorithm tended to yield the best result in the 9th iteration with 26 and 22 for the minimum average and the optimum values of cost function, respectively. The topology of the resulting algorithm included inertia weight, local and acceleration rates, the number of generations and population size, with the values of 0.7298, 1.4962, 1.4962, 10 and 5, respectively. This study tended to a total of 61 regions of influence, proportional to the relevant 61 sites. According to the geographical location of the catchments in the region, it could be concluded that the geographical proximity doesn't necessarily involve homogeneity. The obtained results indicated the efficient potential of PSO-FES in the delineation of the homogenous catchments in the study area.</div> سیل, الگوریتم ازدحام ذرات, منطق فازی, حوضه‌های همگن, دریای خزر Particle Swarm Optimization Algorithm, Fuzzy Expert System, Flood Frequency Analysis, Catchment Similarity, Caspian Sea 371 383 http://jstnar.iut.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-3845-3&slc_lang=fa&sid=1 S. Chavoshi ستار چاوشی chsatar@gmail.com Yes 1. Soil Conservation and Watershed Management Research Department, Isfahan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Isfahan, Iran. 1. بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان اصفهان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، اصفهان