پیش‌بینی سری‌های زمانی کیفیت آب رودخانه سفیدرود با استفاده از مدل‌های خطی تصادفی

جمالی, بهزاد; ابراهیمی, کیومرث

doi:10.22092/aridse.2011.102253

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی منابع آب

² استادیار گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران

https://doi.org/10.22092/aridse.2011.102253

چکیده

پیشبینی کیفیت آب رودخانهها به‌منظور مدیریت مناسب حوضه آنها ضروری است، تا بتوان برای کنترل مقدار آلایندهها و رساندن آنها به حد مجاز گامهایی برداشت. در مقاله حاضر، قابلیت پیشبینی سریهای زمانی پارامترهای هدایت الکتریکی و کلر ایستگاه آستانه از رودخانه سفیدرود با استفاده از مدلهای خطی تصادفی بررسی شده است. به‌منظور پیشبینی فصلی سریهای زمانی پارامترهای مذکور، از مدل خودهمبسته میانگین متحرک فصلی انباشته (SARIMA) استفاده شد. برای برازش این مدل از سریهای زمانی بین سالهای 1370 تا 1381، و به‌منظور صحت سنجی مدل از دادههای سالهای 1382 تا 1384 استفاده شد. ابتدا روند و ایستایی سریهای زمانی هدایت الکتریکی و کلر به‌ترتیب با آزمونهای من-کندال بررسی و پس از آن الگوهای فصلی 12 ماهه پس از تفاضلگیری مرتبه اول حذف شد. مدل‌سازی یک سری زمانی به‌طور کلی شامل سه مرحله است: شناسایی مدل، برآورد پارامترهای مدل، و کنترل تشخیصی. در مرحلة^ِ شناسایی، با استفاده از توابع خودهمبسته و خودهمبستة^ِ جزئی مدلهای مختلف SARIMA شناسایی و مدلی که کمترین مقدار ضریب آکائیک را داشت به‌عنوان بهترین مدل برازش داده شده انتخاب شد. پارامترهای مدل با استفاده از روش تخمین حداقل مربعات باقیماندهها برآورد شد. در مرحلة کنترل تشخیصی، مشاهده شد که باقیمانده^ء مدلها مستقل، همسان واریانس و دارای توزیع نرمال است. سریهای زمانی هدایت الکتریکی و کلر برای سالهای 1382 تا 1384 توسط مدلهای انتخاب شده پیشبینی شد. به‌منظور صحتسنجی مدل، میانگین و واریانس دادههای مشاهدهای و پیشبینی شده مقایسه شدند و اختلاف معنیداری بین آنها مشاهده نشد. ریشه خطای مربعات متوسط برای پارامترهای هدایت الکتریکی و کلر به‌ترتیب برابر 9/278 و 22/2 برآورد شد. به این ترتیب با اطمینان بالا میتوان روشمدلسازی SARIMA را برای پیشبینی مقادیر هدایت الکتریکی و غلظت کلر در ایستگاه آستانه از رودخانه سفیدرود پیشنهاد کرد.

کلیدواژه‌ها

مراجع

Ahmad, S., Khan, I.H. and Parida, B.P. 2001. Performance of stochastic approaches for forecasting river water quality. Water Res. 35, 4261–4266.

Akaike, H. 1974. A new look at statistical model identification. IEEE Transactions on Automated Circuits. 19, 716–723.

Benyahya, L., Hilaire, A.S., Quarda, B.M.J.T., Bobee, B. and Nedushan, B.A. 2007. Modeling of water temperatures based on stochastic approaches: Case study of the Deschutes river. J. Environ. Eng. Sci. 6, 437–448.

Box, G.E.P. and Jenkins, G.M. 1976. Time Series Analysis: Forecasting and Control. San Francisco. CA: Holden Day, 575 p.

Box, G.E.P., Jenkins, G.M. and Reinsel, G.C. 1994. Time Series Analysis: Forecasting and Control. 3^rd Ed. Prentice Hall, Englewood Cliffs Inc., New Jersey. 598 p.

Durdu, O. 2009. Stochastic approaches for time series forecasting of boron: A case study of Western Turkey. Environ. Monit. Assess. 687–701.

Hassanzadeh, S., Hosseinibalam, F. and Alizadeh, R. 2008. Statistical models and time series forecasting of sulfur dioxide: A case study Tehran. Environ. Monit. Assess. 155, 149–155.

Karamouz, M. and Araghinejad, Sh. 2005. Advanced Hydrology. Amirkabir University of Technology. Ch. 5, 256–257. (in Farsi)

Karbasi, A. and Shahbazi, A. 2008. Analysing water quality of rivers in Gilan province. Advanced Environ Res. J. 5, 2–3. (in Farsi)

Kurunç, A., Yürekli, K. and Çevik, O. 2005. Performance of two stochastic approaches for forecasting water quality and streamflow data from Yesilirmak river, Turkey. Environ Modell Softw. 20, 1195–1200.

Ljung, G.M. and Box, G.E.P. 1978. On a measure of a lack of fit in time series models. Biometrika. 65 (2): 297–303.

Makridakis, S., Wheelwright, S.C. and Hyndman, R. 2003. Forecasting Methods and Applications. Singapore: Wiley (ASIA).

Malmir, M. 2006. Prediction of low flow time series in rivers. M. Sc. Thesis. Faculty of Agriculture. Theran University. Karaj. Iran. (in Farsi)

Mishra, A.K. and Desai, V.R. 2005. Drought forecasting using stochastic models. Stoch. Environ. Res. Risk Assess. 19, 326–339.

Mishra, A.K. and Desai, V.R. 2006. Drought forecasting using feed-forward recursive neural network. Ecol. Model. 198, 127–138.

Modarres, R. 2007. Streamflow drought time series forecasting. Stoch. Environ. Res. Risk Assess. 21, 223–233.

Pokorny, M. 1987. An Introduction to Econometrics. Oxford: Basil Blackwell Ltd., New York.

Ragavan, A.J. and Fernandez, G.C. 2006. Modeling water quality trend in long term time series. Proceedings of SAS Users Group Meeting (SUGI 31). March 2006, San Francisco, USA. paper 205–31.

تحقیقات مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی

پیش‌بینی سری‌های زمانی کیفیت آب رودخانه سفیدرود با استفاده از مدل‌های خطی تصادفی

مراجع

مراجع

دوره 12، شماره 3 - شماره پیاپی 3
آذر 1390
صفحه 31-44

پیش‌بینی سری‌های زمانی کیفیت آب رودخانه سفیدرود با استفاده از مدل‌های خطی تصادفی

مراجع

مراجع

دوره 12، شماره 3 - شماره پیاپی 3آذر 1390صفحه 31-44

دوره 12، شماره 3 - شماره پیاپی 3
آذر 1390
صفحه 31-44