مدیریت آب در کشاورزی

مدیریت آب در کشاورزی

مروری بر رویکردهای انفرادی و هیبریدی مدلسازی سیلاب در ایران

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان
1 دانشگاه تهران
2 استادیار، گروه مهندسی احیا مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.
چکیده
سیلاب یکی از مخرب‌ترین بلایای طبیعی است که سالانه خسارات اقتصادی و جانی قابل توجهی در ایران به همراه دارد. مدلسازی دقیق این پدیده به دلیل ماهیت غیرخطی و پیچیده فرآیند بارش-رواناب، همواره با چالش‌هایی روبرو بوده است. در این مطالعه مروری، نزدیک به ۷۰ مقاله علمی معتبر شامل حدود ۳۸ مطالعه با مدل‌های انفرادی و ۳۲ مطالعه با مدل‌های هیبریدی که در بازه زمانی ۱۳۸۲ تا ۱۴۰۴ در حوضه‌های آبخیز مختلف ایران انجام شده‌اند، بررسی شده است. هدف اصلی، مقایسه عملکرد مدل‌های انفرادی و هیبریدی در شبیه‌سازی سیلاب و رواناب و شناسایی رویکردهای موفق در ایران می‌باشد. یافته‌ها نشان می‌دهد که مدل‌های انفرادی مانند HEC-HMS، SWAT، SWMM، ANN، ANFIS و WRF علیرغم سادگی، در برآورد دبی‌های پیک و رویدادهای حدی سیلابی با ضعف جدی مواجه هستند، در حالی که مدل‌های هیبریدی در بیش از ۹۰ درصد موارد عملکرد بهتری داشته و میانگین بهبود دقت بین ۱۵ تا ۳۰ درصد بوده است. در میان رویکردهای ترکیبی، سه دسته اصلی شامل مدل‌های مبتنی بر تبدیل ویولت (Wavelet-ANFIS، WSVR)، مدل‌های بهینه‌شده با الگوریتم‌های فراکاوشی (ANFIS-ICA، SVR-HHO) و مدل‌های تلفیقی فیزیکی-یادگیری ماشین (HEC-HMS+LSTM، WRF+HEC-HMS+HEC-RAS) موفق‌ترین نتایج را در حوضه‌های کوهستانی و نیمه خشک ایران نشان داده‌اند. مدل‌هایی مانند Random Subspace J48، SA-ABM و Deep Q-Learning نیز در پهنه‌بندی خطر سیلاب عملکرد قابل توجهی داشته‌اند. بر اساس نتایج، مدل‌های هیبریدی با بهبود ۱۵ تا ۳۰ درصدی دقت، گامی مؤثر در افزایش قابلیت اطمینان پیش‌بینی سیلاب در ایران برداشته‌اند، اما چالش‌هایی نظیر کمبود داده‌های بلندمدت، عدم تحلیل عدم قطعیت، پیچیدگی محاسباتی، نبود استانداردسازی در ارزیابی مدل‌ها و کمبود مطالعات در حوضه‌های جنوب و شرق کشور همچنان مطرح هستند. سرمایه‌گذاری هدفمند در زیرساخت داده، تربیت نیروی متخصص، ایجاد سامانه ملی پیش‌بینی سیلاب و توجه به تحلیل عدم قطعیت، از توصیه‌های اصلی این پژوهش می‌باشد
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A review of individual and hybrid flood modeling models in Iran

نویسندگان English

Mozhgan Yarahmadi 1
Mohammad Ansari GHojghar 2
1 University of Tehran
2 Assistant professor, Department of reclamation of arid and mountainous regions Engineering, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده English

Floods are among the most destructive natural disasters, causing significant economic and human losses in Iran annually. Accurate modeling of this phenomenon has always faced challenges due to the nonlinear and complex nature of the rainfall-runoff process. In this review study, nearly 70 reputable scientific papers, including approximately 38 studies with individual models and 32 studies with hybrid models conducted between 2003 and 2025 in various watersheds across Iran, have been reviewed and analyzed. The main objective is to compare the performance of individual and hybrid models in flood and runoff simulation and to identify successful approaches in Iran. The findings indicate that individual models such as HEC-HMS, SWAT, SWMM, ANN, ANFIS, and WRF, despite their simplicity, face serious weaknesses in estimating peak discharges and extreme flood events, while hybrid models have performed better in over 90% of cases, with average accuracy improvement ranging from 15 to 30%. Among the hybrid approaches, three main categories including wavelet-based models (Wavelet-ANFIS, WSVR), metaheuristic optimization models (ANFIS-ICA, SVR-HHO), and physical-machine learning hybrid models (HEC-HMS+LSTM, WRF+HEC-HMS+HEC-RAS) have shown the most successful results in mountainous and semi-arid watersheds of Iran. Models such as Random Subspace J48, SA-ABM, and Deep Q-Learning have also shown significant performance in flood hazard zoning. Based on the results, hybrid models with 15-30% accuracy improvement have taken an effective step toward increasing the reliability of flood prediction in Iran. However, challenges such as lack of long-term data, uncertainty analysis, computational complexity, lack of standardization in model evaluation, and limited studies in southern and eastern watersheds remain as the main obstacles. Targeted investment in data infrastructure, specialized training, establishment of a national flood forecasting system based on hybrid models, and attention to uncertainty analysis are the main recommendations of this study.

کلیدواژه‌ها English

Iran
Flood
Individual Model
Hybrid Model
Machine Learning

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 22 تیر 1405