شماره ركورد
34418
پديد آورنده
آريا سروي
عنوان
ارزيابي اثرات تغييرات اقليم بر آورد رودخانهي شفارود با استفاده از مدل SWAT
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
عمران- آب و سازههاي هيدروليكي
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1404/7/26
استاد راهنما
حسين افضلي مهر
استاد مشاور
حسين عليزاده
دانشكده
عمران
چكيده
در اين پژوهش، بهمنظور بررسي اثرات تغيير اقليم بر دما و بارش در ناحيهي خزري و رواناب رودخانهي شفارود، با تأكيد بر مقايسهي روشهاي ريزمقياسنمايي و ارزيابي دادههاي جهاني، چارچوبي سهمرحلهاي شامل انتخاب دادهي مرجع، انتخاب GCM و مقايسهي روشهاي ريزمقياسنمايي و شبيهسازي رواناب ارائه شد. در مرحلهي نخست، دقت سه مجموعهدادهي CPC، APHRODITE و ERA5 بهصورت مستقيم با شاخصهاي آماري و نيز بهصورت غيرمستقيم از طريق شبيهسازي رواناب با مدل SWAT در حوضهي شفارود ارزيابي شد. در مرحلهي دوم، با استفاده از 9 شاخص و روش TOPSIS، رتبهبندي مدلهاي اقليمي از ميان 265 واريانت متعلق به 27 مدل مجموعهي CMIP6 بر پايهي دادههاي سينوپتيك و ERA5 در مقياسهاي روزانه و ماهانه انجام گرفت. در ادامه، مجموعهاي از روشهاي ريزمقياسنمايي و كاهش خطا شامل مدلهاي يادگيري ماشينيSVM) ،RF و XGBoost) براي كلاسهبندي و رگرسيون، مدل آماري SDSM و روشهاي تطبيقتوزيع (QM و EDCDF بهبوديافته) بهصورت تكي و تركيبي مورد ارزيابي قرار گرفتند. نسخهي تركيبي پيشنهادي شامل كلاسهبندي–رگرسيون–تطبيقتوزيع در كنار «رگرسيون–تطبيقتوزيع» و «كلاسهبندي–رگرسيون» مورد بررسي قرار گرفت. در اين مدلها ابتدا بهمنظور بهبود تعادل كلاسهاي از الگوريتم K-means++ استفاده شد و جهت رفع سوگيري معيار Accuracy در حضور روزهاي بدون بارش، دو شاخص ALCE و ALCEₜمعرفي شدند. در مرحلهي سوم، خروجي GCM منتخب كه با روش ريزمقياسنمايي بهينه اصلاح شده بود، به مدل SWAT وارد گرديد. اين مدل با استفاده از SWAT CUP و الگوريتم SUFI 2 در دورهي تمرين (2000-2010) كاليبره و در دورهي آزمون (2010-2014) با مقادير R² و NSE بهترتيب برابر با 0.77 و 0.76 دقت قابل قبولي در واسنجي نشان داد.
طبق نتايج اين پژوهش، دادههاي ERA5 به عنوان دادهي مرجع و مدلINM-CM4-8 به عنوان مناسبترين GCM انتخاب شدند. همچنين، براي ريزمقياسنمايي و كاهشخطا مدلهاي XGB QM SVC و RF-QM-SVC براي بارش و XGB-QM، SVR-QM و RF-QM براي دما، بهترين عملكرد را ارائه دادند. بررسي اثرات تغيير اقليم تحت سناريوي SSP2-4.5 نشان داد در آيندهي نزديك (2020-2040) نسبت به دورهي مبنا (1990–2014) دما در سراسر منطقه افزايش يافته و در بخشي از ناحيهي خزري كاهش بارش پيشبيني ميشود. ارزيابي اثرات هيدرولوژيكي در حوضهي شفارود نشان داد ميانگين رواناب كاهش مييابد. تحت سناريوي SSP5-8.5 نيز ميانگين دماي حداقل و حداكثر در سراسر منطقه افزايش يافته، در حاليكه ميانگين بارش و رواناب با كاهش همراه است.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/06
عنوان به انگليسي
Assessing the Impact of Climate Change on Shafarood River Streamflow Using SWAT
تاريخ بهره برداري
10/18/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
اريا سروي
چكيده به لاتين
This research aimed to investigate the impacts of climate change on temperature and precipitation in the Caspian region and the runoff of the Shafarood River. Emphasis was placed on comparing downscaling methods and evaluating global datasets, presenting a three-stage framework: reference data selection, GCM selection, and comparison of downscaling methods with runoff simulation. In the first stage the accuracy of three datasets (CPC, APHRODITE, and ERA5) was evaluated directly using statistical indices and indirectly through runoff simulation using the SWAT model in the Shafarood watershed. In the second stage, climate models were ranked from 265 variants belonging to 27 CMIP6 models, using 9 indices and the TOPSIS method, based on synoptic and ERA5 data at daily and monthly scales. Subsequently, a set of downscaling and error reduction methods, including machine learning models (SVM, RF, and XGBoost) for classification and regression, the statistical model SDSM, and distribution-based methods (QM and EDCDF improved), were evaluated individually and in combination. The proposed hybrid approach included combinations of classification-regression-distribution matching, as well as regression-quantile mapping and classification-regression. In these models, the K-means++ algorithm was first used to improve class balance, and two indices, ALCE and ALCEₜ, were introduced to address the bias in the Accuracy metric in the presence of no-rain days. In the third step, the selected GCM outputs, adjusted using the optimal downscaling method, were input into the SWAT model. The model was calibrated using SWAT CUP and the SUFI-2 algorithm during the calibration period (2000–2010) and showed acceptable performance during the validation period (2010–2014) with R² and NSE values of 0.77 and 0.76, respectively.
According to the results of this study, ERA5 data were selected as the reference dataset, and the INM-CM4-8 model was identified as the most suitable GCM. Furthermore, for downscaling and error reduction, the models XGB-QM-SVC and RF-QM-SVC performed best for precipitation, while XGB-QM, SVR-QM, and RF-QM performed best for temperature. The assessment of climate change effects under the SSP2-4.5 scenario showed that in the near future (2020–2040) compared to the baseline period (1990–2014), temperature will increase across the region, and a decrease in precipitation is predicted in part of the Caspian region. Hydrological assessments in the Shafarood watershed indicated a decrease in average runoff. Under the SSP5-8.5 scenario, the average minimum and maximum temperatures across the region are projected to increase, while average precipitation and runoff are expected to decrease
كليدواژه هاي فارسي
ريزمقياسنمايي , كاهش خطاي آماري , تطبيقتوزيع بهبوديافته , كلاسهبندي , تغيير اقليم , مدلهاي گردش عمومي جو , دادههاي اقليمي جهاني , حوضهي آبريز درياي خزر , شفارود
كليدواژه هاي لاتين
Downscaling , Statistical error reduction , Improved quantile mapping , Classification , Climate change , GCMs , Global climate data , Caspian Sea watershed , Shafarood
Author
Aria Sarvi
SuperVisor
Hossein Afzalimehr