مقايسۀ مدل‌هاي سري زماني فصلي، دوخطي BL و غيرخطي آستانۀ SETAR در پيش‌بيني جريان ماهانۀ ورودي به مخزن سد مارون

Comparison of seasonal time series models and nonlinear BL models and SETAR models in forecasting the monthly in flow of mourn dam

در پژوهش حاضر از مدل‌هاي سري زماني فصلي SARIMA، هالت- وينترز، مدلهاي دوخطي BL و مدل دورژيمي غيرخطي خودهمبستگي آستانۀ SETAR براي پيش‌بيني جريان ماهانۀ ورودي به مخزن سد مارون استفاده شده است. به اين منظور، از دادههاي ايستگاه آب‌سنجي ايدنك واقع در استان خوزستان با طول دورۀ آماري 34 سال طي سالهاي 1361 تا 1394 ‌استفاده شده است. از تبديل لگاريتمي براي نرمال‌سازي داده‌هاي شدت جريان ماهانۀ ايستگاه هيدرومتري ايدنك استفاده شد. همچنين، براي حذف مؤلفۀ فصلي داده‌هاي ماهانه از روش تفاضل‌گيري بهره گرفته شد. از آزمون استقلال باقي‌مانده هاي مدل (لجونگ- باكس يا پورت مانتئو) و توابع خودهمبستگي و خودهمبستگي جزئي براي بررسي صحت (كيفيت برازش) مدلهاي يادشده استفاده شد. درنهايت، مدلهاي SARIMA(1,0,1)*(2,0,2)12، BL(2,1,1,1) و SETAR(2;7,3) با داشتن حداقل مقدار معيار آكائيك و شوارتز به عنوان مدلهاي برتر انتخاب شدند. نتايج ارزيابي مدلهاي برازشيافته نشان داد مدل دوخطي (BL) با مقادير ضريب تعيين و ريشۀ ميانگين مربعات خطا، به‌ترتيب برابر با 81/0 و 80/14 مترمكعب بر ثانيه، دقت قابل قبولي در پيشبيني جريان ماهانۀ رودخانه مارون دارد. با توجه به نتايج مشخص شد كه با افرايش مرتبۀ خودهمبستگي غير فصلي در مدلهاي ساريما صحت مدل و عملكرد آنها در پيش‌بيني جريان ماهانه تضعيف ميشود. همچنين، با بررسي نتايج به‌دست‌آمده از مدلها مشخص شد كه مدل هالت- وينترز با داشتن مقدار ضريب تعيين و ريشۀ ميانگين به‌ترتيب برابر 56/0 و 10 مترمكعب بر ثانيه ضعيفترين عملكرد در پيش‌بيني جريان ماهانه حوضۀ مارون را دارد.

In the present research, the SARIMA seasonal time series, Holt-Winters, bi-linear and Self-Exciting Threshold Auto-Regressive models were used to predict the monthly inflow to the Maroun dam reservoir. To this end, the 34-year data of the Idanak hydrometric station located in Khuzestan province of Iran between the years 1982 and 2015 have been used. The logarithmic transformation was used to normalize the monthly discharge data of the Idanak hydrometric station. differencing technique was used to eliminate the seasonal component of the monthly data. The independence test of the model residuals (Ljung-Box or porte-manteau), the autocorrelation and partial autocorrelation functions were used to check the validity (quality of fitting) of these models. SARIMA models (1.0.1) * (2.0.2) 12, BL (2.1.1.1) and SETAR (2; 7.3) were chosen as the best models with the minimum values of Akaike and Schwartz criteria. The results of the evaluation of fitted models showed that the BL model with the values of the coefficient of determination and root mean square error which are 0.81 and 14.80 m3/s, respectively, has an acceptable accuracy to predict the monthly flow to the Maroun River. It was also found that by increasing the non-seasonal rank degree in SARIMA models, the model validity and performance are weakened to predict monthly flow. The results showed that the Holt-Winters model with the values of the coefficient of determination and root mean square error which are 0.56 and 10 m3/s, respectively, has the weakest performance to predict the monthly flow to the Maroun dam reservoir.