ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................................. 6
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ РАСЧЕТА И МОДЕЛИРОВАНИЯ РЕЧНОГО СТОКА НА
ВОДОСБОРАХ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХСЯ СЛАБОЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ
ИЗУЧЕННОСТЬЮ ............................................................................................................................... 11
1.1. Актуальность проблемы инженерной гидрологии ..................................................... 11
1.2. Моделирование гидрологических систем .................................................................... 12
1.3. Изучение и моделирование стока ................................................................................. 15
1.3.1. Изучение стока с использованием моделей ARIMA ............................................ 16
1.3.2. Изучение стока с использованием моделей искусственного интеллекта .......... 18
1.3.2.1. Изучение стока с использованием искусственных нейронных сетей ............. 18
1.3.2.2. Изучение стока с использованием моделей нечеткой логики ......................... 22
1.3.3. Моделирование стока с использованием имитационных математических
моделей и вычислительных комплексов .................................................................................... 25
1.4. Методы, используемые в районах, климатически схожих с бассейном реки Оронтес
в Сирии .............................................................................................................................................. 29
1.5. Предыдущие гидрологические исследования в Сирии, в том числе в пределах
исследуемого объекта ...................................................................................................................... 37
Выводы по главе 1 ................................................................................................................. 38
ГЛАВА 2. БАССЕЙН ВЕРХНЕГО ОРОНТЕСА КАК ОБЬЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ.
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ .................................... 41
2.1. Общие сведенияо речном бассейне .............................................................................. 41
2.2. Природно-климатические, гидрологические, гидрогеологические и
водохозяйственные условия в бассейне реки Оронтес ................................................................. 43
2.2.1. Климатические условия бассейна .......................................................................... 43
2.2.2. Гидрографическая сеть бассейна. Гидрологические условия и характеристики
......................................................................................................................................................... 44
2.2.3. Изменчивость годового стока ................................................................................ 47
2.2.4. Подземные воды бассейна ...................................................................................... 49
2.2.5. Использование и управление водными ресурсами в бассейне р. Оронтес ........ 49
2.3. Верхняя часть бассейна Оронтес .................................................................................. 50
2.3.1. Суббассейны Верхнего Оронтеса .......................................................................... 50
3
2.3.2. Информация о наблюденных значениях речного стока, осадках, испарении и
температуры воздуха .................................................................................................................... 51
2.3.3. Сеть оросительных каналов в верховьях Оронтеса ............................................. 54
2.4. SWOT-анализ развития водохозяйственной системы в бассейне Верхнего Оронтеса
............................................................................................................................................................ 55
Выводы по Главе 2 ................................................................................................................ 61
ГЛАВА 3. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕЧНОГО СТОКА НА ВОДОСБОРЕ С
НЕДОСТАТОЧНЫМ ИНФОРМАЦИОННЫМ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
МОДЕЛЕЙ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ ......................................................................................... 63
3.1 Гибридные модели в области методов машинного обучения .................................... 63
3.2. Временные ряды. Метод авторегрессионного интегрированного скользящего
среднего (ARIMA) ............................................................................................................................ 72
3.3. Расчеты речного стока на гидрометрической станции Аль- Джавадия с
использованием модели ARIMA ..................................................................................................... 82
3.4. Методы искусственного интеллекта ............................................................................ 92
3.4.1. Метод искусственных нейронных сетей ............................................................... 92
3.4.1.1. Краткий обзор искусственных нейронных сетей .............................................. 92
3.4.1.2. Сравнение биологических и искусственных нейронных сетей ....................... 93
3.4.1.3. Определение искусственных нейронных сетей ................................................. 93
3.4.1.4. Компоненты искусственных нейронных сетей ................................................. 94
3.4.1.6. Этапы работы искусственного нейрона ............................................................. 95
3.4.1.7. Функции активации .............................................................................................. 96
3.4.1.8 Типы искусственных нейронных сетей ............................................................... 98
3.4.1.9. Алгоритмы обучения в искусственных нейронных сетях ................................ 99
3.4.1.10. Нейронные сети с прямой подачей и обратным распространением ошибок 99
3.4.2. Нормализация данных ........................................................................................... 101
3.4.3. Система нечеткого вывода ................................................................................... 102
3.4.3.1 Ненадежные (нечеткие) знания .......................................................................... 102
3.4.3.2. Понятие нечеткого множества .......................................................................... 103
3.4.3.3. Этапы построения нечеткой модели ................................................................. 104
3.4.3.4. Функции принадлежности, используемые в системе нечеткого вывода ...... 106
3.4.3.5. Операции над нечеткими группами .................................................................. 108
3.4.3.6. Логический вывод в нечётких системах .......................................................... 108
4
3.4.4. Оценка эффективности моделей .......................................................................... 110
3.4.5. Оценка данных о стоке на гидрометрической станции Аль-Амири ................ 110
3.4.5.1. Расчеты речного стока на гидрометрической станции Аль-Амири с
использованием метода искусственных нейронных сетей ..................................................... 111
3.4.5.2. Расчеты речного стока на гидрометрической станции Аль-Амири с
использованием метода системы нечеткого вывода ............................................................... 114
3.4.5.3. Сравнение между моделями ИНС (ANN) и СНВ (FIS) на гидрометрической
станции Аль-Амири .................................................................................................................... 116
3.4.6 Оценка данных о стоке на гидрометрической станции Аль-Джавадия ............ 117
3.4.6.1. Расчеты речного стока на гидрометрической станции Аль-Джавадия с
использованием метода искусственных нейронных сетей ..................................................... 117
3.4.6.2. Расчеты речного стока на гидрометрической станции Аль- Джавадия с
использованием метода системы нечеткого вывода ............................................................... 119
3.4.6.3. Сравнение между моделями ИНС (ANN) и СНВ (FIS) на гидрометрической
станции Аль-Джавадия ............................................................................................................... 121
3.4.7. Разработка программного приложения (пользовательского интерфейса) для
оценки поверхностного стока висследуемом речном бассейне ............................................. 123
Выводы по главе 3 ............................................................................................................... 125
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЧНОГО СТОКА В УСЛОВЯХ
НЕДОСТАТОЧНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ .............................................. 127
4.1. Математические модели речного стока ..................................................................... 127
4.2. Математическое моделирование речного стока с использованием модели MIKE 11
NAM ................................................................................................................................................. 127
4.2.1. MIKE 11 NAM.Общие сведения. ......................................................................... 128
4.2.2. Требования к исходным данным .......................................................................... 129
4.2.2.1. Метеорологические данные ............................................................................... 130
4.2.2.2. Гидрологические данные ................................................................................... 131
4.2.3. Структура модели .................................................................................................. 132
4.2.4. Калибровка модели................................................................................................ 133
4.2.4.1. Цели калибровки и меры оценки ...................................................................... 134
4.2.4.2. Ручная калибровка .............................................................................................. 135
4.2.4.3. Автоматическая система калибровки ............................................................... 136
4.2.5. Оценка эффективности модели MIKE 11 NAM для моделирования стока
вбассейне реки Верхний Оронтес в Сирии .............................................................................. 141
5
4.3. Математическое моделирование речного стока с использованием модели «Аналог»
ПК «Гидрорасчеты» ....................................................................................................................... 144
4.3.1. Структура системы управления Базами данных «ГИДРОРАСЧЕТЫ»............ 144
4.3.2. Программа «АНАЛОГ» ........................................................................................ 146
4.3.3. Расчеты речного стока на гидрометрической станции Аль-Джавадия с
использованием программного комплекса «Гидрорасчеты» ................................................. 146
4.4. Современный водохозяйственный баланс для расчетного водохозяйственного
участка реки Верхний Оронтес ..................................................................................................... 150
4.5. Практическая значимость использования моделей прогнозирования стокадля
водосборов с недостаточным информационным обеспечением ................................................ 166
Выводы по главе 4 ............................................................................................................... 168
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ...................................................................................................... 175
ПРИЛОЖЕНИЕ А Временной ряд речного стокана гидрометрической станции Аль-
Джавадияи Аль-Амири ...................................................................................................................... 199
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Временной ряд речного стокана гидрометрической станции Аль-
Джавадияи Аль-Амири, после оценки недостающих значений с помощью моделей
искусственных нейронных сетей ...................................................................................................... 201
ПРИЛОЖЕНИЕ В Перечень публикаций и выступлений с докладами по теме научно
квалификационной работы (диссертации) ....................................................................................... 203
