تعيين پارامترهاي هواشناسي موثر بر ميزان مصرف آب شرب با استفاده از الگوريتم خوشه‌بندي فازي (مطالعه موردي: شهر گرگان)

Determining meteorological parameters affecting urban water consumption using fuzzy clustering algorithm (Case study: Gorgan city)

امروزه برآورد ميزان مصرف آب يكي از مهم‌ترين و كاربردي‌ترين مباحث به‌شمار مي‌رود، پيچيدگي و تاثير عوامل و پارامترهاي مختلف بر ميزان مصرف آب سبب شده است تا روش‌هاي تحليلي و رياضي در اين زمينه از كارايي لازم برخوردار نباشند. مطالعات انجام شده نشان مي‌دهد كه پارامترهاي هواشناسي به‌عنوان مهم‌ترين گروه در زمينه برآورد كوتاه‌مدت ميزان مصرف آب در نظر گرفته شده‌اند. در اين مطالعه با استفاده از الگوريتم خوشه‌بندي فازي ارتباط غيرخطي بين پارامترهاي اقليمي به‌عنوان متغيرهاي ورودي و ميزان مصرف آب شهري به‌عنوان متغير خروجي مورد بررسي قرار گرفت و با نتايج به‌دست آمده از برقرار نمودن رابطه خطي ميان متغيرهاي نام‌برده مقايسه شد. براي اين منظور از داده‌هاي اندازه‌گيري شده روزانه پارامترهاي هواشناسي ايستگاه سينوپتيك هاشم‌آباد و ميزان آب توزيع شده در شبكه شهر در طي ماه‌هاي فروردين تا تير سال 1391، استفاده شده است. در نهايت با بهره‌گيري از روش‌هاي رگرسيون خطي و غيرخطي رابطه‌اي براي برآورد كوتاه‌مدت ميزان مصرف آب براساس پارامترهاي اقليمي ارايه گرديد. نتايج نشان داد ميزان مصرف آب شهري با ميانگين دماي هوا همبستگي بهتري را نشان مي‌دهد و در نظر گرفتن حداكثر دماي هوا نيز باعث افزايش دقت برآوردها مي‌شود. بنابراين مي‌توان حداكثر و ميانگين دماي هوا را موثرترين پارامترهاي برآورد ميزان مصرف آب دانست. همچنين نتايج نشان داد در نظر گرفتن يك معادله درجه دو بين متغيرهاي ورودي و خروجي، با داشتن ضريب ناش- ساتكليف 71/0 و ريشه ميانگين مربعات خطا 35/43 ليتر در ثانيه، ميزان مصرف آب را با دقت و اطمينان بيش‌تري نسبت به ساير معادله‌ها برآورد مي‌نمايد. واژه‌هاي كليدي: الگوريتم خوشه‌بندي فازي، پارامترهاي هواشناسي، مصرف آب

Today, the estimation of water consumption amount is considered as one of the most important and practical issues; the complexity and effect of various factors and parameters on water consumption caused that analytical and mathematical methods not be practical enough in this regard. The conducted studies indicate that meteorological parameters are considered as the most important group in the short-term estimating of water consumption amount. In this study using fuzzy clustering algorithm the nonlinear relationship between climatic parameters as input variables and urban water consumption amount as output variable was investigated and it was compared with the results of linear correlation between mentioned variables. For this purpose the measured data of meteorological parameters of Hashem Abad synoptic station which were collected daily and the amount of water distributed in the city network during Farvardin to Tir of 1391, have been used. Finally, an equation was proposed for short-term estimation of water consumption amount based on climatic parameters using linear and nonlinear regression methods. The results showed that urban water consumption amount indicates a better correlation with temperature mean and considering maximum temperature can increase the accuracy in data estimation. By considering a grade 2 equation among input and output variables the results also showed that by having Nash-Satklif 0.71 and 43/35 Lit/s error’s root mean squares, the water consumption amount will be obtained more precisely and certain than other equations. Keywords: Fuzzy clustering algorithm, Meteorological parameters, Water consumption