حسین نوروزی قوشبلاغ
-
برای پاک سازی آب های زیرزمینی آلوده و مصرف مجدد آن، اغلب باید وقت و هزینه زیادی صرف شود و یافتن منبع آبی جایگزین همیشه امکان پذیر نیست. محدوده مطالعاتی میاندوآب به عنوان مهم ترین دشت حوضه دریاچه ارومیه یکی از مناطق مهم کشاورزی کشور، در معرض خطر آلودگی به نیترات قرار گرفته است. لذا بررسی مناطق آسیب پذیر آبخوان این منطقه با روش مناسب از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق ابتدا از روش دراستیک معمولی، آسیب پذیری دشت میاندوآب برای بررسی مناطق در معرض آلودگی استفاده شد. سپس برای بهینه سازی روش دراستیک با استفاده از الگوریتم ژنتیک، تابع هدفی به الگوریتم ژنتیک تعریف شد و وزن های بهینه پارامترهای دراستیک با بیشینه کردن تابع هدف بدست آمد. داده های غلظت نیترات و شاخص همبستگی آن با آسیب پذیری برای بررسی صحت سنجی روش های ارائه شده به کار برده شد. شاخص همبستگی نشان داد که دراستیک بهینه شده با استفاده از الگوریتم ژنتیک، شاخص همبستگی بالاتری با نیترات داشته و نتیجه بهتری نسبت به دراستیک معمولی برای منطقه ارائه داده است. نقشه بهینه شده با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک نشان می دهد که حدود 18، 11، 28، 26 و 17 درصد از دشت به ترتیب در مناطق با آسیب پذیری خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد واقع شده اند.
کلید واژگان: آبخوان, آلودگی, الگوریتم ژنتیک, دشت میاندوآب, دراستیکIntroductionLimitation of surface water resources and excessive water utilization from aquifers, as well as the pollutants intrusion through the agricultural, urban and industrial activities, cause irreparable damage to groundwater. Groundwater system doesn’t respond quickly to contaminants and contaminants reaching time to the groundwater and its release into the aquifer is usually long. Remediation of contaminated groundwater and re-use often takes a lot of time and money and sometimes finding an alternative source of water is not possible. Therefore, the best and most effective solution is preventing the contamination entry to this valuable source. Determining the groundwater contamination level is one of the most important hydrogeological studies, which in this regard, the identification of susceptible areas and aquifer vulnerability assessment has great importance. Determining groundwater contamination is one of the most important hydrogeological studies. In this regard, identification of the contamination risk areas the aquifer vulnerability assessment has great importance. The Miandoab study area as a most important plain of the Urmia lake basin is one of the agricultural areas in Iran, especially in grape production, therefore, because of overuse of various chemical and animal fertilizers, it can be a nitrate-contaminated plain. Therefore, considering the importance of groundwater in the Miandoab region, which is also used for drinking, the vulnerability assessment of this plain is necessary. In the present study, the study of contaminant risk areas using DRASTIC vulnerability method has been investigated and the vulnerability map has been optimized using a genetic algorithm. 2. Materials and Methods The Miandoab Plain with an area of approximately 1150 Km2 is located in the south of Urmia Lake and is a part of the Alborz-Azarbayjan structural zone from the geological viewpoint. The average annual rainfall, based on the thirty years (1989-2018) data from Malekan and Miandoab synoptic stations is about 284 mm per year. This region, based on empirical Emberger method (1952) and using the statistics meteorology data, has a cold and semi-arid climate. Figure 1 shows the location of the study area. Fig 1. Geographic location of the study area The DRASTIC model has been used to mapping the groundwater vulnerability to pollution in many areas. Since this method is used in different places without any changes, it cannot consider the effects of pollution type and characteristics. Therefore, the method needs to be calibrated and corrected for specific aquifer and pollution. The DRASTIC model was improved with several methods such as the artificial neural network. In this study, the genetic algorithm is proposed for groundwater vulnerability.
Results and discussionThe DRASTIC map was created by applying the weights for each parameter and integrating and overlaying the layers. According to the results of the DRASTIC model for plain, 15, 10, 17, 33 and 25 percent of the plain, respectively located in areas with very low, moderate, high and very high vulnerability. In the genetic algorithm method, the optimal weights of the parameters were obtained by maximizing the objective function. Based on the genetic algorithm method, groundwater depth, hydraulic conductivity, and unsaturated medium have the most effect on the vulnerability of groundwater in the region, respectively. Fig 2 shows the vulnerability map of Miandoab plain based on DRASTIC and optimized DRASTIC. The optimized map using the genetic algorithm method shows that about 18, 11, 28, 26 and 17 percent of the plains are located in very low, moderate, high and very vulnerable areas. According to the results of the model, the central parts of the Miandoab plain have been introduced as more vulnerable areas. A) B) Fig 2. Vulnerability map using: A) General DRASTIC, B) optimized DRASTIC using genetic algorithm
ConclusionIn the present study, the study of contaminating risk areas using DRASTIC vulnerability method has been investigated and the vulnerability map has been optimized using a genetic algorithm. The optimized map using the genetic algorithm method shows that about 18, 11, 28, 26 and 17 percent of the plains are located in very low, moderate, high and very vulnerable areas. According to the results of the model, the central parts of the Miandoab plain have been introduced as more vulnerable areas. Based on the results of correlation index (CI), optimized DRASTIC using genetic algorithm has the highest priority in identifying areas at high contaminate risk due to having the highest correlation coefficient (CI) with nitrate. In general, identifying the susceptible areas to contamination using appropriate methods, sources and contributing factors can be used for proper management and monitoring of groundwater.
ConclusionIn the present study, the study of contaminating risk areas using DRASTIC vulnerability method has been investigated and the vulnerability map has been optimized using a genetic algorithm. The optimized map using the genetic algorithm method shows that about 18, 11, 28, 26 and 17 percent of the plains are located in very low, moderate, high and very vulnerable areas. According to the results of the model, the central parts of the Miandoab plain have been introduced as more vulnerable areas. Based on the results of correlation index (CI), optimized DRASTIC using genetic algorithm has the highest priority in identifying areas at high contaminate risk due to having the highest correlation coefficient (CI) with nitrate. In general, identifying the susceptible areas to contamination using appropriate methods, sources and contributing factors can be used for proper management and monitoring of groundwater.
ConclusionIn the present study, the study of contaminating risk areas using DRASTIC vulnerability method has been investigated and the vulnerability map has been optimized using a genetic algorithm. The optimized map using the genetic algorithm method shows that about 18, 11, 28, 26 and 17 percent of the plains are located in very low, moderate, high and very vulnerable areas. According to the results of the model, the central parts of the Miandoab plain have been introduced as more vulnerable areas. Based on the results of correlation index (CI), optimized DRASTIC using genetic algorithm has the highest priority in identifying areas at high contaminate risk due to having the highest correlation coefficient (CI) with nitrate. In general, identifying the susceptible areas to contamination using appropriate methods, sources and contributing factors can be used for proper management and monitoring of groundwater.
Keywords: Aquifer, Contamination, DRASTIC, Genetic Algorithm, Miandoab Plain -
مطالعات یک سیستم آب زیرزمینی به منظور شناخت رفتار آن، نیازمند حفر تعدادی زیادی چاه اکتشافی و انجام عملیات پمپاژ و آزمایش های ژئوفیزیک می باشد که با صرف هزینه های فراوان عملی می گردد. به همین دلیل، امروزه شبیه سازی جریان آب زیرزمینی توسط مدل های ریاضی و کامپیوتری که یک روش غیرمستقیم مطالعه آب زیرزمینی می باشد، با صرف هزینه کمتر صورت می گیرد. در این تحقیق کارایی مدل های شبکه های عصبی مصنوعی، منطق فازی و جنگل تصادفی (RF) در تخمین سطح آب زیرزمینی آبخوان دشت بوکان مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای بارندگی، دما، دبی جریان و تراز سطح ایستابی در دوره زمانی ماه قبل به عنوان ورودی و تراز سطح ایستابی در دوره موردنظر به عنوان خروجی مدل ها در مقیاس زمانی ماهانه در طی دوره آماری (1395-1383) انتخاب گردید. معیارهای ضریب همبستگی، ریشه میانگین مربعات خطا و میانگین قدر مطلق خطا برای ارزیابی و نیز مقایسه عملکرد مدل ها مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاصله نشان داد که مدل های منطق فازی و RF می توانند تراز سطح ایستابی را با دقت قابل قبولی پیش بینی نمایند. سطح آب زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه توسط مدل جنگل تصادفی با دقت بیشتر و با همبستگی بالایی بین داده های مشاهداتی و محاسباتی پیش بینی گردید. بر اساس یافته های تحقیق مدل جنگل تصادفی که برای اولین بار در این زمینه مورد استفاده قرار گرفته است، توانایی بیشتری در پیش بینی پارامترهای هیدروژئولوژیکی را دارد.کلید واژگان: سطح ایستابی, شبکه های عصبی, منطق فازی, جنگل تصادفیGroundwater system studies to understanding its behavior, requires the exploratory drilling wells, pumping test and geophysical experiments, which can carried out with most cost. For this reason, simulation of groundwater flows by mathematical and computer models, which is an indirect method to groundwater studies, is being spent a few costs. In this research, the efficiency of artificial neural network, fuzzy logic and random forest models has been investigated in groundwater level estimation of Boukan plain. Parameters of precipitation, temperature, flow rate and water level within time period of the previous month were used as input and the water table in each period were selected as output through monthly scale (2006-2017). To evaluating the performance of models, Correlation coefficient, root mean square error and coefficient of mean absolute error were used. The results showed that the Fuzzy Logic and Random Forest models are able to estimate water levels with acceptable accuracy. In terms of accuracy, fuzzy logic model with the highest correlation coefficient (0.96), lowest root mean square error (0.068 m0) and mean absolute error (0.056 m) was recognized as a best the model in the groundwater level prediction.Keywords: Fuzzy Logic, Groundwater Level, Neural Networks, Random Forest
-
مطالعات یک سیستم آب زیرزمینی به منظور شناخت رفتار آن، نیازمند حفر تعدادی زیادی چاه اکتشافی و انجام عملیات پمپاژ و آزمایش های ژئوفیزیک می باشد که با صرف هزینه های فراوان عملی می گردد. به همین دلیل، امروزه شبیه سازی جریان آب زیرزمینی توسط مدل های ریاضی و کامپیوتری که یک روش غیرمستقیم مطالعه آب زیرزمینی می باشد، با صرف هزینه کمتر صورت می گیرد. در این تحقیق کارایی مدل های شبکه های عصبی مصنوعی، منطق فازی و جنگل تصادفی (RF) در تخمین سطح آب زیرزمینی آبخوان دشت بوکان مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای بارندگی، دما، دبی جریان و تراز سطح ایستابی در دوره زمانی ماه قبل به عنوان ورودی و تراز سطح ایستابی در دوره موردنظر به عنوان خروجی مدل ها در مقیاس زمانی ماهانه در طی دوره آماری (1395-1383) انتخاب گردید. معیارهای ضریب همبستگی، ریشه میانگین مربعات خطا و میانگین قدر مطلق خطا برای ارزیابی و نیز مقایسه عملکرد مدل ها مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاصله نشان داد که مدل های منطق فازی و RF می توانند تراز سطح ایستابی را با دقت قابل قبولی پیش بینی نمایند. سطح آب زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه توسط مدل جنگل تصادفی با دقت بیشتر و با همبستگی بالایی بین داده های مشاهداتی و محاسباتی پیش بینی گردید. بر اساس یافته های تحقیق مدل جنگل تصادفی که برای اولین بار در این زمینه مورد استفاده قرار گرفته است، توانایی بیشتری در پیش بینی پارامترهای هیدروژئولوژیکی را دارد.کلید واژگان: سطح ایستابی, شبکه های عصبی, منطق فازی, جنگل تصادفیGroundwater system studies to understanding its behavior, requires the exploratory drilling wells, pumping test and geophysical experiments, which can carried out with most cost. For this reason, simulation of groundwater flows by mathematical and computer models, which is an indirect method to groundwater studies, is being spent a few costs. In this research, the efficiency of artificial neural network, fuzzy logic and random forest models has been investigated in groundwater level estimation of Boukan plain. Parameters of precipitation, temperature, flow rate and water level within time period of the previous month were used as input and the water table in each period were selected as output through monthly scale (2006-2017). To evaluating the performance of models, Correlation coefficient, root mean square error and coefficient of mean absolute error were used. The results showed that the Fuzzy Logic and Random Forest models are able to estimate water levels with acceptable accuracy. In terms of accuracy, fuzzy logic model with the highest correlation coefficient (0.96), lowest root mean square error (0.068 m0) and mean absolute error (0.056 m) was recognized as a best the model in the groundwater level prediction.Keywords: Fuzzy logic, Groundwater Level, Neural Networks, Random Forest
-
آبخوان دشت ملکان به عنوان یکی از آبخوانهای حوضه دریاچه ارومیه، به مدیریت صحیح کمی و کیفی نیاز دارد. روشهای مختلفی از جمله انجام آزمون پمپاژ، روشهای آزمایشگاهی، استفاده از ردیابها و روشهای ژئوفیزیکی برای ارزیابی پارامترهای هیدروژئولوژیکی و مدیریت مناسب آبخوانها وجود دارد. هر چند تعبیر و تفسیر داده های به دست آمده از آزمون پمپاژ، بهترین روش تخمین پارامترهای هیدروژئولوژیکی آبخوان است، اما این روش پرهزینه، وقتگیر و نتایج آن مختص به مناطق محدودی خواهد بود. با توجه به اینکه مدلهای هوش مصنوعی توانایی هایی در برآورد پارامترهای هیدروژئولوژیکی نشان دادهاند، در تحقیق حاضر کارایی مدلهای شبکه های عصبی مصنوعی، منطق فازی و جنگل تصادفی در برآورد پارامتر قابلیت انتقال آبخوان دشت ملکان بررسی شده است. پارامترهای ژئوفیزیکی و هیدروژئولوژیکی مرتبط با قابلیت انتقال، از جمله مقاومت عرضی، هدایت الکتریکی، ضخامت آبخوان و هدایت هیدرولیکی به عنوان مهمترین ورودی در این مدلها در نظر گرفته شده است. بر اساس نتایج به دست آمده از بین مدلهای شبکه عصبی و فازی و جنگل تصادفی، مدل جنگل تصادفی دقت و توانایی بیشتری در شبیهسازی داشته است. نتایج به دست آمده از شبیهسازی ( 96/0 = AUC، 001/0 = MSE و 986/0= R2) و تعیین مهمترین پارامترهای تاثیرگذار در پیشبینی قابلیت انتقال، گویای برتری این مدل نسبت به مدلهای شبکه های عصبی مصنوعی و منطق فازی در بحث پیشبینی است.کلید واژگان: آب های زیرزمینی, جنگل تصادفی, دشت ملکان, قابلیت انتقال, هوش مصنوعیEstimating aquifer hydrogeological parameters is essential for the studies or management of groundwater resources. There are several different methods such as pumping test, simulation or modeling of groundwater, geophisical modeling to estimate these parameters. Although analysis and evaluation of pumping test data is the best way to achieve this purpose, it is costly, time consuming and the gained results are from limited points. Malekan plain aquifer is one of the marginal plains of Urmia Lake which suffered more ground water declination and Salinization in last decades and it needs qualitative and quantitative management. In this study, artificial neural networks, fuzzy logic and random forest models have been used to estimate the transmission of aquifers and the performance each of these models has been investigated. Inputs of presented models included related geophysical and hydrogeological variables to transmissivity such as transverse resistivity (Rt), electric conductivity (EC), alluvium thickness (B), and hydraulic conductivity (k). Based on the results of all models, random forest model has higher accuracy and ability to predict transmissivity parameter. According to this model, electrical conductivity (EC), aquifer environment (A) and hydraulic gradient (H) parameters were identified as the most important parameters to predict the transmissivity, respectively.Keywords: Artificial Intelligence, Groundwater, Malekan Plain, Random Forest, Transmissivity
-
عدم شناخت صحیح مناطق مستعد آلودگی در آبخوان ها ممکن است سبب ایجاد آلودگی های شدید در منابع آب زیرزمینی شود و چه بسا اتفاق می افتد که دیگر نتوان از این منابع استفاده کرد. منابع آب زیرزمینی در منطقه ملکان به دلیل وجود باغ های انگور و کشاورزی شدید، تحت تاثیر شیرابه حاصل از مواد نیتراته می باشند، لذا شناسایی مناطق آسیب پذیر آبخوان این منطقه با روش مناسب از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق از مدل های دراستیک بهینه شده با منطق فازی و تئوری کاتاستروف، برای بررسی مناطق مستعد آلودگی آبخوان آزاد دشت ملکان استفاده شد. برای بهینه سازی، پارامترهای روش دراستیک که شامل هفت پارامتر هیدروژئولوژیکی می باشد، به عنوان ورودی مدل و مقدار شاخص آسیب پذیری به عنوان خروجی مدل ها تعریف گردید. صحت سنجی مدل ها نیز با استفاده از داده های غلظت نیترات و ضریب همبستگی با شاخص آسیب پذیری در منطقه انجام گردید. نتایج مدل سازی نشان داد که مدل دراستیک تصحیح شده با استفاده از تئوری کاتاستروف با شاخص همبستگی بالا با نیترات، نتیجه بهتری را نسبت به منطق فازی برای آبخوان ارائه داده است. بر اساس نتایج مدل کاتاستروف، 56، 23، 21 درصد از منطقه به ترتیب در مناطق با آسیب پذیری کم، متوسط و زیاد واقع شده اند و بخش های مرکزی دشت به عنوان مناطق آسیب پذیر شناخته می شوند.کلید واژگان: آبخوان, آسیب پذیری, تئوری کاتاستروف, دشت ملکان, منطق فازیLack of proper recognition about the susceptible area to contamination in aquifers, may cause the contamination in these resources, and it may happen that these resources cannot be used. Groundwater resources in the Malikan region strongly affected by nitrate fertilizers leachates, due to the presence of grape gardens and intensive agriculture. So in this area, identifying the vulnerable area with the proper method is very important. In this study, Improved DRASTIC methods using fuzzy logic and catastrophe theory were used to vulnerability assessment of Malikan plain aquifer. For optimization, DRASTIC parameters which including seven hydrogeological parameters and the value of the vulnerability index respectively are defined as the input and output of the models. Validation of the models was performed using nitrate concentration data and correlation coefficient with the vulnerability index in the region. The results of models showed that the improved DRASTIC model using catastrophe theory with higher correlation index (CI) with nitrate concentration has provided a better result than the fuzzy logic for the aquifer vulnerability assessments. Based on catastrophe theory, the 56, 23, 21% of aquifer respectively located in low, medium and high vulnerability area, and central parts of plain was identified as a high vulnerable zones.Keywords: Aquifer, Catastrophe Theory, Fuzzy Logic, Malikan Plain, Vulnerability
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.