abolhasan fathabadi
-
نشریه رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط زیست، سال دوم شماره 2 (پیاپی 4، پاییز و زمستان 1402)، صص 123 -136
هدف از این تحقیق ارایه مدلی جهت محاسبه مقادیر دبی سیلاب با دوره بازگشت معین با استفاده از ویژگی های هندسی حوزه آبخیز و با ارایه مدل های چند متغیره می باشد. به منظور مدل سازی و شناخت عوامل تاثیر گذار در رخداد سیل در حوزه آبریز گرگانرود، وضعیت آماری تعداد 11 ایستگاه هیدرومتری حوزه آبخیز گرگانرود واقع در استان گلستان مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. پارامترهای مختلف تاثیر گذار شامل عوامل فیزیوگرافی، پوشش گیاهی، کاربری اراضی، خاک شناسی، زمین شناسی و آب وهوا شامل 31 متغیر مستقل در این تحقیق انتخاب شد. تجزیه وتحلیل اطلاعات و مدل سازی سیلاب به روش آماری رگرسیون چند متغیره انجام شد. بدین ترتیب مدل های منطقه ای سیلاب به روش Enter از دقت و صحت بالاتری نسبت به مدل های به دست آمده از روش Forward برخوردار می باشد. به طورکلی 13 متغیر از 31 متغیر مستقل وارد شده در آزمون رگرسیون چند متغیره به عنوان مهم ترین و تاثیرگذارترین عوامل در بروز سیلاب حوزه آبخیز گرگانرود شناسایی گردیده است. متغیرهای موثر شامل: ضریب گراولیوس، درصد مساحت سازندهای نفوذپذیر، شیب حوزه آبخیز، زمان تمرکز، مساحت آبخیز، سرعت جریان، درصد مساحت اراضی با جهت شمال، درصد مساحت اراضی با جهت جنوب، درصد مساحت اراضی مرتعی، درصد مساحت اراضی زراعی، درصد تراکم آبراهه با رتبه 3، دمای متوسط سالانه و بارندگی حداکثر سالانه می باشد. با استفاده از این روابط (مدل ها) می توان مقادیر دبی حداکثر لحظه ای با دوره بازگشت های 2، 10،5، 25، 50 و 100 ساله را در حوزه های فاقد آمار در زیر حوزه های گرگانرود به دست آورد.
کلید واژگان: دبی پیک سیل, حوزه آبخیز گرگانرود, مدل سازی, رگرسیون خطیJournal of New Approaches in Water Engineering and Environment, Volume:2 Issue: 2, 2024, PP 123 -136The Objective of this research is to provide a model to calculate flood discharge values with a certain return period by using the geometric features of the watershed and by providing multivariable models.To understand flood occurrence in the Gorganrood watershed, we studied 11 hydrometric stations in Golestan province. Various influential parameters, including physiographic factors, vegetation, land use, soil science, geology, and weather including 31 independent variables were selected in this research. Data analysis and flood modeling were done by the multivariate regression statistical method. In this way, flood regional models using the Enter method have higher accuracy and precision than the models obtained using the Forward method. In general, 13 variables out of 31 independent variables included in the multivariate regression test have been identified as the most important and influential factors in the occurrence of floods in the Gorganrood watershed. The effective variables include: Gravel's coefficient, percentage of the area of permeable formations, watershed slope, concentration time, watershed area, flow velocity, percentage of land area with a north direction, percentage of land area with a south direction, percentage of pasture land area, percentage of agricultural land area, percentage Waterway density is ranked 3, as are average annual temperature and maximum annual rainfall.
ConclusionsBy using these relationships (models), it is possible to obtain the values of the maximum instantaneous discharge with a return period of 2, 10, 5, 25, 50 and 100 years in the basins without statistics under the sub-basins of Gorganrood.
Keywords: Flood Peak Discharge, Gorganrood watershed, Modeling, linear regression -
در این تحقیق محتوای فلزات سنگین (Zn، V، Ti، Pb، Ni، Mn، Cu، Cr و As) در 40 نمونه خاک و رسوب به همراه پنج نمونه رسوب معلق در آبراهه های حوزه لانیز کرج مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به فعالیت عمرانی به ویژه احداث آزادراه تهران - شمال در این حوزه، شاخص های آلودگی تک عنصره شامل Contamination Factor (CF)، شاخص زمین انباشتگی (Igeo) ، فاکتور غنی شدگی نرمال شده (EF) و فاکتور پتانسیل ریسک اکولوژیک تک عنصره (ER)؛ به همراه دو شاخص چند عنصر Pollution Load Index (PLI) و ریسک اکولوژیک (RI) استفاده شدند. همچنین از تحلیل مولفه های اصلی و آنالیز خوشه ای برای گروه بندی عناصر و نمونه ها استفاده شد. نتایج PCA نشان داد که دو گروه از عناصر با منشاء طبیعی و انسانی-طبیعی قابل تفکیک است. نتایج آنالیز خوشه ای بیانگر تفکیک 50 درصد نمونه های مرتبط با آزادراه در دو خوشه مجزا می باشد. براساس شاخص های CF، آلودگی شدید آرسنیک و سپس سرب و منگنز در نمونه های رسوب معلق و خاک مرتبط با آزادراه حاکم است. این آلودگی در شاخص Igeo برای آرسنیک نیز وجود دارد. همچنین براساس این شاخص اکثر نمونه های رسوب معلق مرتبط با آزادراه دارای کلاس شدید آلودگی از همه عناصر هستند. اما براساس شاخص غنی شدگی اصلاح شده با عنصر منگنز فقط یک نمونه متاثر و دو نمونه غیر متاثر از آزادراه دچار غنی شدگی شدید هستند و سایر نمونه ها غنی شدگی کم یا متوسطی دارند. بر خلاف شاخص های تک عنصره، در شاخص های تجمعی PLI و RI نمونه های رسوب معلق و خاک مرتبط با آزادراه دارای بار آلودگی و ریسک اکولوژیک پایینی هستند. نتایج این تحقیق نشان داد که استفاده جداگانه از شاخص های منفرد یا شاخص های یکپارچه آلودگی نمی تواند واقعیت آن در حوزه را نشان دهد.
کلید واژگان: فلزات سنگین, آلودگی, شاخص آلایندگی, ریسک اکولوژیک, آنالیز چند متغیرهWater and soil play an important role in all human environmental activities and controling physical, chemical and biological processes in the environment. The existence of limitations of water resources, especially the fresh water of rivers and dams, makes it necessary to pay more attention to them against pollution. Contamination of water and soil with heavy metals are serious environmental pollutants that enter the environment in many different ways with natural and human origin and cause serious damage. Karaj Dam is one of the most vital sources of drinking water supply in the metropolis of Tehran, which faces a serious risk of pollution due to the development of human activities. This study investigated the concentrations of heavy metals (Zn, V, Ti, Pb, Ni, Mn, Cu, Cr, and As) in 40 soil samples and sediments, as well as five suspended sediment samples, in the river of the Laniz watershed in Karaj, Iran. Due to the construction activities in the watershed including the construction of the Tehran-North Freeway, the natural condition has been affected over the past decade and therefore need to use and new inventory method to separate the effects of natural geochemical from humane effects. The single-element indices of contamination factor (CF), geoaccumulation index (Igeo), normalized enrichment factor (EF), and ecological risk potential factor (ER), as well as two multi-element indices of pollution load index (PLI) and ecological risk index (RI), were employed. At first the elements and samples were grouped by principal component analysis (PCA) and cluster analysis. FA distinguished two groups of elements; called natural and human-natural origins. The cluster analysis divided 50% of the freeway-affected samples into two distinct clusters. Based on the CF index, the As contamination was extreme in the suspended sediment samples and soil samples related to the Freeway while the Pb and Mn carried out the next rank. Also, the single Igeo index revealed the high As contamination. Moreover, based on the Igeo, most suspended sediment samples related to the Freeway put in the extreme contamination class for all of the elements. However, the Mn-modified enrichment factor showed only one freeway-affected and two freeway-unaffected samples exhibited extreme enrichment, and the enrichment of other samples was low or moderate. Unlike the single-element indices, PLI and RI showed that the suspended sediment and soil samples related to the freeway had low pollution load and ecological risk. Compare of single and multiple contamination indices revealed an inconsistency of pollution risk that can be addressed into the background value (in single indices) and the toxicity response factor of the metals (in multiple indices). Results indicated that due to spatial-temporal changes of human effects, it would be better to use different values for both background and elements toxicity response. Therefore, to reach a reality image of contamination risk, more researches are needed to elucidate the mentioned standard value based on the regional variations.
Keywords: Contamination index, ecological risk, metals, metalloids, Multivariate analysis -
طی دهه گذشته روند افت سطح ایستابی و همچنین کاهش کیفیت آب های زیر زمینی در کنار کمیت مسیله اساسی در مدیریت منابع آب به حساب می آید. در پژوهش حاضر اقدام به پهنه بندی خطر شوری آب های زیرزمینی با استفاده از روش های نسبت فراوانی، شاخص آماری، وزن شاهد، الگوریتم طبقه بندی درخت تصمیم و جنگل تصادفی در بخش جنوبی حوزه آبخیز بختگان گردید. پس از در نظر گرفتن حد آستانه شوری برای آب های زیرزمینی (1000< EC میکروزیمنس بر سانتی متر) و تهیه نقشه آن، نقشه 21 عامل موثر در فرآیند شوری آب های زیرزمینی شامل ارتفاع، فاصله از تاقدیس ها، نادویس ها، کفه های نمکی، دریاچه های شور و فاصله سدها، شاخص شوری خاک، شاخص رطوبت توپوگرافی، انحنای کلی، انحنای دشت، انحنای پروفیل، جریان تجمعی، جهت جریان، شیب، جهت، کاربری اراضی، خاک، اقلیم، پوشش اراضی، افت آب های زیرزمینی، سطح آب های زیرزمینی تهیه گردید. داده های هدایت الکتریکی به دو دسته آموزش و اعتبارسنجی تقسیم و با مقایسه نقشه شوری آب های زیرزمینی با 21 فاکتور مستقل، وزن دهی روش های دو متغیره و پارامترهای روش های چند متغیره برآورد گردید. نتایج روش حذف ویژگی بازگشتی (RFE) نشان داد که در دشت های جنوبی حوزه آبخیز بختگان عوامل ارتفاع، فاصله از کفه های نمکی، فاصله از ناودیس ها و تاقدیس ها و فاصله از دریاچه های آب شور از اهمیت بیشتری در رخداد شوری آب های زیرزمینی برخوردار هستند. نتایج اعتبارسنجی مدل های دو متغیره مقدار مساحت زیر منحنی (ROC) را برای روش های نسبت فراوانی (923/0)، شاخص آماری (905/0) و وزن شاهد (908/0) برآورد نمود که گویای عملکرد بهتر روش نسبت فراوانی در مقایسه با دو روش دیگر می باشد. همچنین نتایج روش های چند متغیره بیانگر عملکرد بهتر روش جنگل تصادفی با مقادیر ضریب تطابق (91/0) و ضریب همبستگی (85/0) نسبت به روش الگوریتم طبقه بندی درخت تصمیم با ضریب تطابق (89/0) و ضریب همبستگی (82/0) بود. به طور کلی در هر تحقیقی کارایی مدل ها بستگی به انتخاب مناسب فاکتوردهای موثر در وقوع پدیده مورد بررسی، کیفیت داده های جمع آوری شده و کیفیت نقشه های مورد استفاده دارد.
کلید واژگان: جنگل تصادفی, چند متغیره, شوری آب های زیرزمینی, ضریب تطابق, منحنی ROCCOver the past decade, the trend of declining water levels as well as declining groundwater quality along with quantity is a major issue in water resources management. In this study frequency ratio, statistical index, weight of evidence, classification and regression tree (CART) algorithms and random forest methods were used for groundwater salinity hazard mapping in the southern part of Bakhtegan watershed. After considering the salinity threshold for groundwater (EC<1000 µSiemens/cm), As groundwater salinity map, thematic layers of 21 groundwater salinity conditioning factors including altitude, distance to anticlines, distance to synclines, distance to salt plans, distance to saltwater lakes, distance to dams. Soil salinity index, topographic wetness index, curvature, plan curvature, plan curvature, flow accumulation, flow direction, slope, aspect, land use, soil type, climate, land cover, groundwater drop, groundwater level were prepared. EC data were divided into two categories of training and validation and by comparing the salinity map of groundwater with 21 independent factors; the weighting of two-variable methods and the parameters of multivariate methods were estimated. According to the selected factors in the southern plains of Bakhtegan watershed, the results of this study stated that altitude factors, distance to salt plans, distance to synclines and anticlines and distance to saltwater lakes are more important in the occurrence of groundwater salinity in this region. The results of validation of bivariate models estimated the amount of area under the curve (ROC) for frequency ratio methods (0.923), statistical index (0.905) and weight of evidence (0.908), which indicates better performance of frequency ratio method compared to two other methods. Also, the results of multivariate methods showed better performance of random forest method with matching coefficient values (0.91) and correlation coefficient (0.85) than CART with matching coefficient (0.89) and correlation coefficient (0.82). Finaly, in any research, the efficiency of the models depends on the appropriate selection of the effective factor in the occurrence of the phenomenon under study, the quality of the collected data and the quality of the maps used.
Keywords: Conformity Coefficient, Curve ROC, Groundwater salinity, Multivariate methods, Random forest -
تخمین عمق آبشستگی سازه از اهمیت زیادی برخوردار است. محققین بر مبنای کارهای آزمایشگاهی و صحرایی روابط تجربی متعددی ارایه داده اند ولی تاکنون رابطه ای که در شرایط مختلف نتایج قابل قبولی داشته باشد شناخته نشده است. در این پژوهش دقت روابط مختلف تجربی (منفرد) در دو مرحله ی قبل و بعد از اصلاح اریبی مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان می دهد قبل و بعد از اصلاح اریبی به ترتیب روابط منفرد موسسه ی ملی و ماسون با میانگین مربعات خطای 87/0 و 23/0 متر بیشترین دقت را دارند. ترکیب روابط منفرد با مدل های ترکیبی نشان می دهد از بین روش های مستقیم در مرحله ی قبل و بعد از اصلاح اریبی به ترتیب روش GRA و EWA با میانگین مربعات خطای 25/0 و 23/0 متر بیشترین دقت را داشته است. خطای روش های ترکیبی غیر مستقیم AICA و BICA در مرحله ی قبل و بعد از اصلاح اریبی مشابه بهترین رابطه ی منفرد است و نتوانسته اند نتایج روابط منفرد را بهبود بخشند. نتایج روش موضعی (KNN) و روش هوش مصنوعی (LS-SVM) قبل و بعد از اصلاح اریبی برابر بوده و عمق آبشستگی را با دقت بیشتری نسبت به روابط منفرد برآورد کرده اند. مقایسه ی روش های مختلف ترکیبی در مرحله ی قبل و بعد از اصلاح اریبی نشان داد که کم ترین خطا با میانگین مربعات خطای 18/0 و 19/0 متر به ترتیب مربوط به LS-SVM و KNN می باشد. در این پژوهش مشخص شد که ترکیب روابط منفرد حداکثر عمق آبشستگی با استفاده از روش های مختلف ترکیبی می تواند دقت پیش بینی را بهبود بخشد.کلید واژگان: اصلاح اریبی, روابط تجربی, روش های ترکیبی, عمق آبشستگیThe scour depth estimation is of great importance. Researchers have provided many empirical relationships based on laboratory and field work, but so far no relationship has been found to be satisfactory in different situations. In this study, the accuracy of different experimental (individual) relationships was evaluated in two stages before and after the correctional correction. The results show that before and after the bias correction, the individual relations of the National Institute and Mason with the mean square error of 0.87 and 0.23 meters are the most accurate. The combination of individual relationships with combined methods models shows that the GRA and EWA methods with a mean square error of 0.25 and 0.23 meters were the most accurate among the direct methods in before and after bias correction stage. The error of the AICA and BICA indirect methods in before and after bias correction is similar to the best single relation and could not improve the results of the individual relationships. The results of local method (KNN) and artificial intelligence (LS-SVM) method before and after bias correction are equal and estimate scour depth more accurately than individual relations. Comparison of different combinational methods in before and after bias correction shows that individual relationships with maximum scour depth using different combinational methods can improve predictive accuracy.Keywords: bias correction, Combined methods, Experimental relations, Scour Depth
-
در هر برنامه مدیریتی برای منابع آب، آگاهی از شرایط آینده به منظور تخصیص بهینه منابع آب به بخش های مختلف از قبیل شرب، کشاورزی و غیره لازم می باشد. آن چه در این میان مهم می باشد، پیش بینی مقادیر جریان ورودی به سیستم منابع آب در ماه های آینده است. در این راستا، استفاده از روش هایی که بتواند با کمینه خطا و با توجه به داده و اطلاعات موجود، جریان رودخانه را پیش بینی کند، از اهمیت فراوانی برخوردار می باشد. در پژوهش حاضر، مقادیر دبی ماهانه ورودی به سد بوستان برای آینده با استفاده از داده های هیدرومتری ایستگاه تمر و به کارگیری سه مدل سری زمانی، شبکه عصبی مصنوعی و ماشین بردار پشتیبان و همچنین، سه مدل ترکیبی پیش بینی شد. سپس، با استفاده از معیارهای ارزیابی اقدام به مقایسه عملکرد هر کدام از مدل ها شد. با توجه به نتایج به دست آمده در مدل، سری زمانی بر اساس کمینه بودن معیارهای آکاییک و شوارتز، مدل (1,0,1) ARIMA (2,0,0) به عنوان مدل برتر انتخاب شد. در مدل شبکه عصبی، شبکه با ورودی 2 و 4 نرون و در مدل SVM شبکه با ورودی 3، به عنوان شبکه برتر انتخاب شدند. در نهایت، با توجه به نتایج به دست آمده از معیارهای ارزیابی، مدل سری زمانی بهترین عملکرد را داشته است که مقادیر معیارهای میانگین مربعات خطا، متوسط مقادیر مطلق خطای نسبی، میانگین مطلق خطا و نش -ساتکلیف برای این مدل به ترتیب برابر با 0.88، 4.71، 0.024- و 0.36 به دست آمد. در نتیجه، مدل سری زمانی به عنوان بهترین مدل برای پیش بینی دبی ماهانه در این ایستگاه معرفی شد.کلید واژگان: ایستگاه تمر, مدل سری زمانی, مدل شبکه عصبی مصنوعی, مدل ماشین بردار پشتیبان, منابع آبIn any water resource management plan, there is a pivotal need to undertake the future conditions to allocate the water resources to different sectors (e.g. drinking-water supply, agriculture sector, etc.) more efficiently. Meanwhile, it is important to forecast water resources inflow for future months. To this aim, it is of prime interest to adopt models that are capable of coping with data scarcity problem and able to forecast the stream flow with the least possible error. The current study was aimed at forecasting the monthly inflow of the Boustan Dam by employing three models namely: time series method, Artificial Neural Network (ANN), Support Vector Machine (SVM), and their ensembles. The hydrometric data was obtained from the Tamar Station. Afterward, the models were compared by using several evaluation criteria. According to the Akaike and Schwarz criteria, the ARIMA (2, 0, 0) (1, 0, 1) was found to be the best time series model with a parsimonious behavior. Moreover, the ANN model with two and four input neurons and the SVM model with three input neurons were the best performing models compared to their other counterparts with different input numbers. Considering the evaluation criteria altogether, the time series method was the best performing model with the RMSE, AARE, MBE, and CE values of 0.88, 4.71, -0.024, and 0.36, respectively. Therefore, the time series method was introduced as the premier model for monthly inflow forecasting in the studied stations.Keywords: Artificial Neural Network model, Support vector machine model, Tamar Station, time series model, Water resources
-
آگاهی از منابع تولید رسوب جهت تدوین برنامه های مدیریتی حفاظت آب و خاک در حوزه های آبخیز امری ضروری می باشد. در طی سه دهه گذشته روش انگشت نگاری کاربرد گسترده ای در تعیین سهم منابع مختلف رسوب داشته است. در تحقیق حاضر اقدام به انگشت نگاری رسوبات و تعیین سهم کاربری های مختلف در تولید رسوب در حوزه آبخیز تول بنه در استان گلستان شد. بدین منظور ابتدا 44 نمونه منبع از کاربری های جنگل، مرتع، کشاورزی و فرسایش کناری رودخانه برداشت شد. هم چنین تعداد هشت نمونه رسوب معلق با استفاده از نمونه بردار ممتد رسوب فیلیپس برداشت گردید. سپس غلظت 34 خصوصیت ژئوشیمیایی با استفاده از دستگاه ICP در آزمایشگاه تعیین شد. در ادامه با استفاده از آزمون های آماری تست غلظت جرمی و کراسکال- والیس ترکیب بهینه جهت تعیین سهم منابع مختلف در تولید رسوب، تعیین شد. سپس با استفاده از مدل ترکیبی چند متغیره، سهم منابع مختلف در تولید رسوب تعیین گردید. در نهایت عدم قطعیت با استفاده از روش مونت کارلو مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج به دست آمده پس از آزمون های آماری، تعداد 12 ردیاب به عنوان ترکیب بهینه انتخاب شدند. رخساره فرسایش کناری رودخانه با 52/18% اصلی ترین منبع تولید رسوب بوده است و جنگل با 4/39 % کم ترین سهم را در تولید رسوب داشته است. هم چنین سهم کاربری های کشاورزی و مرتع نیز به ترتیب 23/33% و 10/21% بوده است. نتایج آنالیز عدم قطعیت نشان می دهد که فرسایش کناری رودخانه در اکثر موارد منبع عمده در تولید رسوب است. هم چنین اختلاف بالای بین حد بالا و حد پایین در منابع مختلف، حاکی از عدم قطعیت بالا می باشد.
کلید واژگان: ردیاب, ژئوشیمیایی, مونت کارلو, کراسکال-والیسIn order to develop management plans for water and soil conservation, it is necessary to determine the sources of sediment production in watersheds. During the past three decades fingerprinting technique has been used extensively in determining the contribution of different sources of sediment. In this study, was carried out sediments fingerprinting and determine the contribution of each source to sediment production of the Toulbane watershed in Golestan province. To this end, 44 source samples were collected from forest, pasture, agriculture and bank erosion. Also 8 sediment samples were collected using Philips time-integrated sediment sampler. Afterward, the concentration of 34 geochemical properties was examined in the laboratory using the ICP device. Next, the optimal composite tracers were determined to discriminate sediment sources by using statistical tests including mass conservation test and Kruskal-Wallis. The contribution of different sources to sediment production was determined using the multivariate mixing model. Finally, the uncertainty in the case of a low number of data, was examined using the Monte Carlo method. As a result, after statistical tests, 12 tracers were selected as the optimal composite fingerprints. The bank erosion was main source to sediment production with 52.18% and the forest had the lowest contribution to sediment production with 4.39%. The contribution of agriculture and pasture was 33.23% and 10.21%, respectively. According to the uncertainty analysis, bank erosion is the most significant source to sediment production. Also, the high difference between the upper and the lower boundaries in different sources indicates high uncertainty.
Keywords: tracer, geochemical, Monte Carlo, Kruskal-Wallis -
شناخت منابع تولید رسوب و تعیین سهم نسبی هریک از این منابع در حوزه های آبخیز، به منظور تدوین برنامه های مدیریتی حفاظت آب و خاک و کنترل فرسایش امری ضروری می باشد. هدف از تحقیق حاضر تعیین سهم نسبی واحدهای زمین شناسی مختلف در تولید رسوب در حوزه آبخیز تول بنه در استان گلستان می باشد. بدین منظور از واحدهای مختلف نمونه برداری انجام شد. هم چنین با استفاده از نمونه بردار ممتد بار معلق فیلیپس، طی یک دوره یک ساله نمونه های رسوب برداشت شد و سپس غلظت 34 خصوصیت ژئوشیمیایی در 41 نمونه ی منابع رسوب و 8 نمونه رسوب معلق در آزمایشگاه با استفاده از دستگاه ICP تعیین شد. سپس با استفاده از آزمون های آماری تست غلظت جرمی، کراسکال- والیس و آنالیز تابع تشخیص گام به گام اقدام به تعیین ترکیب بهینه ردیاب ها جهت تفکیک منابع رسوب شد. در نهایت 15 ردیاب به عنوان ترکیب بهینه انتخاب شدند که با استفاده از داده های این ردیاب ها و مدل ترکیبی چند متغیره سهم منابع مختلف در تولید رسوب تعیین شد. براساس نتایج به دست آمده، واحدهای Qal و Jsl s.sh به ترتیب با 22/68 و 75/28 درصد منبع اصلی در تولید رسوب بوده اند. واحد Qal شامل نهشته های رودخانه ای کواترنر می باشد و واحد Jsl s.sh متشکل از ماسه سنگ و شیل سازند شمشک است که هر دو واحد حساسیت بالایی به فرسایش دارند. بنابراین جهت کاهش رسوب ورودی به رودخانه، ضروری است اقدامات کنترل فرسایش و رسوب بر روی این واحدهای حساس به فرسایش انجام گیرد.کلید واژگان: ردیاب, ژئوشیمیایی, کراسکال-والیس, کواترنر, ماسه سنگIn order to develop management plans for water and soil conservation and erosion control, it is necessary to identify the sources of sediment yield and the contribution of each source in watersheds. The aim of this study was to determine the contribution of different geological units to sediment yield of the Toulbane watershed in Golestan province. In view of this, samples were collected from different geological units. Collecting suspended sediment samples was carried out using Philips time-integrated sediment sampler over a one-year period (2017). Afterward, the concentration of 34 geochemical properties was examined for 41 source samples and 8 suspended sediment samples in the laboratory using the ICP device. Next, the optimal composite fingerprints were determined to discriminate sediment sources by using three statistical tests including mass conservation test, Kruskal-Wallis and stepwise discriminant function analysis. As a result, 15 tracers were selected as the optimal composite fingerprints and the contribution of different geological units to sediment yield was determined using the data derived from these tracers and implementing the multivariate mixing model. According to the results, the Qal and Jsl s.sh units had the highest contribution to sediment yield with the respective values of 68.22% and 28.75%. The Qal contains quaternary deposits and the Jsl s.sh (Shemshak formation) consists of sandstone and shale materials; both of which are highly sensitive to erosion. Hence it is necessary to carry out erosion control actions on erodible units to reduce sediment entrance to the river.Keywords: Tracer, Geochemical, Kruskal-Wallis, Quaternary, Sandstone
-
امروزه با توجه به اهمیت موضوع تغییر اقلیم، بررسی روند داده های اقلیمی و هیدرولوژیکی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. هدف از این پژوهش بررسی کارایی روش های مختلف حذف تاثیر خودهمبستگی در بررسی روند پارامترهای دما، بارش و دبی ایستگاه های منتخب در شرق حوزه آبخیز گرگانرود استان گلستان می باشد. به این منظور، علاوه بر استفاده از آزمون من- کندال معمولی، از آزمون های ناپارامتریک MK-PW، MK-TFPW، MK-VCA، MK-SA و MK-HSA برای تحلیل روند استفاده شد. همچنین، برای تعیین شیب خط روند و شناسایی نقاط جهش، به ترتیب از تخمین گر شیب سن و آزمون من- کندال دنباله ای (SQMK) استفاده شد. نتایج نشان داد که مقادیر بارش و دما در تمام ایستگاه ها روند صعودی دارند که این روند برای پارامتر دما در ایستگاه های لزوره و رامیان معنی دار می باشد. همچنین، دبی جریان ایستگاه ارازکوسه روند نزولی معنی دار دارد. استفاده از آزمون های ناپارامتریک باعث کاهش آماره Z شد. در اکثر ایستگاه ها روش MK-PW کمترین مقدار احتمال معنی داری دارد و این روش به همراه روش های MK-VCA و MK-TFPW عملکرد بهتری داشته و توانستند احتمال خطای نوع اول را کاهش دهند. در ایستگاه هایی که وجود خودهمبستگی مرتبه اول و بالاتر معنی دار تایید نشد، روش های MK-PW و MK-VCA نتایج یکسانی داشتند. روش MK-TFPW به دلیل محاسبه خودهمبستگی بعد از حذف روند، رفتار متفاوتی از خود نشان داد. بررسی نقاط عطف در آزمون من- کندال دنباله ای نشان داد که در ایستگاه های باران سنجی ارازکوسه، رامیان، نوده، تمر و قزاقلی نقطه شروع روند،به ترتیب سال های 2000، 1987، 1988، 2001 و 2001 می باشد که تنها در دو ایستگاه تمر در سال 2005 و قزاقلی در سال های 2005 و 2006 در سطح 5% معنی دار شد. در ایستگاه های دما سنجی، نقطه جهش روند متفاوت می باشد و در تمام این ایستگاه ها زمان افزایش دما در سال 1993 همزمان با نقطه جهش روند کاهش دبی در ایستگاه ارازکوسه است.کلید واژگان: من- کندال, من- کندال اصلاح شده, دما, بارش, دبی, حوزه آبخیز گرگانرودGiven the importance of climate change issue, consideration of the climate and hydrological data trend has become very important. This study aimed to evaluate the effectiveness of different methods to remove the effect of autocorrelation in assessing the trend of parameters such as temperature, precipitation and discharge of the Eastern Gorganrood Basin, Golestan Province. For this purpose, in addition to conventional Mann-Kendall test, nonparametric tests like MK-PW, MK-TFPW, MK-VCA, MK-SA and MK-HSA were used for trend analysis. As well as determining the slope of the trend line and identifying the jump points, San slope estimator and Mann-Kendall sequence (SQMK) were used. The results showed that the values of temperature and precipitation at all stations uptrend and this was significant for temperature in Lazoreh stations and Ramian. Also, discharge flow in Arazkuseh station had significant descending trend. Using nonparametric tests decreased Z statistic. In most stations, MK-PW method had the minimum significance and MK-TFPW and MK-VCA methods showed better performance and reduced the risk of Type I error. In the station where there was no significance in the first and higher order autocorrelation, MK-VCA and MK-PW methods provided similar results. MK-TFPW showed a different behavior due to calculating the autocorrelation after the removal process. Considering of turning points in Mann-Kendall sequence test indicated that at Arazkuseh, Ramiyan, Nodeh, Tamar and Ghazaghli stations, the begining point of trend was related to the years 2000, 1987, 1988, 2001 and 2001 and only in 2 stations including Tamar and Ghazaghli, it was significant in the years 2006 and 2005 (at 5%). In all of the stations, temperature had an abrupt change point of different trend and the time of increasing temperature was equal to the point jump of discharge decreasing trend in 1993 in Arazkuseh station.Keywords: Discharge, Mann-Kendall, Modified Mann-Kendall, Precipitation, Temperature, Gorganrood Basin
-
پیش بینی مقادیر جریان ورودی به سیستم منابع آب به منظور آگاهی از شرایط آینده و برنامه ریزی برای تخصیص بهینه منابع آب به بخش های مختلف از قبیل شرب، کشاورزی و صنعتی امری ضروری در مدیریت منابع آب می باشد. هدف از پژوهش حاضر پیش بینی مقادیر دبی ماهانه ورودی به سد گرگان برای آینده بود. بدین منظور از داده های هیدرومتری ایستگاه قزاقلی با دوره آماری 47 سال و سه مدل سری زمانی، شبکه عصبی و ماشین بردار پشتیبان جهت پیش بینی استفاده شد و نتایج مدل های مختلف مورد مقایسه قرار گرفت. با توجه به نتایج به دست آمده در مدل سری زمانی بر اساس معیارهای آکاییک و شوارتز، مدل(1,0,1) ARIMA (1,0,0)به عنوان مدل بهینه انتخاب شد. در مدل شبکه عصبی، شبکه با ورودی 2 و 10 نرون به عنوان شبکه برتر انتخاب شد و در مدل ماشین بردار پشتیبان شبکه با ورودی 1 به عنوان شبکه برتر انتخاب شد. در نهایت با توجه به نتایج به دست آمده و با توجه به معیارهای ارزیابی مدل ها، مدل ماشین بردار پشتیبان بهترین عملکرد را نسبت به دو مدل دیگر داشت. مقادیر RMSE و AARE برای مدل ماشین بردار پشتیبان به ترتیب 31/5 و 07/1، برای مدل شبکه عصبی به ترتیب 88/9 و 78/2 و برای مدل سری زمانی به ترتیب 84/8 و 20/1 به دست آمد. بر اساس نتایج این پژوهش، بهترین مدل برای پیش بینی دبی ماهانه ورودی به سد گرگان مدل ماشین بردار پشتیبان می باشد.کلید واژگان: آکاییک, ایستگاه قزاقلی, شوارتز, مدل سازی, نرونIn water resources management, there is a critical need to the prediction of the amount of inflow into the water supply system in order to be aware of future conditions and planning for optimal allocation of water resources to different sectors such as drinking, agriculture and. The aim of this study is to forecasting the monthly inflow to the Gorgan dam for future. To this aim, the data of the Qazaghli station with a 47-years history period and three Time series, neural network and Support vector machine models used for prediction. According to the obtained results, the ARIMA (1, 0, 0) (1, 0, 1) was found to be the premier parsimonious time series model based on the Akaike and Schwarz criteria. Moreover, The ANN model with 2 input and 10 neurons tuning and the SVM model with one input were the best performing models. Finally, according to the obtained results and evaluation criteria, the SVM model has the best efficacy in comparison with two other methods. The RMSE and AARE was 5.31 and 1.07 for SVM model, respectively; 9.88 and 2.78 for neural network, respectively and 8.84 and 1.07 has been obtained for Time Series model, respectively. Based on the results of this research, the best model to predict the monthly discharge input to the Gorgan dam was SVM.Keywords: Akaike, Ghazaghli Station, Schwarz, Modeling, Neuron
-
به منظور تصمیم گیری مناسب جهت اجرای اقدامات مدیریتی نیاز است تا علاوه بر خروجی مدل دامنه عدم قطعیت آن نیز برآورد گردد. در تحقیق حاضر کارایی روش های ناپارامتریک LEC (Local Errors and Clustering)، رگرسیون چندک و جنگل تصادفی در برآورد عدم قطعیت مدل یکپارچه HBV در حوضه چهل چای استان گلستان بررسی گردید. پس از بهینه سازی پارامترهای مدل HBV با استفاده از روش تکامل تصادفی جوامع، مدل برای دوره های واسنجی و صحت سنجی اجرا و مقادیر باقیمانده ها محاسبه گردید. نتایج نشان داد با در نظر گرفتن متغیرهای دبی برآوردی، دبی مشاهداتی، مقدار بارش و مقادیر باقیمانده ها در حوضه مورد مطالعه داده های ورودی در چهار خوشه فازی قرار می گیرند. نتایج برآورد عدم قطعیت نشان داد بزرگترین و کوچکترین مقدار دامنه عدم قطعیت به ترتیب توسط روش های LEC در حالتی که توسط ماشین بردار رگرسیون آموزش دیده باشد و روش جنگل تصادفی، بدست آمده است. با توجه به مقادیر شاخص های ارزیابی PICP (Prediction Interval Coverage Probability)، MPI (Mean Prediction Interval) و(Average Relative Interval Length) ARIL بهترین عملکرد مربوط به روش رگرسیون چندک و سپس روش LEC در حالتی که آموزش داده نشده است، بود. در مقایسه با روش های ناپارامتریک، روش(Generalized Liklihod Uncertainty Estimation) GLUE با توجه به مقادیر هر سه معیار ارزیابی عملکرد مناسبی نداشت.کلید واژگان: بارش رواناب, جنگل تصادفی, رگرسیون چندک, GLUEDespite modern scientific knowledge and computational power in hydrology, the key to properly addressing hydrologic uncertainty remains a critical and challenging one. Here, we applied lumped HBV hydrological model to describe the uncertainty in runoff prediction in Chehl-Chay watershed in Golestan province. We applied a new framework for uncertainty analysis that is rooted on ideas from predicting model residual uncertainty. The uncertainty calculated by local Errors and Clustering (EEC) is compared with estimates from two non parametric methods (quantile regression (QR) and random forest (RF)) and a parametric method (GLUE). Firstly, the model parameters were optimized by Shuffled Complex Evolution approach and model residuals of test data were computed. Fuzzy clustering in EEC is carried out by the fuzzy c-means method and employs four clusters, predictive discharges, observed discharges, rainfall values and residuals in study basin. The results of this case study show that the uncertainty estimates obtained by EES which is trained by SVM gives wider uncertainty band and RF gives narrower uncertainty band. The best overall uncertainty estimates according to the PICP, MPI and ARIL indices were obtained with QR and then EEC. In comparison with non-parametric, with respct to all indices nonparametric methods had better performance than GLUE method.Keywords: Rainfall -runoff, Random forest, quantile regression, GLUE
-
هدف از این تحقیق، بررسی رواناب و رسوب و دیگر مولفه های چرخه هیدرولوژیکی حوضه آبخیز تیلآباد طی دوره های آتی تحت تاثیر تغییر کاربری اراضی پیشبینی شده در نظر گرفته شد. به این منظور، با استفاده از تصاویر سنجنده های MSS (1986)، ETM+ (2000) و OLI (2015) ماهواره Landsat و اطلاعات جانبی منطقه تغییر کاربری اراضی در هفت طبقه تهیه و نقشه کاربری اراضی سالهای 2025 و 2040 بر اساس رویکرد مدلسازی زنجیره مارکوف و اتومای سلولی پیشبینی شد. شبیهسازی در پایه زمانی ماهانه در سالهای 2000 2014 و با استفاده از مدل SWAT و برنامه SUFI2 انجام پذیرفت. بعد از هر اجرای مدل SWAT بر اساس کاربری آتی، خروجی مدل استخراج و نتایج شبیهسازی با مقادیر پایه مقایسه شد. نتایج ارزیابی نقشه کاربری سالهای 1986، 2000 و 2015 با شاخص کاپای برابر 955/0، 865/0 و 961/0 روند کلی تخریب در منطقه را نشان داد. ارزیابی میزان تطابق بین کاربری اراضی شبیهسازی شده و واقعی برای سال 2015 ضریب کاپای 799/0 را نشان داد. در مرحله واسنجی ضرایب نش ساتکلیف، تعیین و ریشه میانگین مربعات خطا برای مقادیر رواناب ماهانه در خروجی حوضه به ترتیب 71/0، 70/0 و 32/3 و در مرحله اعتبارسنجی 61/0، 61/0 و 36/4 به دست آمد. این ضرایب برای غلظت رسوب ماهانه در دوره واسنجی به ترتیب 65/0، 67/0 و 2/1643 و در مرحله اعتبارسنجی 57/0، 61/0 و 02/1861 به دست آمد. نتایج بررسی نشان داد شبیهسازی رواناب ماهانه نسبت به رسوب دقت بیشتری دارد. در تحلیل کاربری اراضی مشخص شد که با تخریب منطقه در جهت قهقرا مقدار رواناب سطحی، رسوب، کل جریان آب، جریان زیرقشری و تبخیر و تعرق افزایش و مقادیر جریان آب زیرزمینی، جریان برگشتی از آبخوان سطحی، تغذیه آبخوان عمیق، نفوذپذیری و آبگذری کاهش چشمگیری پیدا می کند؛ همچنین مقادیر اوج و میانه جریان بیشتر می شود و جریان پایه کاهش مییابد. بهطور کلی، آثار تغییرات در سال 2040 نسبت به سال 2025 بیشتر است.کلید واژگان: تغییرات کاربری اراضی, حوضه آبخیز تیل آباد, زنجیره مارکوف- اتومای سلولی, سیکل هیدرولوژیکی, مدل SWATThe aim of study was set to evaluate components of the hydrological cycle in Tilabad Watershed during future periods as affected by the predicted land use change. For this purpose, using MSS (1986), ETM (2000) and OLI (2015) Landsat satellite images a land use map was produced in seven categories. Then, two likely future land use maps were predicted based on Markov chain modeling and cellular Automata approach for the years 2025 and 2040. Simulation for 2000-2014 years and by using SWAT model and SUFI2 program was done. The results of maps assessment of the years 1986, 2000 and 2015 with the kappa index 0.9553, 0.8655 and 0.9612 respectively, shows destruction trend overall. The match assessment between simulated and actual land use for 2015 showed a kappa coefficient 0.7993. In the analysis of land use was determined with degradation of the region to runoff, sediment, the water, subcortical flow, and evapotranspiration increased and the amount of groundwater flow, backflow from the aquifer surface, deep aquifer recharge, and permeability and Hydraulic conductivity were reduced significantly. Also, the value of peak and medium was increased and base flow as reduced. Generally, the effects of changes in 2040 Compared to 2025 was more.Keywords: Tilabad Watershed_land use changes_Markov chain - Cellular Automata_hydrological cycle_SWAT model
-
در صورتی که داده های اقلیمی و هیدرولوژیکی فاقد روند و دارای خود همبستگی باشند ممکن است بررسی روند با روش کندال با خطا همراه باشد. بدین منظور در این تحقیق اقدام به بررسی کارایی روش های مختلف حذف تاثیر خود همبستگی در بررسی روند پارامترهای بارش و رواناب با استفاده روش کندال در برخی از ایستگاه های هیدرومتری استان گلستان گردید. روش های مورد استفاده در این تحقیق شامل آزمون های من -کندال معمولی، MK-PW، TFPW، MK-VC، MK-BB، SEAS و HERISH بود. نتایج نشان داد مقادیر بارش در ایستگاه نوده خرمالو و مقادیر دبی در ایستگاه های قزاقلی و قلی تپه به ترتیب دارای روند صعودی و نزولی معنی داری بودند. در تمام ایستگاه ها کمترین مقدار احتمال معنی داری مربوط به روش من- کندال فصلی بدون اصلاح خود همبستگی بود. در ایستگاه هایی که همبستگی مرتبه اول معنی دار بود روش MK-PW دارای بیشترین مقدار احتمال معنی داری بود. روش TFPW به دلیل محاسبه خود همبستگی بعد از حذف روند رفتار متفاوتی از خود نشان داده است. در این بین روش های MK-VC، MK-BB، HERISH عملکرد بهتری داشته و توانسته بودند احتمال خطای نوع اول را کاهش دهد. برای بررسی بیشتر روند و برقراری ارتباط بین پارامترهای اقلیمی و هیدرولوژیکی با استفاده از روش MASH داده های بارش و دبی ایستگاه نوده خرمالو در ماه های مختلف مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد در برخی ماه ها دبی دارای روند کاهشی بوده در حالی که بارندگی روند افزایشی دارد.کلید واژگان: من کندال, تحلیل روند, آزمون های آماری, گرگان رودIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:11 Issue: 36, 2017, PP 11 -21In all stations the least amount of P was related to seasonal Mann-Kendall method that series data has autocorrelation. The stations have first-order correlation MK-PW method have highest amount of P. TFPW method has shown different behavior because of calculating the autocorrelation after removing trend. Comparisons of methods showed MK-VC, MK-BB and HERISH methods better than others and able to reduce the probability of first error. To further trend study and relationship between climate and hydrological parameters, rainfall and river flow in Nodehkhandooz station was studied using MASH approach in different months. The results showed that river flow has decreasing trend in the months when withdrawal of river is high. Most of climatic and hydrological data has autocorrelation, which makes Kendall method detect trend the series data without trend. In this study the effect of different removal aoutocorrelation methods were studied in Kendall trend detection of rainfall and runoff in 4 hydrometric stations in Golestan province. The methods used to remove the autocorrelation was MK, MK-PW, TFPW, MK-VC, MK-BB, SEAS and HERISH. The results showed that rainfall in Nodehkhormaloo station and river flow in Ghazaghly and Gholitapeh stations have significant increasing and decreasing trend respectively.Keywords: Mann-Kendall, Trend analysis, Statistical tests, Gorganroud
-
شاخه خشکیدگی نشاندهنده توازن شبکه رودخانه بین دریافتی ها و هدررفتهای رودخانه است. منحنی خشکیدگی رابطه ذخیره خروجی را برای خوشه نشان می دهد. هدف از پژوهش حاضر بررسی روند، مدلسازی خشکیدگی و برآورد عدم قطعیت مدلسازی خشکیدگی در ایستگاه شاهمختار روی رودخانه بشار در استان کهگیلویه و بویراحمد است. بر اساس نتایج آزمون من کندال دبی در ایستگاه مطالعه شده روند بسیار جزئی افزایشی دارد، اما روند معناداری مشاهده نشد. پس از تعیین روند قطعات خشکیدگی تعیین و مدلهای مایلت، بارنز، بوزینس، هورتن، کوتانگ، دراگ و مخزن توانی به آنها برازش داده شد. در این زمینه ابتدا قسمتهای مختلف قطعات خشکیدگی (در مدلهای چندمخزنی) تعیین و سپس مقادیر پارامترهای مدلهای مختلف برآورد شد. برای کالیبره کردن ضرایب معادلات علاوه بر روی هم انداختن هیدروگرافهای برآوردی و مشاهداتی (ترسیمی) از معیار جمع مربعات خطا نیز استفاده شد. مقایسه نتایج مدلها در مدلسازی خشکیدگی نیز بیانگر عملکرد مدلها به ترتیب دراگ (ویتنبرگ و کوتانگ)، بارنز، هورتون، بوزینس، مخزن توانی و مایلت بود.کلید واژگان: رودخانه بشار, روند, شاخه خشکیدگی, هیدروگراف, کهگیلویه و بویراحمدStreamflow recession indicates the river network balance between revenue and losses of river. Recession curve expreses the storage- output relationship for the catchment. The aim of this study was trend anaylysis, modeling of Streamflow recession and uncertainty estimation in Shahmokhtar station on the Bashar River in Kohgiluyeh and Boyer Ahmad province. Based on the results of the Mann-Kendall, discharge trend at studied station was very little increasing, but there was no significant trend. After determination of parts, the Maillet, Baronz, Boussinesq, Horton, Drouge and exponential reservoir models were fitted. In this regard, initially the different parts of the recession lamb (in multireservoir models) were determined and the parameters of Maillet, Barnes, Boussinesq, Horton, Coutagne, Drogue and exponential reservoir models were estimated. To calibrate the coefficients of models, in addition to overlaying the estimated and observed hydrographs, the sum of square error criteria was used. Comparing the results also showed that models of Drouge, Barnes, Horton, Boussinesq exponential reservoir and Maillet could be fitted well, respectively.Keywords: Streamflow recession, Hydrograph, Bashar River, Trend, Kohgiluyeh, Boyer Ahmad
-
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، سال چهل و ششم شماره 2 (پیاپی 83، تابستان 1395)، صص 1 -13تخمین دقیق عمق آبشستگی اطراف پایه های پل در کارهای مهندسی حائز اهمیت می باشد. به دلیل پیچیدگی این پدیده بسیاری از روابط موجود قادر نمی باشند عمق آبشستگی را با دقت قابل قبولی پیش بینی نمایند. در این تحقیق ابتدا 17 رابطه تخمین عمق آبشستگی با داده های میدانی مقایسه شدند و رابطه فروهلیچ 1991 به عنوان بهترین رابطه انتخاب گردید. سپس با استفاده از روش های ترکیبی میانگین (C-SAM)، رگرسیون خطی (C-REG) و ماشین بردار پشتیبان (C-SVM) 5 رابطه تخمین عمق آبشستگی (شن، فروهلیچ، فروهلیچ اصلاح شده، بلنچ I و اینگلیس II) که دارای کمترین خطا بودند با یکدیگر ترکیب شدند.
مقایسه در مرحله صحت سنجی نشان داد نتایج C-SAM به دلیل این که از میانگین روابط استفاده می نماید، تفاوتی با رابطه فروهلیچ ندارد؛ اما C-REG و به ویژه C-SVM توانسته اند نتایج را بهبود بخشند. C-SVM توانسته ضریب همبستگی و خطای RMSE رابطه فروهلیچ را به ترتیب از 59/0 به 85/0 و از 63/0 به 42/0 تغییر دهد. با استفاده از SVM عمق آبشستگی با استفاده از پارامترهای موثر بر آبشستگی (P-SVM) بررسی گردید. نتایج نشان دادند دقت P-SVM قابل قبول است. دقت P-SVM با ضریب همبستگی 77/0 و خطای RMSE 51/0 بین دو روش C-REG و C-SVM قرار دارد. در این تحقیق نشان داده شد ترکیب روابط تجربی با استفاده از تکنیک SVM دارای بیشترین دقت و ترکیب پارامترهای موثر بر آبشستگی در رتبه دوم قرار دارد. همچنین نتایج این تحقیق نشان دادند SVM با استفاده از هوش مصنوعی می تواند پدیده آبشستگی را با دقت بیشتری نسبت به روابط تجربی شبیه سازی نماید.کلید واژگان: پایه پل, روش ترکیبی, عمق آبشستگی, SVMJournal of Civil and Environmental Engineering University of Tabriz, Volume:46 Issue: 2, 2016, PP 1 -13When a stream is partially obstructed by a bridge pier, the flow pattern around the pier is significantly changed. Changes in flow pattern are the cause scour around piers. Bridge pier scouring estimates, is an important parameter in the design of bridges because inattention to it may cause damage or reduce the life of the bridge [1-4]. The safe and economical design of bridge piers requires accurate prediction of the maximum scour depth around their foundations [5].
Mathematical Principles of SVM is based Russian mathematician researches [6]. Ghazanfari Hashemi and Etemad Shahidi had predicted bridge pier scour using SVM method in a laboratory model. They showed that this method is more accurate than empirical relationship. Although extensive studies have been conducted on the pier scour, but a valid relationship does not exist that gives satisfactory results in different conditions [5].
Bates and Granger is one of the first research works in the field of hybrid approach [7]. Shamseldin et al. was used combination methods such as simple average, weighted average and neural network to predict floods [8].
Studying literature reveals that there is a lack of reliable formulas for prediction of the scour depth to cover different condition. The aim of this study is combination of the various pier scour relationships to predict the scour depth using conventional and intelligent (SVM) methods and combination of effective parameters of this phenomenon.Keywords: Bridge pier, Combination method, Scour depth, SVM -
سابقه و هدفواسنجی مدل های نیمه توزیعی- فیزیکی هیدرولوژیکی به دلیل عدم قطعیت در پارامترهای زیاد مدل و عدم توانایی در اندازه گیری توزیعی خصوصیات فیزیکی در سطح حوضه آبخیز، منجر به افزایش عدم قطعیت در بهینه سازی پارامترها می شود. لذا، به-منظور کاربرد موفقیت آمیز مدل های هیدرولوژیکی در تحقیقات کاربردی منابع آب، واسنجی دقیق و تجزیه و تحلیل عدم قطعیت پیش بینی ضروری است (40 و 43). شن و همکاران (2012) در تحلیل پارامترهای عدم قطعیت در مدل سازی هیدرولوژیکی و رسوب با مدل SWAT در منطقه ای از چین به این نتیجه رسیدند که فقط تعداد محدودی پارامتر بر خروجی مدل اثر قابل توجهی دارند (34). شاپ و همکاران (2014) در شبیه سازی وقایع تک رخداد و طولانی مدت دوره بارش مانسون با استفاده از مدل SWAT بر رواناب نتیجه گرفتند که در نواحی مرتفع و شیب دار آب پایه غالب است، در صورتی که در نواحی با ارتفاع کم تر، رواناب سطحی موثرتر است (35). در این مقاله، با استفاده از روش عدم قطعیت درست نمایی تعمیم یافته ( GLUE) در مدل SWAT ، کمیت ورودی و خروجی جریان ماهانه در حوضه شرقی رودخانه گرگانرود به مساحت 7072 کیلومترمربع برآورد شد.مواد و روش هاایستگاه هیدرومتری قزاقلی یکی از ایستگاه های آب منطقه ای گلستان جهت شبیه سازی رواناب ماهانه انتخاب شد. بارش سالیانه از غرب به شرق، از 800 میلی متر به 200 میلی متر، و جنوب به شمال کاهش می یابد. در این تحقیق اجرای مدل در مقیاس زمانی ماهانه و از سال 1983 تا 1993 انجام شد. به طوری که سال آبی 1984 تا 1990 به عنوان دوره واسنجی و سال آبی 1991 تا 1993 برای دوره اعتبار سنجی انتخاب گردید.یافته هادر مدل های توزیعی و نیمه توزیعی مانند SWAT، جهت به دست آوردن خروجی بهتر، شناسایی پارامترهای حساس، قبل از واسنجی ضروری است. براساس این مطالعه پارامترهایی مانند CN2 (شماره منحنی)، GWQMN (حداقل عمق مورد نیاز سطح ایستایی در سفره های کم عمق)، RCHRG_ DP (درصد تغذیه سفره عمیق از سفره کم عمق)، ALPHA_ BNK (پارامتر α در جریان پایه)، ESCO (فاکتور جبران کننده تبخیر از خاک) وSOL_ K (هدایت هیدرولیکی اشباع لایه های خاک) به عنوان حساس ترین پارامترها تعیین شدند. با توجه به نتایج این مطالعه، پارامتر CN2، موثرترین پارامتر در دبی خروجی از منطقه مورد مطالعه می باشد و شماره منحنی به عنوان منبع اصلی عدم قطعیت در نتایج مشخص شد. نتایج این مطالعه با استفاده از شاخص های آماری ضریب تعیین و ضریب ناش – ساتکلیف در خروجی ایستگاه هیدرومتری قزاقلی برای دوره واسنجی به ترتیب 80/0 و 72/0 و برای دوره اعتبارسنجی به ترتیب 83/0و 73/0 می باشد. از طرف دیگر روش GLUE به خوبی توانسته رواناب را در طول دوره مورد مطالعه واسنجی کند، به طوری که بین 69 تا 74 درصد از داده های مشاهداتی به ترتیب در دوره واسنجی و صحت سنجی در محدوده ی اطمینان 95 درصد قرار گرفتند.نتیجه گیرینتایج آنالیز عدم قطعیت بیانگر عدم قطعیت زیاد مدل در دوره واسنجی بود اگر چه نتایج شبیه سازی رواناب قابل قبول بود و 69 درصد داده های مشاهداتی در محدوده ی اطمینان 95 درصد قرار گرفتند. نتایج کلی نشان داد مدلSWAT در تحقیق حاضر، عملکرد قابل قبولی برای برآورد رواناب داشته و می توان از آن برای ارزیابی هیدرولوژیکی حوزه گرگانرود استفاده کرد. این مطالعه اطلاعات مفیدی برای مدل سازی هیدرلوژیکی مربوط به سیاست گذاری های توسعه ای در حوزه رودخانه گرگانرود و مناطق مشابه ارایه می کند.کلید واژگان: GLUE, SWAT, تحلیل حساسیت, عدم قطعیت, گرگانرودBackground And ObjectivesThe calibration of hydrologic models is a worldwide challenge due to the uncertainty involved in the large number of parameters and the inability to reliably measure the distributed physical characteristics of a catchment results in significant uncertainty in the parameterization of physically based, semi-distributed models. The difficulty even increases in a region with high seasonal variation of precipitation. Therefore, a successful application of a hydrologic model in applied water research strongly depends on calibration and uncertainty analysis of model output (). Shen and et al. () quantify the parameter uncertainty of the stream flow and sediment simulation by SWAT model in the part of China. The research indicated that only a few parameters affected the final simulation output significantly. Shape and et al. () assessed the capability of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model to capture event-based and long-term monsoonal rainfallrunoff processes in complex mountainous terrain and found that high elevation steep sloping regions were generally base flow dominated while lower elevation locations were predominately influenced by surface runoff. In this paper, the Generalized Likelihood Uncertainty Estimation (GLUE) method was combined with the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) to quantify the monthly stream flow in the eastern Gorganrood river basin.Materials And MethodsThe Golestan Regional Water Company (GRWC) monitoring site at Gazaghly was chosen as the outlet for the entire watershed since it is the lowest monitoring station on the river not subject to dam influence. Annual precipitation decreases in the west to east direction, low (200 mm) to high (880 mm) and from south to north direction. Model has been calibrated and validated using monthly runoff flow data of ten years 1984 and 1993. Data pertaining to year 1984-1990 has been used for calibration and 1991-1993 for validation.ResultsIn semi-distributed models such as SWAT, it is necessary to identify the most sensitive parameters to obtain a better understanding of the overall hydrologic processes before calibration. Based on this study, only a few parameters affected the final simulation output significantly. The parameters such as CN2 (curve number), GWQMN (threshold in the shallow aquifer), RCHRG_ DP (deep aquifer percolation fraction), ALPHA_ BNK (base flow alpha factor for bank storage), ESCO (soil evaporation compensation factor) and SOL_ K were found to be the most sensitive parameters. According to results, the parameter CN2, was the most effective parameter on the output discharge of the studied area and CN2, was identified as a main source of uncertainty in results. Statistical model performance measures, coefficient of determination (R2) of 0.80, the Nash-Sutcliffe simulation efficiency (ENS) of 0.72, for calibration and 0.83, and 0.80, respectively for validation, indicated good performance for runoff estimating on monthly time step in the outlets of the Gazaghly gauging station. 6974% of the observed runoff data fall inside the 95% simulation confidence intervals in the calibration and validation periods. The evaluation statistics for the daily runoff simulation showed that the model results were acceptable, but the model underestimated the runoff for high-flow events.ConclusionSWAT was applied to simulate monthly runoff in part of the Gorganrood river basin. Results of uncertainty analysis indicated that SWAT model had large uncertainties for calibration period, although the simulation of monthly runoff for the Gazaghly station was satisfactory during the calibration period and in the model calibration stage 69 of runoff observations were within the corresponding 95% confidence interval. This study would provide useful information for hydrology modeling related to policy development in the Gorganrood river basin and other similar areas.Keywords: GLUE, Sensitivity analysis, Uncertainty, SWAT, Gorganrood
-
اطلاعات در مورد کیفیت آب و منابع آلودگی نقطه ای برای اجرای راهبردهای منابع آب پایدار مهم است. هدف این تحقیق، به کارگیری روش های تحلیل چندمتغیره آماری و بررسی تغییرات عوامل موثر برای تجزیه وتحلیل کیفیت آب و توانایی نظریه آنتروپی اطلاعات در تحلیل پایداری و قابلیت اعتمادپذیری داده های برداشت شده کیفیت آب در هفت ایستگاه واقع در حوضه آبخیز گرگانرود است. نتایج تحلیل عاملی براساس مشخصه های کیفیت آب نشان داد که 8/97 درصد تغییرات کیفیت آب سطحی حوضه گرگانرود با دو عامل کنترل می شود. درصد واریانس مربوط به هر کدام از عامل ها به ترتیب 2/86 و 7/15 درصد و بیشترین بار وزنی به ترتیب مربوط به پارامترCa و پارامتر pH است. نتایج نظریه آنتروپی اطلاعات نشان دهنده ناپایداری داده های ثبت شده در دو ایستگاه تمر و گالیکش است. همچنین در خوشه دوم که دو پارامتر ECو TDS در آن قرار گرفته اند، ایستگاه لزوره بیشترین ناپایداری را دارد. از طرف دیگر، مقادیر زیاد وزن آنتروپی این دو پارامتر در مقایسه با دیگر پارامترهای کیفی بررسی شده نشان از تاثیرگذاری بیشتر نسبت به مشخصه های دیگر است. در ایستگاه تمر عامل SAR بیشترین آنتروپی را در طول ثبت داده ها داشت. در ایستگاه های گالیکش، تقی آباد، بصیرآباد، رامیان و تنگراه مقدار یون Mg دارای بیشترین وزن بود که نشان دهنده تغییرات مداوم است و این تغییرات را می توان به ارتباط با تشکیلات زمین شناسی نسبت داد. به طور کلی عدم قطعیت نمونه برداری بیشتر به مکان نمونه برداری مربوط می شود.کلید واژگان: اطلاعات در مورد کیفیت آب و منابع آلودگی نقطه ای برای اجرای راهبردهای منابع آب پایدار مهم است, هدف این تحقیقInformation on water quality and pollution sources is important for the implementation of sustainable water resource management strategies. In this research¡ to evaluate spatial variation and the interpretation of large complex water quality data taken at seven different sites along the Gorganrood River were subjected to multivariate statistical analysis. The factor analysis generated two significant factors¡ which explained 97.80% of the variance in data sets. Factor 1 and factor 2 explained 86.27 and 15.76% of the total variance in water quality data sets. Principle components analysis results revealed that surface water quality was mainly controlled by Ca and pH parameters. In next step¡ information entropy theory applied to interpret the stability of surface water quality variation in each factors and each parameters. Overall results revealed instability in data recorded in Tamar and Galikesh sites and in factor 2¡ EC and TDS¡ Lazoreh has highest instability. With a well knowing the factor score and overlaying entropy¡ infactor1¡ Mg and Cl had highest stability. The ranks of information entropy values for Mg parameter at Galikesh¡ Tagi Abad¡ Basir Abad¡ Ramian and Tangrah sites vary noticeably due to geological formation. In general¡ sampling uncertainties are highly site specific.Keywords: Water Resources Management in Natural Ecosystems
-
آب های زیرزمینی، مهم ترین منبع آب مصرفی در مناطق خشک و نیمه خشک در بخش های مختلف از قبیل کشاورزی، صنعت و شرب است. مدیریت این منابع آبی نسبت به آب های سطحی مشکل تر و پرهزینه تر است. به همین دلیل باید به دنبال روش هایی معقول و مقرون به صرفه برای مشخص کردن وضعیت این آب ها بود. در این مطالعه از روش های زمین آماری کریجینگ و کوکریجینگ و همچنین شبکه عصبی پروسپترون چند لایه به منظور برآورد پارامترهای کیفی -SO42، TDS، Ca و TH استفاده شد تا ضمن مقایسه این روش ها با هم بهترین روش نیز در این زمینه انتخاب شود. بدین منظور از داده های 50 حلقه چاه دشت کوهپایه استان اصفهان استفاده شد. به منظور ارزیابی عملکرد روش های مذکور در شبیه سازی پارامترهای مطالعه شده از خطای جذر میانگین مربعات (RMSE) و ضریب همبستگی استفاده شد. نتایج حاصل از مقایسه سه روش نشان داد که در مورد همه پارامترها، شبکه عصبی پروسپترون چند لایه با RMSE کمتر و ضریب همبستگی بالاتر دقت بهتری نسبت به روش های کریجینگ و کوکریجینگ دارد و بین دو روش زمین آماری کریجینگ و کوکریجینگ نیز، روش کوکریجینگ با RMSE کمتر و ضریب همبستگی بالاتر عملکرد بهتری نسبت به روش کریجینگ در برآورد همه پارامترهای مطالعه شده از خود نشان داد.
کلید واژگان: شبکه عصبیMLP, کریجینگ, کوکریجینگ, RMSE, کوهپایهGroundwater resources are the most important sources of water consumption (agriculture، industry and drinking water) in arid and semi-arid regions. The management of these water resources is more expensive and difficult than surface waters; therefore more complicated and economic methods are needed for determination of their quality and quantity. In this study geostatistical methods of kringing and cokriging and multilayer perceptron (MLP) artificial neural network model were used to estimate the quality parameters of SO42-، TDS، Ca and TH. The methods were compared in order to understand which one is the best method for this estimation. Data obtained from 50 wells located in Koohpayeh plain in Isfahan province was used for this study. For estimation of the functionality of these methods in simulation of the parameters، RMSE and correlation coefficient were used. The results showed that for all of the studied parameters، MLP with a lower RMSE and higher correlation coefficient showed the highest precision followed by cokriging. Kriging showed to have the lowest precision in stimulation of the quality parameters.Keywords: MLP Neural Network, Kriging, Cokriging, RMSE, Koohpayeh
- 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.