به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « خوشه ‏بندی » در نشریات گروه « آب و خاک »

تکرار جستجوی کلیدواژه «خوشه ‏بندی» در نشریات گروه «کشاورزی»
  • سحر صفری، محمدصادق صادقیان*، هومن حاجی کندی، سید سجاد مهدی زاده

    شناسایی گروه های همگن هیدرولوژیک یکی از مباحث بنیادی هیدرولوژی در دو بعد کاربردی و تحقیقاتی است. یکی از روش های معمول به منظور دستیابی به مناطق همگن هیدرولوژیکی برای برآورد منطقه ای سیلاب، استفاده از روش های خوشه بندی است. در این پژوهش استفاده، ارزیابی و مقایسه روش های آماری و روش های مبتنی بر هوش مصنوعی به منظور خوشه بندی حوضه آبریز کرخه مورد بررسی قرار گرفته است. از خوشه بندی SOM، K-means و سلسله مراتبی برای منطقه موردمطالعه استفاده شد. در ادامه نیز بررسی همگنی هیدرولوژیکی مناطق به دست آمده با استفاده از روش گشتاورهای خطی و تعدیل ناهمگنی با استفاده از روش های پیشنهادی توسط هاسکینگ و والیس ارزیابی شد. نتایج نشان داده که منطقه موردمطالعه قابلیت تبدیل به دو خوشه را دارد. مقادیر آماره همگنی برای خوشه های اول و دوم به ترتیب معادل 0/33 و 0/17 محاسبه گردید که نشان دهنده همگنی هر یک از مناطق می باشد. با توجه به کوتاهی دوره آماری در برخی از ایستگاه ها، نواقص آماری و قابل اعتمادبودن نتایج تحلیل فراوانی منطقه ای، در برآورد سیلاب حوضه های آبریز دیگر از این روش استفاده شود.

    کلید واژگان: حوضه آبریز کرخه, خوشه بندی, خوشه بندی خودسازماندهی, سیلاب, مناطق همگن}
    SAHAR SAFARI, MohammadSadegh Sadeghian *, Hooman Hajikandi, S.Sajad Mehdizadeh

    Identification of homologous hydrological groups is one of the fundamental topics in hydrology in both applied and research dimensions. One of the common methods to achieve homogeneous hydrological zones for estimating flood zones is the use of clustering methods. In this study, the using, evaluation and comparison of statistical methods and methods based on artificial intelligence for clustering Karkheh catchment have been investigated. SOM, K-meansand hierarchical clustering were used for the study area. In the following, the study of hydrological homogeneity of the obtained areas was evaluated using the linear torque method and the heterogeneity adjustment was evaluated using the methods proposed by Husking and Wallis. The results show that the study area can be converted into two clusters. The values ​​of homogeneity statistics for the first and second clusters were calculated to be 0.33 and 0.17, respectively, which indicates the homogeneity of each region. Due to the short statistical period in some stations, statistical shortcomings and the reliability of the results of regional frequency analysis, this method should be used in estimating floods in other catchments.

    Keywords: Clustering, Flood, homogeneous areas, Karkheh basin, Self-organizing Map}
  • مونا نعمتی، محمود محمد رضاپور طبری، سید عباس حسینی*، سامان جوادی
    نیترات یکی از آلاینده هایی است که در بیش تر آبخوان های کشور، آب زیرزمینی را تحت تاثیر قرار داده است. به منظور بررسی رفتار پارامترهای هیدروژیوشیمیایی آب زیرزمینی آبخوان دشت اردبیل از نتایج داده های کیفی 139 چاه که دارای اندازه گیری در دو فصل تر و خشک بودند طی سال آبی 1391-1390 استفاده شد. با استفاده از نرم افزار XLSTAT به شناسایی آلودگی و طبقه بندی نمونه ها به کمک روش تحلیل عاملی (PCA) و خوشه بندی سلسله مراتبی (HCA) پرداخته شد. روش تحلیل عاملی منجر به استخراج پنج عامل موثر بر کیفیت آب زیرزمینی با مجموع واریانس 09/68 درصد شد. هم چنین نتایج تحلیل عاملی نشان داد که عامل های اول، چهارم و پنجم ناشی از فرایندهای زمین زاد و عامل های دوم و سوم ناشی از فرایندهای انسان زاد است. نتایج روش خوشه بندی سلسله مراتبی نمونه ها را در سه گروه که هر گروه دارای دو زیرمجموعه می باشد قرار داد. نمونه های مربوط به خوشه یک در بخش های شمال، شرق، جنوب و قسمت هایی از مرکز، غرب با کاربری اراضی- باغی، مرتع متوسط و مناطق دارای کشت دیم و هم چنین مناطق شهری گسترده شده است. نمونه های خوشه دوم اغلب در محدوده مرکزی، غرب و مناطق شهری آبخوان گسترده شده است که از لحاظ کاربری اراضی در مناطق با کاربری زراعی- باغی و مسکونی گسترده شده است. نمونه های خوشه سوم در نواحی جنوب غربی و مناطق شهری گسترش یافته است. به طور کلی وجود فرایندهای انحلال و تبادل یونی از یک طرف و هم چنین آبشویی کودهای کشاورزی و توسعه ناقص سیستم فاضلاب در آبخوان از طرف دیگر زمینه را برای آلودگی آبخوان فراهم کرده است.
    کلید واژگان: انسان زاد, تحلیل عاملی, خوشه بندی, زمین زاد, نیترات}
    Mona Nemati, Mahmood Tabari, SEYED ABBAS Hosseini *, Saman Javadi
    Nitrate is one of the pollutants that affects groundwater in most aquifers of the country. In order to investigate the behavior of hydrogeochemical parameters of groundwater in the Ardabil plain aquifer, the results of qualitative data of 139 wells that were measured in both wet and dry seasons during the water year 2012-2011 were used. Using XLSTAT software, contamination was identified and samples were classified using principal factor analysis (PCA) and hierarchical clustering (HCA). Factor analysis method led to the extraction of five factors affecting groundwater quality with a total variance of 68.09 percent. Also, the results of factor analysis showed that the first, fourth and fifth factors are due to geogenic processes and the second and third factors are due to anthropogenic processes. The results of the hierarchical clustering method divided the samples into three groups, each group having two subsets. The set related to cluster one is spread in the northern, eastern, southern and parts of the center, west by mix(agriculture-garden), medium pasture and dry farming as well as urban areas. The set of the second cluster is often spread in the central, western and urban areas of the aquifer, with mix(agriculture-garden) and residential areas. The set of third cluster has been expanded to southwestern and urban areas. Generally, the existence of dissolution and ion exchange processes on the one hand, as well as leaching of fertilizers and incomplete development of the sewage system in the aquifer on the other hand has provided the groundwater pollution.
    Keywords: Anthropogenic, Principal factor analysis, Clustering, Geogenic, Nitrate}
  • حبیب پالیزوان زند*، عباس احمدی، علی کدخدائی
    اطلاع از شدت و مدت بارندگی می تواند در بسیاری از تحلیل های زیست محیطی از جمله برآورد فرسایندگی باران و فرسایش خاک مفید باشد. دستگاه‎های مختلفی برای ثبت شدت و مدت بارندگی وجود دارد. اما خرید و نگهداری آن ها هزینه بر بوده و اغلب نیاز به متصدی جهت مراقبت از آن ها دارد. تحقیق حاضر به امکان سنجی استفاده از تحلیل سیگنال های صوتی ناشی از برخورد قطرات با سطوح و اجسام موجود در طبیعت برای تعیین ثبت شدت و مدت بارندگی پرداخته است. برای این منظور در آزمایشگاه گروه علوم خاک دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز در سال 1400، باران سازهایی طراحی شد که باران هایی با شدت های متفاوت ایجاد نماید. سپس سیگنال های صوتی ناشی از برخورد قطرات باران با سینی فلزی که در زیر باران قرار داده شد، توسط رکودر ضبط و جهت پردازش به رایانه انتقال داده شد. سپس در نرم افزار MATLAB، اندازه فرکانسی فایل های صوتی استخراج گردید. نتایج نشان داد که با افزایش شدت بارندگی، دامنه صوتی و اندازه فرکانسی سیگنال های صوتی افزایش یافت. سپس اندازه های فرکانسی در نرم افزار SPSS به روش خوشه بندی دو مرحله ای به طور خودکار در دو خوشه قرار گرفته شد. سپس میانگین و انحراف معیار هر خوشه محاسبه شده و با توجه به همبستگی هر کدام با یکدیگر و با شدت بارندگی، و جهت جلوگیری از پدیده چند هم خطی شدن تنها از میانگین خوشه دوم به عنوان ورودی مدل های برنامه ریزی بیان ژن و رگرسیون خطی استفاده شد. جهت آزمون دقت و صحت نتایج حاصل از مدل ها، از آماره های ضریب تبیین (R2)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین هندسی نسبت خطا (GMER) و انحراف استاندارد هندسی نسبت خطا (GSDER) استفاده شد. مقادیر R2، RMSE (mm/h)، GMER (mm/h) و GSDER (mm/h) برای مدل برنامه ریزی بیان ژن در داده های سری آموزش به ترتیب برابر 97/0، 85/1، 11/1 و 09/1 و برای داده های سری اعتبارسنجی به ترتیب برابر 96/0، 05/2، 14/1 و 12/1 بدست آمد. در حالی که مقادیر معیارهای فوق در مدل رگرسیونی، برای داده های سری آموزش به ترتیب برابر 94/0، 74/2، 25/1 و 34/1 و برای داده های سری اعتبارسنجی به ترتیب برابر 92/0، 91/2، 28/1 و 37/1 بدست آمد. نتایج آماره های فوق حاکی از دقت و صحت نسبتا بیشتر مدل برنامه ریزی بیان ژن نسبت به مدل رگرسیونی و بیش برآوردی و پخشیدگی نسبتا زیادتر داده های تخمینی مدل رگرسیونی نسبت به مدل برنامه ریزی بیان ژن می باشد.
    کلید واژگان: اندازه فرکانسی, باران ساز, خوشه بندی, سیگنال های صوتی}
    Habib Palizvan-Zand *, Abbas Ahmadi, Ali Kadkhodaie
    Knowing the intensity and duration of rainfall can be useful in many environmental analyses, including the estimation of rain erosivity and soil erosion. There are various devices to record the intensity and duration of rainfall, but purchasing and maintaining them are costly and often requires an operator to take care of them. The present research deals with the feasibility of using the analysis of sound signals caused by the collision of droplets with surfaces and objects in nature to determine the intensity and duration of rainfall. For this purpose, in the laboratory of the Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, in 2022, rain simulators were designed to produce rains of different intensities, then, the sound signals caused by the impact of raindrops with the metal tray that was placed under the rain were recorded and transferred to the computer for processing. Then, the frequency size of audio files was extracted in MATLAB software. The results showed that with the increase in rainfall intensity, the audio amplitude and frequency size of the audio signals increased. Then, the frequency measurements were automatically placed in two clusters in SPSS software using the two-stage clustering method. Then the mean and standard deviation of each cluster were calculated and according to the correlation of each with each other and with the intensity of rainfall, and in order to avoid the multi-collinearity phenomenon, only the average of the second cluster was used as the input of gene expression programming and linear regression models. In order to test the accuracy and correctness of the results obtained from the models, the coefficient of determination (R2), root mean square error (RMSE), geometric mean of error ratio (GMER), geometric standard deviation of error ratio (GSDER) statistics were used. The values of R2, RMSE (mm/h), GMER(mm/h) and GSDER (mm/h) for the gene expression programming model in the training series data were 0.97, 1.85, 1.11 and 1.09 respectively and for the validation series data were 0.96, 2.05, 1.14 and 1.12 respectively. While the values of the above criteria in the regression model were 0.94, 2.74, 1.25 and 1.34 respectively for the training series data and 0.92, 2.91, 1.28 and 1.37 respectively for the validation series data. The results of the above statistics indicate that the gene expression programming model is relatively more accurate than the regression and overestimation model, and the estimated data of the regression model is relatively more spread than the gene expression programming model.
    Keywords: Audio signals, Clustering, Rain simulator, Size frequency}
  • علی شاهبایی کوتنایی*، حسین عساکره

    بارش یکی از مهم ترین فراسنج های آب و هوایی است که چگونگی پراکنش و مقادیر آن در نواحی مختلف، برایند روابط پیچیده خطی و غیرخطی بین عناصر جوی - فرایندهای اقلیمی و ساختار فضایی محیط سطح زمین است. طبقه بندی داده ها و قرارگیری آنها در پهنه های کوچک و متجانس می تواند در بهبود درک این روابط پیچیده و نتایج حاصل از آنها موثر باشد. در پژوهش حاضر با استفاده از داده های بارش سالانه 3423 ایستگاه همدیدی، اقلیم شناسی و باران سنجی ایران در دوره 1961 - 2015 و داده های ارتفاع، شیب، جهت شیب و تراکم ایستگاهی تلاش شد تا چگونگی پراکنش بارش کشور در ارتباط با عوامل محیطی پهنه بندی شده و مورد تحلیل قرار گیرد. بدین منظور بعد از استاندارد سازی و آماده سازی ماتریس داده ها، تعداد بهینه خوشه ها مشخص و مجموعه داده ها به مدل شبکه عصبی- فازی (ANFIS-FCM) وارد شد. بررسی نتایج نشان داد که مقادیر شاخص های   و MAE  به ترتیب 0/76 و 0/23 بوده که حاکی از دقت مناسب مدل است. همچنین مشخص شد در پهنه های چهارگانه خروجی مدل، عوامل محیطی از اثرگذاری بالایی در پراکنش فضایی فراسنج بارش برخوردار هستند. در پهنه های اول و سوم، ترکیب عوامل ارتفاع و شیب زیاد به همراه مجاورت جغرافیایی با سامانه های بارشی، موجب شده متوسط مقدار بارش سالانه در این پهنه ها به ترتیب 318 و 181 میلی متر باشد؛ در حالی که با تضعیف نقش عوامل محیطی در خوشه های دوم و چهارم، متوسط بارش سالانه به حدود 100 میلی متر کاهش یافته است.

    کلید واژگان: شبکه عصبی, منطق فازی, تابع عضویت, خوشه بندی, بارش, ایران}
    A. Shahbaee Kotenaee*, H. Asakereh

    Precipitation is one of the most significant climatic parameters; its distribution and values in different areas is the result of complex linear and nonlinear relationships between atmospheric elements-climatic processes and the spatial structure of the earth's surface environment. Classification of data and placing them in small and homogeneous zones can be effective in improving the understanding of these complex relationships and their results. In the present study, zoning and analyzing the distribution of rainfall in Iran concerning environmental factors was performed using the annual precipitation data of 3423 synoptic, climatological, and gauge stations in the country during the period from 1961 to 2015 and the altitude, slope, aspect, and station density data. After standardization and preparation of the data matrix, the optimal number of clusters was determined and the data set was entered into the neural-fuzzy network model (ANFIS-FCM). The results showed that the values of R2  and MAE  indices were 0.76 and 0.23, respectively which indicate the appropriate accuracy of the model. It was also found that in the four output zones of the model, environmental factors have a high impact on the spatial distribution of precipitation. In the first and third zones, the combination of high altitude and slope factors along with geographical proximity to precipitation systems has caused the average annual rainfall in these zones to be 318 and 181 mm, respectively. The mean annual rainfall has decreased to about 100 mm by the weakening of the role of environmental factors in the second and fourth clusters.

    Keywords: Neural network, Fuzzy logic, Membership function, Clustering, Precipitation, Iran}
  • مهدی محمدی قلعه نی، حمید کاردان مقدم

    هدف از تحقیق حاضر توسعه و معرفی یک شاخص جدید کیفیت آب شرب (SDWQI)، با استفاده از پارامترهای کیفی اندازه‌گیری شده در ایستگاه‌های هیدرومتری رودخانه سفیدرود است. به این منظور 12 پارامتر کیفی ماهانه‌ شامل کل مواد جامد محلول (TDS)، هدایت الکتریکی (EC)، سختی کل (TH)، اسیدیته (pH)، کلر (Cl-)، سولفات (SO4-2)، کربنات (CO3-2)، بی‌کربنات (HCO3-)، منیزیم (Mg2+)، سدیم (Na+)، کلسیم (Ca2+) و پتاسیم (K+) طی دوره آماری 1366-99 در ایستگاه‌های هیدرومتری رودبار و آستانه واقع در رودخانه سفیدرود استفاده شده است. پس از پردازش‌های اولیه روی داده‌ها مانند تحلیل همبستگی پارامترها، از روش‌های چندمتغیره آماری مانند خوشه‌بندی و تجزیه به مولفه‌های اصلی (PCA) به منظور انتخاب و وزن‌دهی پارامترهای کیفیت آب با استفاده از بسته‌های “cluster” و “factoextra” در نرم‌افزار R 4.1.1 برای توسعه شاخص جدید کیفیت آب استفاده شده است. نتایج شاخص جدید توسعه داده شده با شاخص کیفیت آب شرب سازمان بهداشت جهانی (WHO) و دسته‌بندی کیفیت آب شرب شولر مقایسه شده است. وزن‌دهی پارامترها با استفاده از روش PCA حاکی از اختصاص بیشترین و کمترین وزن به ترتیب به پارامترهای TDS و K+ و برابر 163/0 و 031/0 می‌باشد. همچنین نتایج حاکی از پوشش 3/59 و 6/67 درصدی مولفه‌های اصلی اول و دوم از واریانس تغییرات کل پارامترهای کیفیت آب مورد بررسی به ترتیب در ایستگاه‌های رودبار و آستانه می‌باشد. نتایج دسته‌بندی کیفیت آب بیانگر قرار گرفتن به ترتیب (5/40، 4/16 و 7/23 درصد) و (1/90، 1/73 و 3/57 درصد) داده‌های ایستگاه‌های رودبار و آستانه در رده‌ی خوب و عالی جهت مصارف شرب بر اساس دسته‌بندی شولر، شاخص WHO و شاخص جدید می‌باشد.

    کلید واژگان: ایستگاه هیدرومتری, پارامترهای کیفیت آب, خوشه بندی, رودخانه سفیدرود, شاخص کیفیت آب}
    M. Mohammadi Ghaleni, H. Kardan Moghaddam
    Introduction

    The water quantity and quality has always been one of the main challenges in the issue of allocating water resources for different uses. Water quality management requires the collection and analysis of large amounts of water quality parameters that will be evaluated and concluded. Many tools have been found to simplify the evaluation of water quality data, and the water quality index (WQI) is one of these widely used tools. In summary, the WQI can be defined as a number obtained from the combination of several quality parameters based on standards for its extraction. The aim of this study was to develop and introduce the new Surface water Drinking Water Quality Index (SDWQI) adopt the water quality parameters measured on hydrometric stations of Iran. In developing this index, criteria such as the availability of required parameters in most rivers and simple and accurate methods have been considered. Also, the ability to calculate with the minimum general parameters of water quality, simple calculations and in terms of the international standard WHO for drinking is one of the advantages of the introduced index.

    Materials and Methods

    For this purpose, 12 water quality parameters including Total Dissolved Solids (TDS), Electrical Conductivity (EC), Total Hardness (TH), pH, Chloride (Cl-), Sulfate (SO42-), Carbonate (CO32-), Bicarbonate (HCO3-), Magnesium (Mg2+), Sodium (Na+), Calcium (Ca2+) and Potassium (K+) have been used from Rudbar and Astaneh hydrometric stations located on Sefidroud river. Then initial preprocessing on data e.g. correlation analysis, and multivariate statistical methods including cluster analysis (CA) and principal components analysis (PCA) are used to selecting and weighting of water quality parameters using the “clustering” and “factoextra” packages in R 4.1.1. In order to develop the SDWQI were performed four steps including, parameter selection, sub-indexing, weighting and aggregation of the index. Also, in order to evaluate the index of the present research, the results of the SDWQI have been compared with the WHO drinking water quality index and Schoeller drinking water quality classification.

    Results and Discussion

    Correlation analysis between water quality parameters shows a significant correlation between TDS, EC and TH parameters and also with Cl-, Ca2+ and Mg2+ parameters at the level of 1% in both Astaneh and Rudbar stations. On the other hand, the lowest values of Pearson correlation coefficient are related to pH and CO32- parameters with other quality parameters. The results of CA indicate that most of the water quality parameters are located in separate clusters. So only the parameters TDS, EC, Cl- and Na+ in both Rudbar and Astaneh stations are in the same cluster. The weights of the parameters showed that TDS and K+ are assigned with the highest and lowest weights equal to 0.163 and 0.031 based on PCA method. Also, PCA results show that first and second principal components covered 59.3% and 67.6% of the total variance of measured water quality parameters in Rudbar and Astaneh stations, respectively. Water quality classification results indicate that (40.5%, 16.4% and 23.7%) and (90.1%, 73.1% and 57.3%) of data in Rudbar and Astaneh stations, respectively, fell into the excellent and good categories for drinking purposes based on Schoeller classification, WHOWQI and SDWQI.

    Conclusion

    Generally, the comparison of the SDWQI with the WHO index and the Schoeller classification shows the rigidity of the new index in the classification of water quality for drinking purposes. Each water quality index developed in order to evaluate the uncertainty of results, should be tested for data with different characteristics in terms of the range of variation with different limit values​​ (minimum and maximum). The index developed in the present study is no exception to this rule and in order to better evaluate the results, it is suggested that to be evaluated and analyzed with data from other hydrometric stations. Another important points that should be considered in using any water quality index, including the present research index, is to examine the allowable limits of water quality parameters that are not considered in these indicators. The results of the study indicated that, two most important steps in the development of a quality index that have a great impact on its results are sub-indexing and weighting of parameters. According to the results, two ideas recommended for future research. One, choosing an appropriate method such as non-deterministic (fuzzy) and intelligent (machine learning) methods to sub-index the parameters and two, to weigh the parameters more effectively, multivariate statistical methods such as clustering, factor analysis and principal component analysis should be used.

    Keywords: Clustering, Hydrometric stations, Principal component analysis, Sefidroud river, Water quality index}
  • ام البنی محمدرضاپور*، فریبا پوراحمدی، سلمان شریف آذری، پریسا کهخا مقدم
    سابقه و هدف

    یکی از مهمترین بحرانهایی که اغلب کشورها در حال حاضر با آن روبرو هستند، مساله کاهش کیفیت منابع آبی می ‏باشد. کاهش ذخایر آب های زیرزمینی و افزایش آلودگی ها، پتانسیل استفاده از آب های زیرزمینی برای مصارف مختلف را به میزان قابل ‏توجهی کاهش داده است. یکی از علل اصلی افت کیفیت آبهای زیرزمینی عبارتند از نفوذ زه آب های کشاورزی ناشی از مصرف بی رویه ‏کود و سموم کشاورزی می باشد. همچنین صنایع که در بسیاری موارد آب های زیرزمینی را با آلاینده های شیمیایی و هیدروکربنی آلوده ‏نموده اند. علاوه براین عوامل، دفع فاضلاب ها در شهرها و روستاها از طریق چاه های جاذب که از انواع ویروس ها و باکتری ها تشکیل ‏شده اند نیز از اعوامل ایجاد آلودگی هستند برنامه پایش کیفیت منابع آب زیرزمینی می تواند کیفیت مناسب منابع آب برای کاربری های ‏مختلف را تضمین کند. بدون پایش اطلاع مستمر از کیفیت منبع آب، روند تغییرات آن، برنامه ریزی برای تخصیص بهینه برای کاربری های ‏گوناگون، ارزیابی اثر توسعه های جدید و طراحی و اجرای برنامه های مدیریتی امکان پذیر نمی باشد لذا در این تحقیق همگن بندی کیفی ‏آبهای زیرزمینی به منطور شناسایی مناطق بحرانی در استان گلستان واقع در شمال کشور ایران با استفاده ترکیب خوشه بندی فازی با ‏الگوریتم ژنتیک، بر روی 14 پارامترکیفی‎ ‎در سالهای 1385، 1390 و 1395 بصورت گام زمانی 5 ساله صورت گرفت.‏

    مواد و روش ها

    در این تحقیق جهت تعیین مناطق همگن برای هر سال ابتدا تعداد بهینه خوشه ها با استفاده از الگوریتم ژنتیک که در ‏نرم افزار متلب برنامه نویسی شده است، بدست آمد. بعد از خوشه بندی داده های کیفی، مقادیر مراکز خوشه ها از نظر کیفی با دیاگرام شولر ‏و ویلکاکس بررسی و مقایسه گردید و برای نمایش بهتر مناطق همگن ازنظر کیفیت آبهای زیرزمینی، نقشه های کلاس بندی در نرم افزار ‏GIS‏ برای منطقه تهیه و برای مطالعه ارایه شده است.‏

    یافته ها

    نتایج نشان داد که تعداد بهینه خوشه ها در سالهای 1385، 1390 و 1395 به ترتیب 6، 5 و 6 بوده است. بررسی نقشه های ‏کلاس بندی کیفیت آب زیرزمینی نشان داد که در سال 1385، خوشه شماره 6 که 7/2 % از چاه های مورد مطالعه را شامل می شود در ‏وضعیت نامناسبی از نظر کیفیت آب زیرزمینی از نظر شرب و کشاورزی قرار دارند که این چاه ها در محدوده شهرکلاله قرار دارند. ‏همچنین در سال 1390 بر اساس نتایج می توان دریافت که 8/36 درصد چاه های استان در وضعیت خوبی از نظر کیفیت پارامترهای شرب ‏و کشاورزی قرار دارند که این چاه ها تقریبا در بیشتر نقاط استان وجود دارند. و 33/33 % از چاه ها در وضیت متوسط از نظر کیفیت شرب ‏قرار دارند. همچنین نتایج خوشه بندی فازی ‏‎(FCM)‎‏ در سال 1395 نشان داد که اکثر پارامترها در خوشه 3 دارای کیفیت متوسط هستند که ‏تقریبا 55/5 درصد از چاه های استان را شامل می شوند.‏

    نتیجه گیری

    بررسی نتایج نشان داد که وضعیت کیفیت آبهای زیرزمینی استان در سال 1385 نا مناسب بوده و در سال 1390 از وضعیت ‏مناسب تری برخوردار بوده است. ولی سال 1395 نسبت به سال 90 شاهد کاهش افت کیفیت بوده ایم لذا باید برنامه های مدیریتی مناسب ‏اتخاذ گردد. همچنین مشاهده شد که روش خوشه بندی فازی به دلیل درنظر گرفتن شرایط عدم قطعیت در تایین کلاس های سیستم طبقه ‏بندی روش مناسبی برای بررسی کیفیت و شناسایی مناطق بحرانی منابع آب زیرزمینی می باشد. ‏

    کلید واژگان: خوشه بندی, الگوریتم ژنتیک, کیفیت آب, پایپر, ویلکاکس.‏}
    Omolbani MohammadReza Pour *, Fariba Pourahmadi, Salman Sharifazari, Parisa Kahkhamoghadam
    Background and Objectives

    One of the most important crises that most countries are currently ‎facing is the issue of reducing the quality of water resources. Reducing groundwater resources and ‎increasing pollution, reduced the potential for using groundwater for various uses. One of the main ‎reasons for the decline in groundwater quality is the impact of agricultural drainage due to the ‎excessive use of fertilizers and pesticides. Also, industries that in many cases have contaminated ‎groundwater with chemical and hydrocarbon contaminants.‎‏ ‏In addition to these factors, the disposal ‎of sewage in cities and villages through absorbent wells made up of viruses and bacteria also ‎contributes to contaminants‏.‏‎ Groundwater quality monitoring program can ensure the proper quality ‎of water resources for different uses‏.‏‎ Without monitoring, continuous reporting on the quality of ‎the water supply, its evolution, planning for optimal allocation for different uses, assessing the ‎impact of new developments, and designing and implementing management plans is not feasible.‎‏ ‏Identification of homogeneous regions in terms of groundwater quality in Golestan province of ‎northern Iran using Fuzzy Clustering Method combination with genetic algorithm (GA-FCM) was ‎performed on 14 parameters in a 5- year- time step in 2006, 2011 and 2016.‎

    Material and Methods

    To determine the homogeneous regions for each year, the optimal number ‎of clusters was initially obtained. After data clustering in Matlab software, the results of clustering ‎were evaluated qualitatively with Schuler and Wilcox diagrams. For better representation of ‎homogeneous regions, classification maps for the study area were presented.‎

    Result and discussion

    The results showed that the optimum numbers of clusters in 2006, 2011, ‎and 2016 were 6, 5, and 6, respectively. Analysis of groundwater quality classification maps ‎showed that in 2006, cluster no. 6, including 2.7% of the studied wells located within the city of ‎Kalaleh, is poor in terms of drinking and farming groundwater quality. Also, based on the results, it ‎can be seen that 36.8% of the wells across the province were in good condition in terms of quality ‎of drinking and agricultural parameters in 2011. Likewise, 33.33% of the wells are in a moderate ‎condition in terms of drinking quality, and the status of their groundwater has improved in terms of ‎quality since 2006. Also, the results of NSGA- FCM in 2016 showed that most of the parameters ‎‎(5.55% of the wells in the province) in the cluster 3 have a moderate quality.‎

    Conclusion

    The findings of this study showed that the groundwater quality in the province in ‎‎2016 is lower than in 2011, so appropriate management plans should be adopted. Moreover, it was ‎observed that the fuzzy clustering method is a suitable method for assessing and identification of ‎critical region of the quality of groundwater resources, since it considers the uncertainty conditions ‎in the classes of the classification system.‎

    Keywords: clustering, Genetic Algorithm, Water quality, Piper, Wilcox‎}
  • حجت احمدزاده*، احمد فاخری فرد، محمدعلی قربانی، مسعود تجریشی

    در مدیریت ریسک خشکسالی موضوع تحلیل منطقه ای خشکسالی بسیار حایز اهمیت به نظر می رسد. در این مقاله با ارایه شاخص خشکسالی هیدرولوژیکی منطقه ای جدید (RDI) به این موضوع مهم پرداخته شده است. برای این منظور حوضه آبریز آجی چای به عنوان منطقه مورد مطالعه انتخاب شد. برای تحلیل منطقه ای خشکسالی هیدرولوژیکی ابتدا برای هر یک ایستگاه های آب سنجی حوضه سری زمانی شاخص خشکسالی جریان (SDI) محاسبه شد. سپس به منظور تعیین مناطق همگن به لحاظ خشکسالی هیدرولوژیکی از تحلیل خوشه بندی به روش k-means استفاده شد. بر اساس نتایج خوشه بندی 6 منطقه همگن در حوضه تشخیص داده شد. برای هر یک از این مناطق سری زمانی RDI برای دوره 1393-1365 محاسبه شد. نتایج نشان داد که طی دوره مورد مطالعه در هر یک از مناطق 1، 2، 3، 4، 5 و 6 به ترتیب 3/84، 3/83 ، 9/78، 1/80 و 1/82 درصد از مواقع ترسالی و خشکسالی خفیف رخ داده است. همچنین در همه مناطق مجموع درصد وقوع خشکسالی (متوسط و به بالا) از مجموع درصد وقوع ترسالی (متوسط و به بالا) بیشتر است. طوری که طی دوره مورد مطالعه در مناطق 2 و 3 مجموع درصد وقوع خشکسالی (متوسط و به بالا) نسبت به مجموع درصد وقوع ترسالی (متوسط و به بالا) بیش از دو برابر است.

    کلید واژگان: تحلیل منطقه ای خشکسالی, SDI, خوشه بندی, RDI, مناطق همگن, حوضه آبریز آجی چای}
    H. Ahmadzadeh*, A. Fakheri Fard, M.A Ghorbani, M. Tajrishy

    In drought risk management, the regional analysis of drought is significant. In this paper, this important issue is investigated by presenting the new hydrological regional drought index (RDI). For this purpose, the Ajichai basin was selected as the study area. First, the time series of the streamflow drought index (SDI) was calculated for each of the hydrometric stations in the basin f regional analysis of hydrological drought. Then, to determine the homogeneous regions in terms of hydrological drought, the k-means method was used for clustering analysis. Based on the clustering results, 6 Homogeneous regions were identified in the basin. For each of these regions, the time series of the RDI index was calculated from 1365 to 1393. The results showed that during the study period in each of the regions 1, 2, 3, 4, 5, and 6, mild Wet and mild drought has occurred at 82.1, 80.1, 78.9, 83.3, and 84.3 percent of regions, respectively. Also, the total percentage of drought events (moderate and high) is higher than the total percentage of wet events (moderate and high) in all regions. So, during the study period, the total percentage of drought events (moderate and high) is more than twice the total percentage of wet events (moderate and high) in regions 2 and 3.

    Keywords: Regional analysis of drought, SDI, Clustering, RDI, Homogeneous regions, Ajichai basin}
  • محمد بهروزیان، مهدی ناصری*، محمد اکبری، علی نصیریان
    آب بدون درآمد یکی از مهمترین مسایلی است که امروزه شرکت های آبفا درصدد کاهش هر چه بیشتر آن هستند و اغلب پژوهش‏های داخلی صورت پذیرفته این بخش، معطوف بر هدررفت واقعی و نشت در خطوط انتقال و توزیع آب بوده و تاکنون توجه کمتری به دومین مولفه آب بدون درآمد و به اختصار عدم دقت تجهیزات اندازه گیری صورت پذیرفته است. در این پژوهش به دلیل نبود روندی علمی و کاملا مشخص در خصوص تعویض کنتورها در شرکت های آبفا، مطالعات میدانی در خصوص دقت تجهیزات اندازه گیری و خطای کنتورهای مشترکین صورت پذیرفت و با ارایه رویکردی جدید به مقایسه محدوده عملکرد کنتورها پرداخته شد؛ ابتدا به شناسایی پارامترهای موثر بر دقت کنتورها پرداخته و سپس به روش خوشه بندی، کنتورها مورد مقایسه قرار گرفتند و میزان اثرگذاری هر پارامتر بر میزان دقت کنتورها مشخص گردید. به منظور پیش بینی نحوه عملکرد کنتورها، از الگوریتم شبکه عصبی مصنوعی و به منظور بهینه سازی ماتریس وزن ها و بایاس در تابع فعالیت شبکه از الگوریتم ژنتیک استفاده گردید.
    کلید واژگان: دقت تجهیزات اندازه گیری, تلفات ظاهری, تست و تعویض کنتورها, خوشه بندی, شبکه عصبی مصنوعی}
    Mohamad Behruzian, Mahdi Naseri *, Mohamad Akbari, Ali Nasirian
    Non-Revenue Water(NRW) is one of the most important problems that beneficiaries companies are trying to reduce. Most of researches have been done in this subject, focused on actual losses and leakage in water conveyance and distribution systems and less attention has been paid to the second component of NRW and Precision of Measurement Equipment (PME) yet. In this research, due to the lack of a clear scientific knowledge about the replacement of Water Meters(WM) in national water and wastewater engineering companies, field studies have been carried out on the PME and errors of subscribers' WM and the performance range of the WMs was compared using a new approach. At first, the identification of effective parameters on the accuracy of the WM was investigated and then by clustering method, the WM were compared and the effect of each parameter on the accuracy of the WM was determined. In order to predicting the performance and accuracy of the WM, Artificial Neural Network(ANN) algorithm was used and for optimizing the weights and biases matrix, Genetic Algorithm(GA) was used too
    Keywords: Precision measuring equipments, Apparent loss, Test, replacement of water meters, Cluster analysis, Artificial Neural Network}
  • سید حسین میرموسوی، کوهزاد رئیس پور، محمد کمانگر*، علیرضا کربلایی

    تهیه نقشه و تحلیل مکانی مزارع گندم در مسایل کلان اقتصادی و اجتماعی ازجمله مدیریت کشاورزی دارای اهمیت زیادی است. نقشه های الگوی کشت تغییرپذیر هستند و تهیه آن با استفاده از داده های زمینی با مسایل زیادی همراه است. هدف از این تحقیق پیاده سازی روشی کاربردی برای استخراج مزارع گندم با استفاده از تغییرات شاخص پوشش گیاهی و تحلیل مکانی مزارع گندم در غرب ایران است. بررسی منحنی تغییرات شاخص پوشش گیاهی مزارع نمونه گندم نشان داد بیشترین مقدار بازتاب شاخص مزارع نمونه گندم در ماه های خرداد و اوایل تیرماه بوده و پس از برداشت محصول شاخص بازتاب به مقدار زیادی کاهش می یابد. در همین راستا داده های سنجنده سنتیل در سامانه Earth Engine پردازش و شاخص پوشش گیاهی 12 ماهه سال 1398 در قالب یک مجموعه داده از آن استخراج گردید. با معرفی نمونه های آموزشی به مجموعه داده ایجادشده به روش طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان [1]، کاربری زمین محدوده موردمطالعه در پنج کلاس به دست آمد. با اعمال فیلتر ارتفاعی و حذف مزارع مستخرج شده بالای سه هزار متر نقشه پراکندگی مزارع گندم را با 48 نمونه باقی مانده نمونه های زمینی صحت سنجی شد و صحت کلی 86/0 و ضریب کاپا 79/0 به دست آمد. نتایج نشان داد با توجه به اینکه در روش پیشنهادی اطلاعات داده های آموزشی بیشتری به الگوریتم داده شد، بنابراین موجب افزایش صحت کلی طبقه بندی می شود. الگوی مکانی مزارع گندم با تابع میانگین نزدیک ترین همسایه و آماره P_value<0.05 نشان دهنده خوشه ای بودن پراکندگی مزارع و تابع کاریپلی عدم تصادفی بودن پراکندگی مزارع گندم تا فاصله های 21 هزار متری را نشان داد. از نتایج این تحقیق و نقشه های خروجی های آن می توان در کسب اطلاعات برای برنامه ریزی های کشاورزی و همچنین تخصیص و توزیع مکانی منابع و امکانات استفاده نمود. 

    کلید واژگان: کشاورزی, سنجنده Sentinel, ماشین بردار پشتیبان, خوشه بندی, غرب ایران}
    Hosin Mirmosavi, Kohzad Raispour, Mohammad Kamangar *, Alireza Karbalayy

    Mapping and spatial analysis of wheat fields are very important in studying macroeconomic and social issues, including agricultural management. Highly variable crop pattern maps and its preparation using terrestrial data are associated with many problems. The purpose of this study is to implement a practical method for extracting wheat fields by using changes in vegetation index and spatial analysis of wheat fields in western of Iran. Investigation of the changes curve of vegetation index of wheat typic farms showed that the highest amount of reflection index of wheat farms is in June and early July and after harvest the reflectance index decreases extremely. In this regard, Sentile sensor data was processed in the Earth Engine system and the 12-month vegetation index of 1398 was extracted as a data set. By introducing training data to the data set created by the support vector machine classification method, the land use of the study area was obtained in five classes. By applying altitude filter and removing the extracted fields above 3,000 meters, the distribution map of wheat fields was verified with the remaining 48 ground data. The total accuracy and the kappa coefficient were obtained 0.86 and 0.79, respectively. Since in the proposed method, more training data are given to the algorithm, the overall accuracy of the classification is increased. The spatial pattern of wheat fields with the mean function of the nearest neighbor and P_value <0.05 indicating the cluster dispersion of the fields and the Caripley function indicating the non-random scattering of wheat fields up to distances of 21,000 meters. The results of this research and its output maps can be used to obtain information for agricultural planning as well as the allocation and spatial distribution of resources and facilities.

    Keywords: Agriculture, Sentinel sensor, Support vector machine, Clustering, West of Iran}
  • محمد نخعی*، وهاب امیری، مرضیه امیری

    در این مطالعه از روش نوین نقشه های خودسازمانده (SOM) برای خوشه بندی پیزومترهای موجود در آبخوان ارومیه و شناسایی پیزومترهایی با رفتار مشابه و به عبارتی دیگر، تعیین شبکه پایش بهینه در این آبخوان استفاده شد. به این منظور، ابتدا به نرمال سازی داده های ماهیانه تراز آب زیرزمینی در یک بازه 13 ساله (1381-1394) پرداخته شد و سپس الگوریتم خوشه بندی غیرسلسله مراتبی K-means برای تعیین تعداد خوشه های بهینه مورد استفاده قرار گرفت. در ادامه به کمک مدل SOM که از پرکاربردترین مدل های شبکه عصبی در خوشه بندی است؛ عملیات پیش پردازش مکانی جهت خوشه بندی مکانی پیزومترها انجام شد و نتایج خوشه بندی با استفاده از نقشه هم عمق سطح آب زیرزمینی مورد بررسی قرار گرفت. پیزومترهای نماینده هر خوشه از طریق به کارگیری فاصله اقلیدسی پیزومترها از یکدیگر تعیین شد. با توجه به نتایج خوشه بندی و سازگاری بسیار مناسب آن با تغییرات سطح آب زیرزمینی در محل هر پیزومتر، باید عنوان نمود که الگوریتم خوشه بندی SOM از قابلیت بالایی برای خوشه بندی برخوردار است. این نوع شبکه عصبی قادر به کشف الگوهای مناسبی از داده ها است که می تواند به شناسایی ویژگی های اعضاء هر خوشه کمک کند. بنابراین، به نظر می رسد از الگوریتم خوشه بندی SOM می توان در تحلیل رفتار کمی آبخوان (تغییرات تراز آب زیرزمینی) و یافتن پیزومترهای نماینده معدود استفاده کرده و به این ترتیب امکان ارزیابی قابل قبول رفتار آبخوان در زمان کمی و با صرف کمترین هزینه فراهم آورد.

    کلید واژگان: آب زیرزمینی, خوشه بندی, شبکه عصبی, میانگین K, خودسازمانده}
    Mohammad Nakhaei *, Vahab Amiri, Marzieh Amiri

    In this study, the new method of self-organized maps (SOM) was used to cluster the piezometers in the Urmia aquifer and identify piezometers with similar behavior, in consequence the optimal groundwater monitoring network was determined. To achieve this goal, at first the normalization of monthly groundwater level data over a period of 13 years (2002-2015) was done and then the K-means non-hierarchical clustering algorithm was used to determine the number of optimal clusters. Then, using the SOM model which is one of the most widely used neural network models in the clustering techniques, spatial preprocessing operations were performed for all piezometers and the clusters were detected using a groundwater depth map. Also, the representative piezometers of each cluster were determined using the piezometers Euclidean distance. According to the results of clustering and its good compatibility with changes in groundwater level at each piezometer, it should be noted that the SOM clustering algorithm has a high capability for clustering. Results show that this type of network is able to detect the appropriate data patterns that can help identify the characteristics of members of each cluster. Therefore, it seems that the SOM clustering algorithm can be used to analyze the quantitative behavior of the aquifer (groundwater level changes) and find a few representative piezometers, thus providing an acceptable assessment of aquifer behavior in a short time and at the lowest cost.

    Keywords: Groundwater, Clustering, Neural network, K-means, SOM}
  • بتول پورسیف اللهی، امین کانونی*، محمدرضا نیک پور، جواد رمضانی مقدم

    گروه بندی حوضه های آبخیز با توجه به عوامل اقلیمی و خصوصیات فیزیوگرافی حوضه ها پیش نیاز تحلیل منطقه ای رواناب و استفاده از آن برای تخمین آبدهی حوضه های فاقد ایستگاه سنجش دبی است. در این تحقیق با استفاده از داده های دبی، متوسط بارش سالانه و خصوصیات فیزیوگرافی حوضه های آبخیز و با روش خوشه بندی سلسله مراتبی وارد و k-means ، حوضه های آبخیز واقع در استان اردبیل به مناطق همگن هیدرولوژیکی تفکیک شدند. به علت تعدد زیاد پارامترها ابتدا با تحلیل مولفه های اصلی، چهار مولفه اول با تبیین 6/83 درصد واریانس کل، به عنوان ورودی تحلیل خوشه ای انتخاب شدند. سپس تعداد بهینه خوشه ها به کمک روش سلسله مراتبی وارد و رسم نمودار درختی، تعیین و در نهایت با روش k-means خوشه بندی نهایی انجام شد. در ادامه با به کارگیری آزمون یکنواختی دالریمپل، زیرحوضه هایی که از لحاظ هیدرولوژیکی از یک فرآیند آبدهی پیروی می کردند، شناسایی شدند. نتایج آزمون یکنواختی نشان داد که با کنار گذاشتن ایستگاه های واقع در خارج از محدوده اطمینان هر خوشه، زیرحوضه های که از نظر آبدهی سالانه و سایر پارامترهای فیزیوگرافی و هواشناسی با یکدیگر شباهت داشتند در یک خوشه قرار می گیرند. بنابراین تعداد زیرحوضه های واقع در خوشه های 1، 2، 3 و 4 به ترتیب برابر 8، 4، 9 و 9 حوضه بوده است که می تواند در تحلیل منطقه ای به منظور برآورد رواناب و سیلاب در حوضه های آبخیز فاقد داده های دبی سنجی، مورد استفاده قرار گیرد.

    کلید واژگان: آبدهی, تحلیل مولفه های اصلی, خوشه ‏بندی, مناطق همگن}
    Batoul Poorseifollahi, Amin Kanooni *, Mohammadreza Nikpour, Javad Ramezani Moghadam

    Grouping of catchments based on their climatic factors and physiographic characteristics is a prerequisite for regional analysis of runoff and its use for estimating discharge of catchments without discharge measurement station. In this study, catchments located in Ardabil province were separated into homogeneous hydrological zones using discharge, mean annual precipitation and physiographic characteristics of catchments and hierarchical clustering method. Due to the large number of parameters, by using principal component analysis, the first four components with 83.6% of total variance were selected as inputs for cluster analysis. Then, the optimal number of clusters was determined by using hierarchical method and drawing the tree diagram, and finally the final clustering was done by K-means method. Subsequently, the sub-catchments that followed a hydrological process were identified using the Dalrymple uniformity test. The results of the uniformity test showed that by excluding stations outside the confidence limits of each cluster, catchments that were similar in terms of annual discharge and other physiographic and meteorological parameters were clustered. Therefore, the number of sub catchments located in clusters 1, 2, 3 and 4 were 8, 4, 9 and 9 catchments, respectively, which can be used in regional analysis to estimate runoff and floods in catchments without discharge measurement data.

    Keywords: Clustering, discharge, Homogeneous Region, principal component analysis}
  • احسان رزاق دوست، بایرامعلی محمدنژاد*، حمید کاردان مقدم

    با توجه به اهمیت منابع آب زیرزمینی در تامین مطمین نیاز آبی کشورها، بویژه در مناطق خشک و نیمه خشک، برنامه ریزی بلند مدت و مدیریت صحیح بهره برداری از این منابع ارزشمند امری ضروری می باشد. بدین منظور استفاده از ابزارهای مناسب شبیه سازی جهت پیش بینی تغییرات مکانی و زمانی سفره های آب زیرزمینی و رفتار آتی آنها بسیار مفید می باشد. این مطالعه با هدف منطقه بندی آبخوان میاندوآب و پیش بینی مکانی و زمانی سطح آب زیرزمینی با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی انجام شده است. ابتدا جهت شناسایی اهمیت پارامترهای موثر در شبیه سازی، شش پارامتر ضریب قابلیت انتقال، سطح آب زیرزمینی، تراز زمین، افت آب زیرزمینی، بارندگی و تخلیه در سطح منطقه خوشه بندی مکانی شد. پس از تحلیل آماری از سه رویکرد خوشه بندی منفرد، سه پارامتره و تلفیقی استفاده گردید. تعداد خوشه های مناسب با استفاده از عرض سیلهوت تعیین شد. در فرایند آموزش و صحت سنجی مدل از داده های 77 چاه مشاهده ای آبخوان میاندوآب، که دارای سری زمانی اندازه گیری شده 10 ساله (1391-1382) برای سطح آب زیرزمینی می باشند، استفاده شد. نتایج تحلیل خوشه بندی مکانی نشان داد که رویکرد خوشه بندی با در نظر داشتن همبستگی دارای دقت بهتری است. پس از انتخاب رویکرد مکانی مناسب، 4 پارامتر بارندگی، تغذیه آبخوان، تخلیه آبخوان و سطح آب زیرزمینی در ماه قبل به عنوان متغیرهای ورودی به شبکه عصبی مصنوعی انتخاب گردید. پس از شبیه سازی سطح آب زیرزمینی با استفاده از روش شبکه عصبی پس انتشار برگشتی، پیش بینی سطح آب زیرزمینی برای 2 سال انجام گرفت. نتایج نشان داد که تغییرات ضریب همبستگی در 6 خوشه بین 71/0 تا 97/0 و میزان تغییرات میانگین مجذور خطا بین 19/0 تا 58/0 بوده که حاکی از دقت مناسب این رویکرد جهت پیش بینی سطح آب زیرزمینی است.

    کلید واژگان: آب زیرزمینی, خوشه بندی, عرض سیلهوت, شبکه عصبی مصنوعی, آبخوان میاندوآب}
    Ehsan Razaghdoust, Bayramali Mohammadnezhad *, Hamid Kardan Moghaddam

    Long-term planning and proper management of groundwater resources utilization are essential to ensure a reliable supply of water to countries, especially in arid and semi-arid regions. Therefore, it is necessary to employ appropriate models to predict the spatial and temporal fluctuations of aquifers and their future behavior. This study aimed to apply zoning strategies to Miandoab aquifer and predict its spatial and temporal groundwater level using an artificial neural network. First, the six parameters of transmissivity coefficient, groundwater level, ground elevation, withdrawal, rainfall, and discharge were spatially clustered to identify their effect on the simulation model. Three clustering approaches of single-parameter, three-parameter and integrated-parameter were evaluated using some statistical indices. The number of suitable clusters was determined using silhouette width. Groundwater level data (2002-2012) from 77 observational wells were used for model training and validation. Results showed that the correlation clustering approach performs better than the other methods. Precipitation, aquifer recharge, aquifer discharge, and groundwater level of the previous month were inputs to the back-propagation artificial neural network (ANN) for predicting a two-year period of groundwater level. The results showed that the correlation coefficients of variation in 6 clusters were 0.71- 0.97, and the RMSE variations were 0.19 - 0.58, indicating appropriate accuracy of this approach for predicting groundwater level.

    Keywords: Groundwater, Clustering, Silhouette width, Artificial Neural Network, Miandoab Aquifer}
  • پروا محمدی*، احمد فاخری فرد، یعقوب دین پژوه، اسماعیل اسدی
    در بین عوامل اقلیمی موثر برای کشت دیم، بارندگی مهم ترین عامل محسوب می شود. تعیین اراضی مستعد دیم در کشور به ویژه حوضه آبریز دریاچه ارومیه امری ضروری می باشد. به منظور پهنه بندی منطقه شرق دریاچه ارومیه براساس عملکرد دیم و بارش برای بررسی قابلیت کشت دیم، آمار بارش روزانه 26 ایستگاه باران سنجی برای دوره آماری 1370 تا 1392 به کار گرفته شد. در این مطالعه گیاه گندم، به عنوان یک محصول استراتژیک، انتخاب شد و و از آمار عملکرد گندم دیم طی دوره مذکور استفاده گردید. سپس با به کارگیری روش های تجزیه به مولفه های اصلی،K- Means و وارد خوشه بندی انجام گرفت. همگنی خوشه های به دست آمده با آزمون های آماری H و S بررسی شد و خوشه های همگن در محیط GIS رسم گردید. نتایج نشان داد که ضرایب عامل های تجزیه به مولفه های اصلی با خوشه بندی K- Means از نظر درصد مساحت و درصد میانگین خوشه های حاصل شده بارش و عملکرد دیم همخوانی بیشتری باهم دارند و نتایج به هم نزدیک است. از طرفی دیگر، از نقطه نظر تغییرات مکانی، خطوط هم عملکرد توام با خطوط هم بارش رسم شد. نتایج افزایشی هم سو برای عملکرد محصول و بارش در شمال غرب و مرکز منطقه مورد مطالعه را نشان داد که با ماهیت فیزیکی روند عملکرد دیم همخوانی دارد؛ اما در بخش های دیگر منطقه برخی مناطق ناهمگن مشاهده شد. مناطق همگن 47/24 درصد و مناطق ناهمگن 53/75 درصد مساحت منطقه مورد مطالعه را در برگرفت.
    کلید واژگان: بارش, پهنه بندی, خوشه بندی, عملکرد دیم}
    Parva Mohammadi *, Ahmad Fakherifard, Yaghob Dinpazhoh, Esmaeil Asadi
    Rainfall is among the most important climatic factors affecting the rainfed cultivation. Thus, in order to maintain water consumption in current agriculture, with the view of water resources management, the country needs to convert some irrigated land areas to rainfed cultivation in the near future. Indeed, it is necessary to conduct an analytical study on rainfed agriculture and identify appropriate areas for rainfed agriculture in the country, especially in Urmia Lake basin. Principal component analysis (PCA), K-Means and Ward have been already used to assess climate regionalization in different regions such as Spain (Diaz and Rodrigo, 2004), Greece (Kitsara et al, 2005), central-northeastern region of Mexico (Pineda-Martinez et al, 2007), Luanhe basin (Hassan and Ping, 2012) and Iberian Peninsula (Parracho et al, 2015). This study was, thus, intended to study the regionalization of the eastern part of Urmia Lake basin on the basis of the precipitation and yield of rainfed wheat using PCA, K-Means and Ward methods. To that end, the maps were drawn in the GIS environment and three methods of clustering were compared. Finally, using the clustering of precipitation and rainfed yield, wheat cultivability was investigated in the eastern part of Urmia Lake. To that end, the daily rainfall dataset of 26 rain gauge stations were used and the yield of rainfed wheat was considered during the period. Then, PCA, K-Means and Ward clustering were performed and the results were compiled. The homogenousity of the resulting clusters were analyzed by H and S statistical tests and homogeneous clusters were drawn in the GIS environment. The analytical factor coefficients to the main components, through K-Means clustering method, showed that the clusters point of view, precipitation and rainfed yield were more consistent and the results were close to each other.
    Keywords: Clustering, Precipitation, Regionalization, Rainfed yield}
  • پروا محمدی *، احمد فاخری فرد

    با توجه به اهمیت بارش و کمبود منابع آب، تحلیل مکانی بارش های روزانه توام با فواصل زمانی مربوطه، یکی از ضروریات می باشد. هدف این مطالعه، معرفی یک شاخص برای شناسایی مناطق مستعد از نظر توان دیم کاری، با استفاده از داده های توام بارش و فواصل زمانی آن ها در شرق حوضه دریاچه ارومیه می باشد. با استفاده از مقدار بارش و فواصل زمانی آن، در دوره آماری سال 1370 تا 1392 شاخص توزیع زمانی بارش برای 23 ایستگاه محاسبه شد. برای خوشه بندی شاخص توزیع زمانی بارش، روش های K-Means و وارد به کار گرفته شد. آزمون همگنی خوشه های به دست آمده از طریق روش آماره H انجام گرفت. مقایسه نواحی همگن حاصل از خوشه بندی با دو روش ذکرشده با توزیع مکانی خطوط هم شاخص نشان داد که روش K-Means نواحی همگن را بهتر از روش وارد تفکیک کرد. بخش های جنوبی، مرکزی، شمال شرقی و جنوب غربی ناحیه مورد مطالعه توانایی کشت دیم بیشتری را نسبت به سایر مناطق در شرق دریاچه ارومیه دارند.

    کلید واژگان: شاخص توزیع زمانی بارش, بارش, پهنه بندی, خوشه بندی}
    Parva Mohammadi, Ahmad Fakherifard

    Considering the importance of precipitation and scarcity of water resources, spatial analysis of daily rainfall together with corresponding time intervals is one of the requirements. Among the atmospheric factors affecting the rainfed farming, precipitation is the most important factor in numerous studies about the rainfed cultivation. In order to reduce the destruction threat of water resources and resolve the future’s food needs of the people, the importance of rainfed agriculture would be inevitable. In this regard, one of the effective measurements that can be done to find rainy areas with the possibility of rainfed cultivation. The greatest water consumption is corresponding to the agricultural sector. According to the water crisis in the country, decline in the groundwater levels and the importance of agriculture in job creation, the water resource management is essential. Therefore, it will have a value of higher management to determine for the fertile lands in the current situation. Despite the reduction in rainfall, it is also necessary to analytically study the rainfed and determine the fertile lands in the country, especially in the Urmia Lake basin. This study aimed to introduce an index for identification of the suitable areas from the viewpoint of rainfed ability, by using daily rainfall in corresponding with the time intervals for each year in the east part of the Urmia Lake basin. First a program is written in Fortran, using the rainfall data, the proportion of rainfall intervals is determined, then the Fortran program is developed for this propose, based on the concept of the temporal intensity precipitation and their related mechanistic, an index is defined which is the main outcome of the Fortran programming. The index was a criterion for analysis and disintegration of the rainfed quantity. The idea of introducing an index is based on the ratio of rainfall to the interval corresponding. If the ratio quantity was high, it represents the water supply, in other words, the rainfed capability will be great which can play the role of an index rating. In this index, the rainfall depth has positive role and intervals have negative role in the assessment. When the index amount is high, the rainfed capability will increase. Because the amount of precipitation must be bigger (which is the sign of the large amount of rainfall or the smaller interval time) an increase in the amount of rainfall would be followed, or in compound, causes an increase in the proportion, which shows the increase of rainfed ability. The statistical period was 1992-2014 for 23 rainfall stations. The index values were calculated for each year of all stations. Clustering is one of the most useful classification methods. In the cluster analysis, one attempts to actual observations of each cluster, which have the most similarity in terms of variables together. In this study, the clustering methods of the K-Means and Ward were carried out to deline the homogeneous regions based on the developed index values. Clustering in the rainfall stations was considered as a variable, the correlation matrix 23 * 23, where 23 is related to the number of the years stations used. The homogeneity of the clusters were checked through the H-Statistics method and the homogeneous clusters were shown in the GIS environment. In order to use the K- Means method, the whole study area was considered as two clusters and the results of the H-Statistics homogeneity test showed that the two clusters are homogeneous. The first cluster has a mild homogeneity while the second one is completely homogeneous. In the clustering index using the Ward method, the study area was divided into two clusters. The observation of thehomogeneous clusters with the H-Statistics homogeneity test showed that the both clusters are mild homogeneous. On the other hand, from the viewpoint of spatial variation, Iso-Index lines were drawn over the study area. Identifing the rainy areas was conducted by examining the lines of these areas w are suitable for the rainfed agriculture and have a better temporal rainfall distribution. The comparison of two maps regionalization with two methods and the Iso-Index lines show that the regionalization by K- means method, the first part of this regionalization with Iso-Index lines have the same incremental direction, that suggests more rain stations in this area in comparison with the second area. The second cluster of homogeneous region was obtained using the Ward method, having similarity with Iso-Index only in the limited stations. The comparison of the regions resulted from clustering methods with the spatial distribution of the Iso-Index lines over the study area implied that the K-Means method isolated the regions better than the Ward method. The results show that the south, northeast, northwest and the center parts of the study area were more eligible for the rainfed agriculture than the other parts. These areas, regarding to agriculture, temporal distribution of precipitation and richness of groundwater, are better.

    Keywords: Clustering, Homogeneity Test, Rainfed, Spatial Distribution}
  • فرشید کریمی، محمد جواد منعم *، سید مهدی هاشمی شاهدانی
    مشکل کمبود آب و محدود بودن منابع تامین آب، اهمیت بهره برداری بهینه از آب را در شبکه های آبیاری بیشتر از گذشته نمایان ساخته است. در اکثر مطالعات انجام شده راه کارهای بهبود عملکرد در یک شبکه و به صورت موردی برای شبکه ها بیان شده اند و نتایج به صورت عام بین شبکه ها به اشتراک گذاشته نشده است. این تحقیق، در گام اول به دسته بندی شبکه های آبیاری کشور بر اساس مشکلات سازه های کنترل و تنظیم سطح آب در کانال های اصلی پرداخته و در ادامه اقدام به ارایه راهکارهای مشترک بهبود عملکرد پرداخته است. برای دسته بندی شبکه های مشابه کشور از دیدگاه مسایل و مشکلات سازه های کنترل و تنظیم از روش خوشه بندی کلاسیک K-Means استفاده شد. برای این منظور ابتدا معیارهای موثر گردآوری و با تکنیک AHP اولویت بندی شدند. معیارهای با وزن بالای 7 درصد که بهترین نتایج را داشتند، جهت تهیه ماتریس خوشه بندی و ادامه کار استفاده شدند. 32 شبکه کشور در این تحقیق در 7 خوشه دسته بندی شدند. معیارهای وسعت شبکه، قدمت و ظرفیت و تعداد سازه ها تاثیرگذارترین عوامل در ایجاد خوشه ها بودند. 38 پرسشنامه از شبکه ها از کمیته ملی آبیاری و زهکشی دریافت و در تجزیه و تحلیل بکار گرفته شد. پس از بررسی پرسشنامه ها، مشکلات مشترک بین شبکه های واقع در هر خوشه مشخص شدند. بیش ترین مشکلات مشترک بین همه شبکه ها، آسیب های ضمن بهره برداری، نیاز به مرمت یا بازسازی، رسیدگی پی در پی و دست کاری مصرف کنندگان عنوان شده اند. در ادامه راهکارهای مشترک برای برطرف نمودن مشکلات مذکور و به-تفکیک هر خوشه ارایه گردید.
    کلید واژگان: شبکه آبیاری, خوشه بندی, راهکار بهبود عملکرد, سازه های تنظیم}
    Farshid Karimi, Mohammad Javad Monem *, Seied Mehdy Hashemy Shahdany
    Water shortage and limited water resources, reveals the importance of optimum utilization of irrigation water networks more than ever. In most of the previous studies performance improvement options are given based on individual networks condition, without considerations of providing common solutions for other networks. In this study similar Iranian irrigation networks are classified in different clusters based on the problems of control structures in the main canals, and common improvement options are given. The classical K-Mean clustering method is used for classification. For this purpose the criterion are analysed using AHP technique. The criterion with more than 7 percent rankings are selected for clustering. The most important criterion are network’s covered area, age and capacity of the networks, and No. of structures. 32 of Iranian irrigation networks are clustered in 7 clusters. 38 questionaires collected by Iranian National Committee of Irrigation and Drainage were analysed. The common problems of the networks were determined for each cluster. The most common problems are determined to be operational deficiencies, repairmen requirements, and farmers intervention and manipulation in operation. The common improvement options to resolve the identified problems for each cluster are given.
    Keywords: irrigation network, classic clustering, Common problems, regulated, control of structures}
  • ویدا منتخبی کلجاهی *، علی اصغر جعفرزاده، شاهین اوستان، فرزین شهبازی، رضا عربی بلاغی
    در این تحقیق کارایی فاصله تاکسنومیک و خوشه بندی برای پی بردن به میزان همبستگی و ارتباط خاک های آهکی، گچی و شور مناطق نیمه خشک و خشک آذر بایجان شرقی بر اساس سیستم های رده بندی خاک آمریکایی (Soil Taxonomy) و مرجع جهانی (World Reference Base) مطالعه شده است. فاصله تاکسنومیکی با استفاده از نرم افزار R و Numerical Taxonomy با کاربرد نرم افزار Excel و خوشه بندی بوسیله نرم افزارهای R و SPSS محاسبه و ارتباط آنها در دو سیستم بررسی گردید. سپس، ضمن استفاده از میانگین داده های کمی فیزیکوشیمیایی، نتایج حاصل از محاسبات و خوشه بندی با همدیگر و نیز با نظر متخصصین مقایسه شد، که همبستگی کمی خوبی بین سالیدها با سالونچاک ها و سالونتزها، جیپسیدها با جیپسی سول ها، آرجیدها با لووی سول ها، زرپت ها با کلسی و جیپسی سول ها وجود داشت. نتایج حاصل از چهار روش تقریبا با همدیگر هماهنگ و شبیه بوده، اما استفاده از هر یک محدودیت ها و مهارت های خاص خود را دارا می باشد. روش مفهومی بر اساس خصوصیات کیفی بارز خاک ها (فاکتورها یا فرآیندهای تشکیل خاک، افق های مشخصه و در کل خصوصیات مورفولوژیکی بارز خاک های آهکی، گچی و شور) و کددهی آنها بوده که برای دقیق بودن این روش اطلاعات و مهارت کافی و تخصصی ضروری است. در روش های سنتروئیدی تاکسنومی عددی و خوشه بندی، داده های کمی حاصل از آزمایشات فیزیکوشیمیایی استفاده شده و نتایج این روش ها بیشتر قابل اعتماد می باشد. آسان ترین روش استفاده از نرم افزار تاکسنومی عددی بوده که با گزینه های ساده و بدون هیچگونه برنامه نویسی، ماتریس تشکیل داده و ضمن نرمال کردن داده ها، بر مبنای معادله ماهالانوبیس فاصله تاکسنومیکی را به سادگی در دسترس قرار می دهد. در کل این ابزارها و محاسبات برای یافتن ارتباط بین خاک ها در سیستم های مختلف رده بندی مفید بوده و از نظر کمی یافته های عددی برای ارتباط دادن و همبستگی کل آن ها در سیستم های رده بندی مخصوصا ST وWRB که در ایران پرکاربرد هستند توصیه می شود.
    کلید واژگان: تاکسنومی عددی, خوشه بندی, رده بندی, فاصله تاکسنومیک, نرم افزار R}
    V Montakhabi Kalajahi *, AA Jafarzadeh, SH Oustan, F Shahbazi, R Arabi
    In this research work taxonomic distance and clustering performance for understanding of relation and correlation between calcareous, gypsiferous and saline soils of East Azerbaijan semi-arid and arid regions were studied based on soil taxonomy (ST) and world reference base (WRB) systems. The taxonomic distance by R software and Numerical Taxonomy in Excel and clustering using R and SPSS softwares were calculated and their relationship in two systems was investigated. Then using the average amount of physicochemical quantitative data, the results of calculation and clustering compared with each other and so with opinion of the experts, that there was a good quantitative correlation between salids and salonchaks, salonetz, gypsids and gypsisols, argids and luvisols, xerepts and calcisols and gypsisols. The obtained results of four methods were almost similar and identical with each other, but use of each one had its own limits and skills. The conceptual method was based on the dominant qualitative identifiers (soil-forming factors or processes, diagnostic horizons and in general dominant morphological properties of calcareous, gypsiferous and saline soils) and coding of them, that sufficient information or knowledge and skills are necessary to achieve a good accuracy in this method. The quantitative physicochemical data were used in the centroid-based approaches numerical taxonomy and clustering and results of these methods are more reliable. The easiest method was Numerical Taxonomy, which with simple options and without any programing, forms matrix and by normalizing data, the Mahalanubis equation makes the taxonomic distance easily available. In general, these tools and calculations are useful for finding the relationship between soils in different classification systems, and quantitatively numerical findings for their correlation and association in classification systems, especially ST and WRB, which are widely used in Iran are recommended.
    Keywords: Classification, clustering, Numerical Taxonomy, R studio software, Taxonomic distance}
  • ابراهیم ابراهیمی، محمد ابراهیم بنی حبیب، عباس روزبهانی *
    پیش بینی سطح آب زیرزمینی، نقش مهمی در مدیریت منابع آب زیرزمینی دارد. در این پژوهش، با استفاده از شبکه های بیزین پویای احتمالاتی و در نظر گرفتن 10 رویکرد پیش بینی ماهانه، با استفاده از داده های واسنجی 12 سال آبی، سطح ایستابی آبخوان بیرجند، در یک دوره آبی 5 ساله و در دو رویکرد صریح (پیوسته) و خوشه بندی (دسته بندی) صحت سنجی و پیش بینی شد. در رویکرد پیش بینی صریح، از داده های صریح ماهانه استفاده و در رویکرد خوشه بندی با استفاده از شاخص عرض سیلهوت تعداد خوشه های بهینه تعیین و با خوشه بندی داده ها، از داده های خوشه بندی شده برای آموزش مدل بیزین استفاده و پیش بینی مدل با استفاده از داده های خوشه بندی انجام شد. با اعمال واسنجی در مدل بیزین و بررسی نتایج سناریوهای تحلیل حساسیت مختلف، کارایی بالای شبکه های بیزین پویا به ویژه در رویکرد صریح، مشاهده شد. با بررسی 10 رویکرد تحلیل حساسیت اعمال شده برای پیش بینی سطح ایستابی آبخوان، مشاهده شد که از بین عوامل پیش بینی کننده، پارامتر سطح آب زیرزمینی در ماه فعلی اثرگذاری بالایی را در افزایش دقت مدل برای پیش بینی سطح ایستابی آبخوان ماه بعدی دارد؛ به گونه ای که با حذف این پارامتر در مدل بیزین، ضریب تبیین از 9925/0 به 0004/0 کاهش یافت و میانگین مجذور مربعات خطا نیز از 2654/0 به 9709/0متر افزایش یافت. همچنین بالاترین ضریب تبیین در بین سناریوهای پیش بینی 995/0 است.
    کلید واژگان: تحلیل حساسیت, تئوری بیز, خوشه بندی, مدیریت آب زیرزمینی}
    Ebrahim Ebrahimi, Mohammad Ebrahim Banihabib, Abbas Roozbahani *
    The aquifers are about four percent of the water on the earth, but they are considered as the best and most accessible source of fresh water. In recent years, they have been faced with severe water withdrawal, therefore some plains was considered as forbidden plains that it means the water withdrawal from these aquifers is unauthorized. At some point, plains have been faced with land subsidence that showed the severity of the disaster. Given such a critical situation in aquifers, management of groundwater resources in the form of tools such as monitoring the level of the aquifers is essential. One of the plains in Iran that has a critical groundwater resource is Birjand plain which requires management measures to be protected from future water resources crisis. Prediction of groundwater level in future periods is a useful tool to enforce management measures before a crisis occurs. Thus, in this study, groundwater level was predicted in Birjand aquifer taking 10 monthly forecasting scenarios in a period of 5 years and in both crisp (continues) and clustering approaches using probabilistic Dynamic Bayesian Networks (DBNs). Nowadays, various tools are used to predict the aquifer level including mathematical models, artificial neural network, neuro-fuzzy, Bayesian networks, and time series and so on. In recent years, due to the flexible and simple structure, Bayesian networks have been used for predictions of different parameters, especially in forecasting of hydrological parameters. Bayesian network as a modern forecasting probabilistic method shows probabilistic relationships between a set of variables by graphical model. It represents the dependence structure among several factors, that affecting on each other, and is based on Bayesian theory. Dynamic Bayesian Networks have been extended from Bayesian Networks which are created for two
    purposes
    first, as the cycle of dependency detector over the time, quite similar to Markov model; second, as the fixed process which is repeated in fixed-time interval. Another feature of Dynamic Bayesian network is their willingness to approximately structured changing. In this study, the input data (predictor parameters) of the model includes: temperature, rain, evaporation, monthly aquifer recharge in each Thiessen Polygon (Recharge), monthly withdrawals of groundwater in each aquifer Thiessen Polygon (discharge), groundwater levels in the current month and the groundwater level in the next month (predicted parameter). The first step in modeling by the dynamic Bayesian network is determining the dependent and independent data for calibration and validation. Model calibration data in both crisp and clustering approach include a 12-year period (1998 to 2009) and data validation include 5-year period (2010 to 2014), in monthly time step. Depending on the type of input data, both crisp and clustering approach was used. In the crisp approach, the probability functions were used and the predicted data were obtained by using the training data. In the clustering approach, by assigning each of the numbers to the right cluster, the modeling was done. A cluster is collection of objects that their relative distance to each other is low and relative to other members is high. In the first approach by using crisp data and NPC training structure in confidence level of 5%, the training was applied. In the second approach, the Silhouette index was calculated by using MATLAB software and by using the validation Silhouette index, and then, the number of clusters was determined. Finally, the clustering was performed by using k average method. Then, training was done in the second approach, using clustered data and NPC training structure in confidence level of 5%. Considering 10 different scenarios to predict groundwater level in the next month, the uncertainty of predicted parameters in both crisp and clustering approach were assessed. In fact, using these scenarios, sensitivity analysis was performed to check the accuracy of the model with respect to the existence or absence of different predictor parameters. In addition, the uncertainty of the model output is evaluated using dynamic Bayesian network probabilistic analysis. The results of the selected scenario in crisp approach showed the high prediction accuracy of Bayesian networks. For example, in piezometers 4 and 9, the coefficient of determination was estimated about 0.98. According to the results, crisp dynamic Bayesian networks approach predicted hydrograph aquifer more accurate than clustering approach. Due to the low efficiency of clustering approach in predicting groundwater hydrograph, to obtain the accuracy of 10 scenarios predictions in this approach, instead of coefficient of determination (R^2) and root-mean-square error (RMSE), the percentage of correct predicted clusters was determined. According to the results, the clustering approach predicts clusters with high accuracy for different piezometers. The scenario 6 had the best prediction which all predictor parameters except evaporation were used for the prediction. In this scenario, R^2 and RMSE were showed good accuracy as 0.9946 and 0.1275, respectively. The other scenarios had also the accuracy in their predictions very close to scenario 6, except scenario 9 which the groundwater levels were not used as input. Thus, in the crisp approach, the groundwater levels have a substantial impact on the accuracy of the prediction. Generally, in crisp approach, all predictor scenarios have acceptable accuracy of over than 90% except scenario 9. In clustering approach, by examining the accuracy of the scenarios in predicting clusters, most scenarios were accurate except scenario 9. Dynamic Bayesian Network model in clustering approach correctly predicted clusters but, unlike the crisp approach in predicting hydrograph, it was not able to present acceptable results. The results showed the ability of the proposed model in planning and management of groundwater resources, reducing the risk of aquifer level declining by applying short term management scenarios and predict its effects on rehabilitation. Moreover, this model can be used in the similar plains for aquifer management.
    Keywords: Bayes' Theorem, Clustering , Groundwater management, Sensitivity analysis}
  • پریسا نوربه، عباس روزبهانی، حمید کاردان مقدم

    در طی چند دهه اخیر در کشور، روند کاهش رواناب مشاهده می شود بطوری که بسیاری از مخازن سدها در دوره های نرمال نیز با بحران تامین آب مواجه هستند که عمدتا به دلیل برداشت های بی رویه، عدم مدیریت عرضه و تقاضا و خشکسالی می باشد. در این پژوهش جهت پیش بینی رواناب ورودی به سد زاینده رود با رویکرد احتمالاتی شبکه ی بیزین 5 سناریوی کلی طرح ریزی شده که براساس آن، رواناب بصورت صریح عددی (یک سناریو)، بازه ای (یک سناریو) و پیش بینی دوره های ترسالی و خشکسالی هیدرولوژیکی (سه سناریو) پیش بینی شده است. بدین منظور پارامترهای بارش، رواناب، برف و حجم آب انتقالی از تونل های انتقال آب به عنوان ورودی به مدل و رواناب ورودی به سد زاینده رود به عنوان پیش بینی شونده لحاظ شده اند که جهت یافتن بهترین ساختار شبکه در این سناریوها الگوهای مختلفی برای ورود این پارامترها به مدل تعریف شده. نتایج مدلسازی شبکه بیزین نشان داد که سناریوی تعریف شده برای پیش بینی رواناب ورودی به صورت صریح عددی توانایی خوبی در پیش بینی داشته بطوری که در الگوی منتخب ضریب همبستگی بین داده های مشاهداتی و پیش بینی شده 78/0 بوده است. هم چنین از بین سناریوهای پیش بینی دوره های ترسالی و خشکسالی هیدرولوژیکی که در آن تقسیم بندی رواناب براساس شاخص SDI و میانگین درازمدت و تقسیم بندی سایر پارامترها با خوشه بندی انجام شده است، در الگوی برتر قادر به پیش بینی با دقت 75 درصد می باشد اما مدل پیش بینی بازه ای رواناب دقت خوبی در پیش بینی نداشته است. بهره گیری از این نتایج امکان برنامه ریزی منابع آب را جهت تخصیص بهینه توسط متولیان آب این منطقه فراهم خواهد نمود.

    کلید واژگان: پیش بینی رواناب, خوشه بندی, سد زاینده رود, شاخص SDI, شبکه ی بیزین}
    Parisa Noorbeh, Abbas Roozbahani, Hamid Kardan Moghaddam
    Introduction

    During the last decades, runoff decreasing is observed in our country as many dam reservoirs face water supply crisis even in normal periods. This decreasing trend is mainly due to the uncontrolled withdrawals, lack of supply and demand management as well as droughts. Using different flow prediction methods for surface water resources state analysis is important in water resources planning aspects. These methods can provide the possibility of planning for proper operation by using different factors to meet the needs of the region. Due to the stochastic nature of the hydrological processes, various models are used for prediction. Among these models, Bayesian Networks (BNs) probabilistic model has been considered by many researchers in recent years and it has shown the efficiency on these issues. Due to the growth of demand in different sectors and crises caused by drought of the water supply system that has put the basin under water stress, the water shortage has appeared in different sectors. Regarding to the strategic situation of Zayandeh Rood Dam in providing water resources for tap water, industry, agriculture and environmental water rights in Gavkhooni basin, this research presents the development of a model for prediction of Zayandeh Rood Dam annual inflow and hydrological wet and dry periods. Since the uncertainty of the predictions increase when the prediction horizon increases, this factor is the most important challenge of long-term prediction. Using Bayesian Network with reducing this uncertainty, provides the possibility of planning for water resources management, especially for optimal water allocation.

    Materials And Methods

    In this study for prediction of zayandeh Rood dam inflow five scenarios were defined by applying Bayesian Network Probabilistic approach. According to this, prediction of numerical annual dam inflow (scenario1), annual wet and dry hydrological periods (scenario 2, 3, 4) and range of annual inflow (scenario 5) were performed. For this purpose rainfall, runoff, snow, and discharge of transferred water to the basin from the first and the second tunnel of koohrang and Cheshmeh Langan tunnel were considered as predictor variables and the amount of Zayandeh Rood Dam inflow was selected as predictant for modeling and different conditions of input variable’s learning have been analyzed considering different patterns. Calibration and validation of the model have been done based on observed annual inflow data and the relevant predictors in scenario 1, by using SDI Hydrological drought index and long-term average of inflow to classify the runoff and clustering the other parameters in scenario 2, 3 and 4 and with classification of annual inflow data and other parameters by using clustering in scenario 5. To achieve this target, K-means method has been used for clustering and Davies-Bouldin and Silhouette Width has been used to determine optimal number of clusters.

    Results And Discussion

    The results of Bayesian Network modeling showed that the scenario 1 has a good potential to predict the dam inflow so that the best pattern of this scenario (considering discharge of first tunnel of Koohrang and Cheshmeh Langan tunnel, Zayandeh Rood natural inflow and rainfall with two years lag time as predictor variables), has had a correlation coefficient of 0.78 between observed and predicted dam inflow and relative error of 0.21 which shows an acceptable accuracy in prediction. Among scenarios 2, 3 and 4 for prediction of wet and dry hydrological periods, scenario 2 in which classification of runoff has been based on the long-term average, in the best pattern (with dam inflow with one-year lag predictor), is able to be predicted up to 75% accuracy. The analysis of the results showed that the scenario 5 is not very accurate in prediction of dam inflow’s range.

    Conclusions

    The results showed that the Bayesian Network model has a good efficiency to predict annual dam inflow numerically as well as hydrological dry and wet periods. Obtained results from prediction of hydrological dry and wet periods will be effective in better planning of water resources in order to considering possible ways of drought effect reduction. The overall results provide the possibility of water resources planning for the water authorities of this region. Systematic planning leads to optimal use of water and soil resources and helps considerably to analyze and modify the policy or rule curve of this dam for allocating water to downstream especially for agriculture and environment and industry sectors.

    Keywords: Bayesian Networks, Clustering, Runoff Prediction, SDI index, Zayandeh Rood Dam}
  • پروا محمدی *، احمد فاخری فرد، یعقوب دین پژوه، اسماعیل اسدی

    برای کاهش نابودی منابع آبی و در عین حال رفع نیازهای غذایی آینده مردم، جایگزینی کشت دیم به جای اراضی آبی اجتناب ناپذیر خواهد بود. با توجه به اهمیت بخش کشاورزی، تعیین شاخص هایی جهت شناسایی مناطق حاصل خیز برای کشت گندم دیم، ضروری به نظر می رسد. بدین منظور برای ارزیابی عملکرد دیم منطقه شرق دریاچه ارومیه با استفاده از مقدار عمق آبیاری، دور آبیاری، نسبت بارش به فواصل زمانی و مقدار بارش، شاخص های نسبت فاصله و نسبت فاصله جزیی جهت شناسایی مناطق مستعد عملکرد دیم معرفی شد. خوشه بندی شاخص های تعیین شده و عملکرد دیم با روش K-means صورت گرفت که پهنه بندی منطقه شرق دریاچه ارومیه با خوشه های به دست آمده برای شاخص ها در محیط GIS انجام گردید. نتایج پهنه بندی نشان داد که از بین دو شاخص معرفی شده، شاخص نسبت فاصله جزیی با واقعیت منطقه یعنی عملکرد دیم منطقه هم خوانی بیشتری دارد. بنابراین این شاخص برای ارزیابی مناطق دیم، انتخاب شد. برای شناسایی مناطق حاصل خیز دیم منطقه از خطوط هم عملکرد و هم شاخص (شاخص نسبت فاصله جزیی) استفاده گردید. نتایج نشان داد در نواحی شمال غربی و مرکزی منطقه مورد مطالعه، میزان عملکرد و میزان شاخص نسبت فاصله جزیی افزایش می یابد که بیان گر پتانسیل دیم در این نواحی می باشد. بنابراین مناطق مستعد دیم منطقه مورد مطالعه، با این شاخص معرفی شده نواحی مرکزی و شمال غربی است.

    کلید واژگان: پهنه بندی, خوشه بندی, دیم, شرق دریاچه ارومیه, عملکرد}
    P. Mohammadi *, A. Fakheri Fard, Y. Dinpazhoh, E. Asadi

    For reducing the destruction of water resources and for resolving the future populations, needs for food, the replacement of rainfed farming instead of water farming will be inevitable. According to the importance of the agricultural sector, determining indices to identify the fertile lands for cultivation of rainfed wheat is essential. For this purpose, to evaluate the yield of rainfed crop at the East part of Lake Urmia, two indices Interval Ratio and Partial Interval Ratio, for identification of the eligible areas for rainfed farming, were introduced using irrigation depth, irrigationintervals, and daily rainfall in corresponding with the time intervals. Clustering of the indices and yield of rainfed area were done with a K-means method. Regionalization of the obtained clusters for the yield and indices were done in GIS environment. Results of the regionalization showed that between the two introduced indices the Partial Interval Ratio index has the more compatibility to region reality, So the Partial Interval Ratio index selected for evaluating the rainfed regions. To identify the fertile rainfed regions of crop yield, the isoline of the yield of rainfed and index (Partial Interval Ratio index) was used. The results showed that in the northwest and central parts of the studied area the yield and Partial Interval Ratio index were increased, which indicated the good potential of rainfed farming in these areas. Therefor the fertile regions based on the introduced index were at the central and northwest parts of the studied area.

    Keywords: Clustering, East part of Urmia Lake, Rainfed, Regionalization, Yield}
  • جعفر نیکبخت*، سمانه نوری
    هدف از پژوهش حاضر خوشه بندی چاهک های مشاهده ای آبخوان دشت مراغه (آذربایجان شرقی) و پیش بینی تراز آب زیرزمینی به کمک شبکه های عصبی مصنوعی بود. ابتدا با کمک روش خوشه بندی سلسله مراتبی-WARD 20 چاهک مشاهده ای محدوده دشت مراغه با طول دوره آماری بیش از 15 سال خوشه بندی شد. سپس یک خوشه با 3 زیرخوشه همگن انتخاب و نماینده هر زیرخوشه تعیین شد. با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی با ساختار پرسپترون چند لایه با الگوریتم پس انتشار خطا، تراز آب زیرزمینی نماینده هر زیرخوشه شبیه سازی گردید. نتایج نشان داد که در نظر گرفتن داده های دمای هوا به عنوان ورودی در شبکه های عصبی مصنوعی موجب اغتشاش شبکه و در نظر گرفتن تاخیر زمانی برای پارامترهای ورودی، باعث تخمین دقیق تر مقادیر سطح آب زیرزمینی شد. بر اساس نتایج، کمترین و بیشترین مقدار RMSE حاصل بین مقادیر محاسباتی و مشاهداتی به ترتیب 26/0 و 63/0 متر بود. هم چنین بیشترین و کمترین مقدار R2 به ترتیب 86/0 و 82/0 به دست آمد.
    کلید واژگان: پیش بینی, تراز آب زیرزمینی, خوشه بندی, سلسله مراتبی-WARD, شبکه های عصبی مصنوعی}
    J. Nikbakht *, S. Nouri
    The purpose of this study was to cluster the observation well networks in Marageh Plain in East Azarbaijan and to predict the groundwater level by artificial neural networks. Primarily, by Hierarchical WARD clustering method, 20 observation wells of Maragheh Plain with over 15 years data period were clustered. Then, a cluster with 3 homogenous subclusters was selected and the representative of each subcluster was determined. Artificial neural networks with a multilayer perceptron structure utilizing back-propagation algorithm was used to simulate the representative groundwater level of each subcluster. The results indicated considering monthly temperature data as input for the artificial neural networks caused disorder of the network while considering lag time for the input data increased the accuracy of the estimated groundwater levels. Based on the results, the minimum and maximum RMSE between the observed and calculated values were 0.26 m and 0.63 m, respectively. Also the Maximum and minimum quantities of R2 were 0.86 and 0.82, respectively.
    Keywords: Artificial neural networks, clustering, Forecasting, Groundwater level, Hierarchical-WARD}
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال