ارزیابی چند مدل هوش مصنوعی برای پیش‌بینی کیفیت آب زیرزمینی (مطالعۀ موردی: دشت گرو)

نویسندگان

  • جانی زاده, سعید مهندسی ابخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی دانشگاه تربیت مدرس تهراان
  • نوحه گر, احمد گروه برنامه ریزی مدیریت و آموزش محیط زیست، دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران
چکیده مقاله:

Introduction Today, a significant portion of the water consumption in Iran, especially in the drinking sector, is provided by water resources. Exploitation of groundwater resources requires knowledge of the quantitative and qualitative status of aquifers. By determining the chemical quality of groundwater, an estimate of the health status of these water resources can be obtained and, depending on its state, the type of use is determined. In this regard, direct and indirect methods can be used to understand the qualitative characteristics of water. Direct methods, despite their high precision, require a high size of observational data, involves substantial time and cost. Hence, numerous indirect methods have been developed for simulating natural systems and estimating their parameters using a computer based on complex calculations. The main advantage of these methods is the ability to learn time series and prediction. One of these methods is modeling or hydrological simulation. The modeling of groundwater quality is an important tool for planning and decision-making in the management of water resources. The goal of this research is to identify the ability of intelligent model of Support Vector Machines (SVM), Artificial Neural Network (ANN), and Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) for modeling groundwater quality variables (EC, SAR, TDS, and TH) in Gero plain and zoning these variables. Therefore, it can provide an appropriate management tool for controlling quality parameters for drinking and farming. Material and methods In this study, data from 14 wells over the 2008-2016 period was used in order to model the variations in quality variables of Gero plain groundwater. The observed values for Na, Mg, Ca, SO4, Cl, and HCO3 are considered as independent variables and values of EC, SAR, TDS, and TH are considered as dependent variables. An SVM, an ANN, and an ANFIS design were used to model groundwater quality. Input data are randomly divided into two sets such that 80% of data are assigned to the training set and the remaining data (20%) form the test set. Results Results showed that the ANFIS system had the best performance in the estimation of EC (R2 = 0.99, RMSE=109.13, CE=0.99), SAR (R2 = 0.98, RMSE=0.28, CE=0.98), and TH (R2 = 0.99, RMSE=0.49, CE=0.99) among considered methods for the modeling of groundwater quality. Results also indicated that the ANN had the best performance in estimating TDS (R2 = 0.99, RMSE=109.13, CE=0.99). Furthermore, Schoeller and Wilcox water quality classifications, for drinking and agricultural water, were respectively employed to perform groundwater quality zoning based on outcomes of the considered methods. According to Schoeller classification, TDS has three classes: inappropriate (21.1%), bad (74.59%), and non-dirking (4.31%) and TH variable has four class: good (0.84%), acceptable (23.48%), inappropriate (67.55%), and bad (8.16%). According to Wilcox classification, EC has three classes: excellent (9.41%), good (89.79%), middle (0.8%) and SAR has two classes: excellent (19%) and good (81%). Discussion and Conclusion ANFIS for a better estimation of EC, SAR, and TH variables outperforms two models of ANN and SVM. The ANFIS system, using the if-then rules, describes that these rules are implemented in a network structure that can be used for learning algorithms used in ANN. Due to this structure, the fuzzy-comparative neural network model has more transparency for analysis and interpretation. The zoning of qualitative variables (TDS and TH) based on the classification of Schoeller drinking water showed that in the TDS variable, the groundwater quality has three classes: bad, inappropriate, and non-drinkable, with the most inadequate plain, southeastern plain bad status and the west of the plain has a terrible situation. The TH zoning map presents that the plain is in good, acceptable, inappropriate, and bad classes. The most part of the plain is in the inappropriate class, the west of the plain in the bad class, and the southeast plain is in an acceptable class. The results of zoning the variables EC and SAR based on the Wilcox agricultural classification showed that groundwater quality is acceptable four agricultural purposes. Therefore, it is essential to take measures to improve the quality of drinking water in the region.

برای دانلود باید عضویت طلایی داشته باشید

برای دانلود متن کامل این مقاله و بیش از 32 میلیون مقاله دیگر ابتدا ثبت نام کنید

اگر عضو سایت هستید لطفا وارد حساب کاربری خود شوید

منابع مشابه

ارزیابی کیفیت آب زیرزمینی برای مصارف شرب با استفاده از مدل استنتاج فازی (مطالعۀ موردی: دشت مرودشت)

آب‏های زیرزمینی از منابع مهم بهره‏برداری در مناطق خشک و نیمه‏خشک‌اند. برداشت بی‏رویۀ آب‏های زیرزمینی و افزایش آلودگی‏های زیست‏محیطی، سبب شده که بررسی کیفیت آب‏های زیرزمینی این دشت امری مهم تلقی شود. در مطالعۀ حاضر با توجه به قابلیت‏های روش فازی سعی بر مقایسۀ روش‏های مرسوم قطعی و مدل استنتاج فازی ممدانی شده است. از داده‏های 30 حلقه چاه عمیق و نیمه‏عمیق طی سال آبی 1389ـ 1390 به‏منظور بررسی کیفیت ...

متن کامل

استفاده از روش‌های نوین هوش مصنوعی در بررسی کیفیت منابع آب زیرزمینی (مطالعه موردی: دشت سلماس)

با توجه به تمام پیشرفت­های صورت گرفته در مدیریت منابع آب، معضل بررسی کیفیت آب­های زیرزمینی اصلی­ترین مشکلی است که در اکثر دشت­های ایران مشاهده می­شود. لذا مدیریت و پایش کیفیت منابع آب از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق سعی شد با به­کارگیری دو  مدل RBF و GFF شبکه عصبی مصنوعی به پ...

متن کامل

بررسی کیفیت آب زیرزمینی آبخوان دشت گناباد خراسان رضوی با استفاده از روش های آماری چند متغیره و هوش مصنوعی

با توجه به اهمیت مطالعه آب‌های زیرزمینی در زمینه شرب، صنعت و کشاورزی، بررسی تغییرات کیفی آب می‌تواند برای بشر حائز اهمیت باشد. در این تحقیق داده‌های هیدروشیمیایی اخذ شده از چاه‌های بهره‌برداری دشت گناباد که در جنوب استان خراسان رضوی واقع شده، طی یک دوره 5 ساله (از 85 تا 90) مورد مطالعه قرار گرفته است. روش‌های گرافیکی و همچنین طبقه‌بندی کیفیت آب زیرزمینی نشان می‌دهد که تیپ آب دشت عمدتا سدیک- سول...

متن کامل

ارزیابی کیفیت منابع آب زیرزمینی با استفاده از آنالیزهای چند متغیره (مطالعه موردی: دشت بهبهان)

منابع آب زیرزمینی نقش مهمی در توسعه و پایداری یک سرزمین ایفا می‏کنند. بنابراین در مناطقی که دسترسی به منابع آب سطحی، محدود و بارش‌ها کم و نامنظم می‌باشد، مدیریت کمی و کیفی منابع آب زیرزمینی جزء لاینفک اصول توسعه‌ی پایدار می‌باشد. در این بین یکی از ارکان اصلی مدیریت منابع آبی، ارزیابی خصوصیات کیفی این منابع می‌باشد. در این تحقیق از روش آنالیز مؤلفه‌های اصلی (PCA) جهت تحلیل کیفیت آب زیرزمین دشت ب...

متن کامل

ترکیب روش‌های هوش مصنوعی و زمین‌آمار برای پیش‌بینی زمانی و مکانی سطح آب زیرزمینی دشت هادیشهر

دشت هادیشهر با وسعتی معادل 57/55 کیلومترمربع در شمال غرب استان آذربایجان شرقی واقع شده است. در چند سال اخیر، به دلیل برداشت بی‌رویه از آب­های زیرزمینی این دشت، سطح آب زیرزمینی افت شدیدی پیدا کرده است. لذا به­منظور یافتن راهکارهایی مفید برای مدیریت صحیح منابع آب زیرزمینی، از ترکیب مدل هوش مصنوعی و زمین­آمار برای پیش­بینی زمانی و مکانی سطح آب زیرزمینی استفاده شده است. ابتدا برای مدل­سازی به روش ...

متن کامل

تدوین مدل بهینه ‏سازی فازی برای بهره برداری تلفیقی از آب سطحی و آب زیرزمینی (مطالعۀ موردی: دشت آستانه-کوچصفهان)

در تحقیق حاضر، مدل بهینه‏سازی تماماً فازی با درنظرگرفتن عدم قطعیت‏ها برای برداشت تلفیقی آب سطحی و زیرزمینی برای تأمین نیاز کشاورزی ارائه شده است. تراز آب زیرزمینی دشت آستانه-کوچصفهان با نرم‌افزار GMS شبیه‏سازی و نتایج آن به‌صورت روابط رگرسیونی افت – برداشت به‌عنوان قید مدل بهینه‏سازی استفاده شد. در ادامه، مدل بهینه‏سازی فازی به دو روش کومار و جایالاکیشمی ابتدا به حالت صریح تبدیل شده و با نرم‏افز...

متن کامل

منابع من

با ذخیره ی این منبع در منابع من، دسترسی به آن را برای استفاده های بعدی آسان تر کنید

ذخیره در منابع من قبلا به منابع من ذحیره شده

{@ msg_add @}


عنوان ژورنال

دوره 6  شماره 17

صفحات  27- 42

تاریخ انتشار 2018-03

با دنبال کردن یک ژورنال هنگامی که شماره جدید این ژورنال منتشر می شود به شما از طریق ایمیل اطلاع داده می شود.

کلمات کلیدی

کلمات کلیدی برای این مقاله ارائه نشده است

میزبانی شده توسط پلتفرم ابری doprax.com

copyright © 2015-2023