Skip to main content
SUPERVISOR
Nader Fathianpour,Mortaza Tabaei
نادر فتحیان پور (استاد راهنما) مرتضی طبایی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamid Valipoori Goodarzi
حمید ولی پوری گودرزی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده معدن
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Comparing the performance of predicting nitrate concentration in Arak alluvial groundwater aquifer using Fuzzy logic, Support Vector Regression (SVR) and geostatistical spatio-temporal methods
Agriculture is the main non-point polluter source of groundwater in irrigated areas where fertilizers and other agrochemicals are the main contaminants in the water that drains out of the root zone to recharge the aquifer. Generally, the nitrate concentrations occur from fertilizers that are dissolved in percolation losses in farmlands. The concentration of nitrates in the percolated water depends on distributed water availability and nitrogen balances over the region. Its concentration in the groundwater depends on the total recharge, pollution loading, groundwater flow and solute traort within the aquifer. In this study, we compare the performance of predicting nitrate distribution in Arak alluvial groundwater resources using Fuzzy logic, geostatistical spatio-temporal and Support Vector Regression (SVR) methods. The available input data were the nitrate concentration, pH, electrical conductivity, total dissolved solids, total coli-form, BOD and COD measured on 40 groundwater samples taken from spatially distributed wells at every season during autumn 1385 to summer 1386. In order to evaluate and validate the output predicted data produced by aforementioned methods, all wells were re-sampled in summer 1391. In the first step, the nitrate concentrations in the aquifer were predicted as a function of input variables using SVR and Fuzzy logic methods. The predicted output results from SVR method gave rise to 65% correlation with observed values whereas this measure amounts to just 50% for Fuzzy logic method. Employing geostatistical spatio-temporal improved the prediction accuracy amounting to more than 93% correlation between observed and predicted values. As is seen from prediction results obtained using geostatistical spatio-temporal method, the variation of nitrate concentrations ranges from local to regional scales depending on seasonal rainfall variations. In addition, the spatial variation of nitrate contamination plume moves to the East and South of the plain, which coincides with the measured values in summer 1391. Finally, the prediction results reveal the existence of high nitrate concentrations and other pollutants such as TDS and EC suggesting urgent attention and action of authorities to the issue of rapid contaminant development at Arak alluvial aquifer.
نیترات ها مهم‌ترین آلاینده های غیر نقطه‌ای آب های زیرزمینی در اراضی کشاورزی به شمار می روند. نیترات حاصل از مصرف کودها با نفوذ عمقی آب از دست می رود. غلظت نیترات در آب زیرزمینی نیز به میزان نفوذ، میزان آلودگی، سرعت و جهت حرکت آب زیرزمینی و تحرک آن در آب زیرزمینی بستگی دارد. در این تحقیق، با به کارگیری روش‌های فازی و رگرسیون بردار پشتیبان و زمین آماری مکانی-زمانی، الگوی پراکندگی نیترات در آب زیرزمینی دشت اراک واقع در استان مرکزی ارزیابی شده است. اطلاعات موجود نتایج نمونه گیری از 40 چاه آب منتخب موجود در سطح دشت و به مدت 4 بار در فصول مختلف سال از پاییز 1385 تا تابستان 1386 بوده است و میزان نیترات، pH، هدایت الکتریکی، کل جامدات محلول، فلزات سنگین، آهن، کلیفرم کل، BODو COD نمونه ها تعیین گردیده و در تابستان 1391 نیز به منظور صحت سنجی نتایج مدلسازی مجدداً اقدام به نمونه گیری از همان چاه‌ها شده است. در ابتدا با استفاده از داده‌های میزان بارندگی دشت اراک و نوع کشت کشاورزی، هدایت الکتریکی، دما، pH، اکسیژن محلول، کل مواد جامد محلول و سطح آب زیرزمینی(WL)‌ و با استفاده از مختصات چاه‌ها، مدل غلظت نیترات در آبخوان دشت اراک به عنوان تابعی از متغیرهای ورودی فوق به روش‌های رگرسیون بردار پشتیبان و فازی به دست آمد. سپس از روش زمین آماری مکانی-زمانی به منظور تخمین مکانی-زمانی آلودگی نیترات در سطح دشت اراک استفاده شد. نتایج نشان می‌دهد که تخمین‌های بدست آمده از روش زمین آماری مکانی-زمانی با بیش از 93 درصد همبستگی در مقایسه با روش SVR با 65 درصد همبستگی و فازی با حدود 50 درصد همبستگی بین مقادیر پیش بینی شده با مقادیر مشاهده‌ای از انطباق بهتری با واقعیت‌های مشاهده‌ای برخوردار بوده و از این مدل می‌توان در تخمین غلظت نیترات در آبخوان دشت اراک استفاده نمود. با استفاده از نتایج مدل سازی و انجام پیش بینی در دشت مشخص شد که غلظت نیترات در فصول پس از بارندگی از حالت منطقه ای به کل آبخوان گسترش یافته و هم چنین هاله آلودگی به سمت شرق و جنوب حرکت کرده و بر وسعت آن افزوده شده است. نتایج نمونه برداری های انجام شده در دشت در تابستان 1391 نیز صحت نتایج مدلسازی را تأیید نموده و با توجه به بالا بودن غلظت نیترات و برخی آلاینده های دیگر نظیر TDS و EC لزوم توجه بیشتر به وضعیت آلودگی آبخوان را آشکار می نماید.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی