Skip to main content
SUPERVISOR
Nader Fathianpour,Mortaza Tabaei
نادر فتحيان پور (استاد راهنما) مرتضي طبايي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamid Valipoori Goodarzi
حميد ولي پوري گودرزي

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.
نيترات ها مهم‌ترين آلاينده هاي غير نقطه‌اي آب هاي زيرزميني در اراضي کشاورزي به شمار مي روند. نيترات حاصل از مصرف کودها با نفوذ عمقي آب از دست مي رود. غلظت نيترات در آب زيرزميني نيز به ميزان نفوذ، ميزان آلودگي، سرعت و جهت حرکت آب زيرزميني و تحرک آن در آب زيرزميني بستگي دارد. در اين تحقيق، با به کارگيري روش‌هاي فازي و رگرسيون بردار پشتيبان و زمين آماري مکاني-زماني، الگوي پراکندگي نيترات در آب زيرزميني دشت اراک واقع در استان مرکزي ارزيابي شده است. اطلاعات موجود نتايج نمونه گيري از 40 چاه آب منتخب موجود در سطح دشت و به مدت 4 بار در فصول مختلف سال از پاييز 1385 تا تابستان 1386 بوده است و ميزان نيترات، pH، هدايت الکتريکي، کل جامدات محلول، فلزات سنگين، آهن، کليفرم کل، BODو COD نمونه ها تعيين گرديده و در تابستان 1391 نيز به منظور صحت سنجي نتايج مدلسازي مجدداً اقدام به نمونه گيري از همان چاه‌ها شده است. در ابتدا با استفاده از داده‌هاي ميزان بارندگي دشت اراک و نوع کشت کشاورزي، هدايت الکتريکي، دما، pH، اکسيژن محلول، کل مواد جامد محلول و سطح آب زيرزميني(WL)‌ و با استفاده از مختصات چاه‌ها، مدل غلظت نيترات در آبخوان دشت اراک به عنوان تابعي از متغيرهاي ورودي فوق به روش‌هاي رگرسيون بردار پشتيبان و فازي به دست آمد. سپس از روش زمين آماري مکاني-زماني به منظور تخمين مکاني-زماني آلودگي نيترات در سطح دشت اراک استفاده شد. نتايج نشان مي‌دهد که تخمين‌هاي بدست آمده از روش زمين آماري مکاني-زماني با بيش از 93 درصد همبستگي در مقايسه با روش SVR با 65 درصد همبستگي و فازي با حدود 50 درصد همبستگي بين مقادير پيش بيني شده با مقادير مشاهده‌اي از انطباق بهتري با واقعيت‌هاي مشاهده‌اي برخوردار بوده و از اين مدل مي‌توان در تخمين غلظت نيترات در آبخوان دشت اراک استفاده نمود. با استفاده از نتايج مدل سازي و انجام پيش بيني در دشت مشخص شد که غلظت نيترات در فصول پس از بارندگي از حالت منطقه اي به کل آبخوان گسترش يافته و هم چنين هاله آلودگي به سمت شرق و جنوب حرکت کرده و بر وسعت آن افزوده شده است. نتايج نمونه برداري هاي انجام شده در دشت در تابستان 1391 نيز صحت نتايج مدلسازي را تأييد نموده و با توجه به بالا بودن غلظت نيترات و برخي آلاينده هاي ديگر نظير TDS و EC لزوم توجه بيشتر به وضعيت آلودگي آبخوان را آشکار مي نمايد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی