Skip to main content
SUPERVISOR
Mehran Shirvani,Mohammad Reza Mosaddeghi,Hossein Khademi Moughari
مهران شیروانی جوزدانی (استاد راهنما) محمدرضا مصدقی (استاد مشاور) حسین خادمی موغاری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Smaeel Allahyari
اسماعیل اله یاری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Application of Regression and Artificial Neural Network Models to Predict Ni Sorption Parameters of Soils: a Case Study in Mazandaran Provinc
Soil and groundwater pollution with heavy metals is one of the most important problems in densely populated and industrial areas around the world. Mobility, bioavailability and toxicity of heavy metals in soils are strongly dependent on sorption of metal ions by soil constituents. Direct measurement of the sorption coefficients of metals in soil is difficult and time consuming. Hence, in the recent years, great efforts have been made to estimate sorption parameters with reasonable accuracy by using the readily available properties of soil. The purpose of this study was to evaluate the feasibility of using pedotransfer functions, i.e. Artificial Neural Network (ANN) and Multiple Regression (MR), to estimate the sorption parameters of Nickel (Ni) using readily available soil properties. For this purpose, Ni sorption isotherm experiments were carried out on 102 soil samples from Mazandaran Province and various sorption parameters were obtained from fitted Langmuir and Freundlich equations. Distribution confidents (Kd) at different Ni concentrations were also calculated as single-point indexes of Ni sorption. Results showed that Ni sorption parameters have significant correlations with soil properties such as pH, clay, silt, sand, organic matter, Calcium Carbonate Equivalent (CCE) and CEC, confirming the role of these soil characteristics on Ni sorption in the soils. A lot of multiple regression models were developed for estimating of Ni sorption parameters. The most important soil properties entered to regression models were CEC, CCE, organic matter and clay.ANN sensitivity analysis also showed that the clay, organic matter, and CCE contents had the most influence on Ni sorption parameters in the studied soils. Also, the results showed that the discrimination of soil samples based on landuse, improves the accuracy of sorption parametrs estimated by regression but reduced those estimated by the ANN. In conclusion, the results of this study showed that the pedotransfer functions can be satisfactorily used for estimation of different Ni sorption parameters from soil properties in Mazandaran province. Keywords : heavy metals, adsorption isotherm, multiple regression, Artificial Neural Network, Pedotransfer Functions, readily available soil properties.
امروزه یکی از مشکلات زیست‌محیطی مناطق پر جمعیت و صنعتی، آلودگی خاک و آب های زیرزمینی به فلزات سنگین می باشد. پژوهش ها در این زمینه و انتخاب روش های مناسب پاکسازی مناطق آلوده، مستلزم تعیین و تخمین ضرایب جذب آلاینده ها در خاک می باشد. اندازه‌گیری مستقیم ضرایب جذب مربوط به هر عنصر در خاک دشوار و زمان بر می باشد. به همین دلیل در سال های اخیر تلاش های فراوانی صورت گرفته تا با استفاده از ویژگی های زودیافت خاک و بدون نیاز به اندازه گیری مستقیم بتوان ضرایب جذب فلزات را با دقت قابل قبولی تخمین زد. هدف از این پژوهش، بررسی امکان استفاده از توابع انتقالی نظیر شبکه عصبی مصنوعی و رگرسیون چند متغیره برای برآورد ضرایب جذب نیکل با استفاده از ویژگی های زودیافت خاک بود. در همین راستا، برای برآورد ضرایب جذب نیکل، اقدام به نمونه‌برداری از 102 نقطه از سری خاک های استان مازندران گردید. ویژگی های خاک مانند pH، درصد رس، سیلت و شن، ماده آلی، آهک معادل و گنجایش تبادل کاتیونی به عنوان ویژگی های زودیافت خاک در نظر گرفته شدند. استخراج معادلات رگرسیونی جهت برآورد ضرایب جذب نیکل با استفاده از نرم‌افزار 17 به روش مرحله به مرحله انجام شد. مدل‌سازی (برآورد) ضرایب جذب توسط شبکه عصبی مصنوعی با الگوریتم پس انتشار خطا، تابع یادگیری لونبرگ-مارکواردات و تابع انتقال TANSIG صورت پذیرفت. آنالیز حساسیت شبکه عصبی مصنوعی به روش Statsoft انجام شد. بررسی استقلال خطا (تفاوت بین مقدار واقعی و مقادیر پیش‌بینی‌شده توسط رگرسیون) و هم‌راستایی بین متغیرهای مستقل به ترتیب با استفاده از آزمون دوربین- واتسون و فاکتور عامل تورم واریانس (VIF) در نرم‌افزار 17 انجام پذیرفت. رگرسیون چند متغیره اغلب ضرایب جذب نیکل را به بطور قابل قبولی پیش‌بینی نمود. در مدل های توسعه یافته جهت تخمین ضریب توزیع (K d ) نیکل، درصد رس، ماده آلی و کربنات کلسیم معادل وارد مدل شدند. در تخمین ثابت های مدل فروندلیچ و لانگمویر، مهم ترین ویژگی هایی که وارد مدل شدند، گنجایش تبادل کاتیونی، کربنات کلسیم، ماده آلی و درصد رس بود. نتایج نشان داد که همبستگی قوی بین ضرایب جذب نیکل و ویژگی های زودیافتی مانند درصد ماده آلی، رس، کربنات کلسیم و گنجایش تبادل کاتیونی وجود داشت. آنالیز حساسیت شبکه عصبی نشان داد که درصد رس، ماده آلی و کربنات کلسیم معادل تأثیرگذارترین ویژگی های زود یافت بر ضرایب جذب نیکل می باشند. همچنین نتایج نشان داد که تفکیک نمونه های خاک بر اساس کاربری، باعث بهبود برآورد ضرایب جذب توسط رگرسیون و کاهش دقت برآورد ضرایب جذب به وسیله شبکه عصبی گردید. علت کاهش دقت شبکه عصبی در اثر تفکیک بر اساس کاربری ها را می توان به کاهش تعداد نمونه ها ارتباط داد. به طور کلی نتایج این پژوهش نشان داد که می توان با استفاده از توابع انتقالی ضرایب مختلف جذب نیکل را در خاک های استان مازندران و خاک های مشابه توسط ویژگی های زودیافت خاک تخمین زد. واژه های کلیدی: ضرایب جذب، رگرسیون چند متغیره، شبکه عصبی مصنوعی، توابع انتقالی، ویژگی های زودیافت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی