Skip to main content
SUPERVISOR
Majid Sartaj,Kayvan Asghari
مجید سرتاج (استاد راهنما) کیوان اصغری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Raheleh Arabgol
راحله عربگل

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Performance Evaluation of Support Vector Machines in Prediction of Nitrate Concentration in Groundwater and Its Comparsion to MODFLOW
Nowadays, Nitrate contamination of groundwater resources is one of the most important environmental issues. Nitrate is both soluble and mobile, so it is prone to leaching through soil with infiltrating such as rainfall or irrigation water. On the other hand discharge of wastewaters from industrial and agricultural activities has resulted in degradation of water resources. Elevated nitrate concentrations in drinking water can cause Methemoglobinemia in infants and stomach cancer in adults. As such, the US Environmental Protection Agency (US EPA) has established a maximum contaminant level (MCL) of 10 mg/l NO3-N. Therefore, access to reliable water resources will be a real challenge for many communities, especially in semi arid and arid regions. Considering the above, assessment and prediction of water quality will be a first step in planning and management of water resources. Mathematical modeling and simulation is one of the tools used by researchers for this purpose. Groundwater provides one third of the world’s drinking water. Importance of identifying groundwater pollution and increasing demand for water quality, demonstrate the need for creating powerful, reliable and predictive models. In this field, intelligent and data-driven models are new methods that are rapidly expanding in various fields of science. These models are able to train and generalized, they could be used for estimation, prediction and management in various aspects of water resources. Support Vector Machine is a method for ). Keywords: Data Driven Model, Support Vector Machines, Nitrate Concentration, Groundwater Resource
آلودگی منابع آب زیرزمینی به نیترات در حال حاضر یکی از مهمترین مسائل زیست محیطی می‍باشد. نیترات به دلیل زیاد بودن حلالیتش در آب، به راحتی در اثر بارندگی یا آبیاری از خاک شسته و به آب های سطحی و یا زیر زمینی منتقل می شود. اهمیت شناسایی آلودگی آبهای زیرزمینی که یک سوم آب شرب جهان را تشکیل می دهد، و افزایش تقاضا برای آب با کیفیت، نیاز روزافزونی را برای ایجاد مدلهای پیشگو، قدرتمند، دقیق و قابل اطمینان مشخص می کند. در این زمینه مدلهای هوشمند و مدلسازیهای داده محور از جمله روشهای نوینی هستند که به سرعت در حال گسترش در زمینه های متنوع علمی می باشند. این مدلها قادر به یادگیری و تعمیم مفاهیم هستند و می‌توانند در مسائل مربوط به تخمین، پیش‌بینی، مدیریت و کنترل، در جنبه‌های مختلفی از منابع آب مورد استفاده قرار گیرند. از آن میان ماشینهای بردار پشتیبان ابزاری جدید و قدرتمند در فراهم کردن راه حلهایی برای دسته بندی و رگرسیون می باشند که دارای قابلیت عمومیت پذیری بالا و کارایی مناسب حتی در صورت وجود داده های کم، در مقایسه با سایر روشهای داده محور پیشین می باشد. از آنجا که در برخی موارد استفاده از مدلهای فیزیکی به منظور شبیه سازی جریان آب زیرزمینی، به دلیل کمبود داده‌های مورد نیاز و استفاده از فرضیات ساده کننده در ارتباط با هیدروژئولوژی پیچیده و ناهمگن در ‌بسیاری از آبخوان‌ها، منجر به نتایج نامطلوبی خواهد شد. لذا در این تحقیق، روش ماشین های بردار پشتیبان جهت پیش‍بینی غلظت نیترات در آبخوان دشت اراک با استفاده از پارامترهای کیفی که براحتی قابل اندازه گیری هستند، مانند دما، هدایت الکتریکی، عمق آب زیرزمینی، میزان کل جامدات محلول، میزان اکسیژن محلول، اسیدیته، کاربری اراضی و موقعیت مکانی چاه، بکار گرفته شده است. برای این منظور از داده های کیفی جمع آوری شده از 40 چاه در 4 فصل متوالی به مدت یک سال استفاده شده است. سپس با ایجاد مدل‌های مختلف SVM براساس پارامترها و ورودی‌های متفاوت و مقایسه بین نتایج، مدل بهینه انتخاب شده است و با استفاده از داده‌های حقیقی موجود، مورد آموزش و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده بر اساس معیارهای ارزیابی عملکرد شامل R، E و RMSE به ترتیب برابر با 87/0، 71/0 و 111/0 در مرحله ارزیابی مدل می باشد که در مقایسه با نتایج حاصل از مدل سازی کیفی مدلMODFLOW با ضریب همبستگی 88/0؛ قابلیت بالای پیش‌بینیِ مدل SVM استفاده شده در این تحقیق را در تخمین غلظت نیترات نشان می دهد. با این تفاوت که حجم عملیاتی و محاسباتی در مدل SVM به مراتب ساده تر و کمتر از مدلMODFLOW است و می تواند بدون نیاز به مشخصات هندسی آبخوان، شرایط اولیه و مرزی سفره، میزان تغذیه، تبخیر، تخلیه و ... با تقریب نسبتاً خوبی، میزان غلظت نیترات را در سطح منطقه پیش بینی نماید. کلمات کلیدی: 1- مدلسازی داده محور 2- ماشین های بردار پشتیبان 3- غلظت نیترات 4- منابع آب زیرزمینی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی