Skip to main content
SUPERVISOR
احمد دهقانی (استاد مشاور) مجید افیونی مبارکه (استاد راهنما) کریم عباسپور (استاد مشاور) احمد جلالیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Bijan Khalil moghadam
بیژن خلیل مقدم

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1383

TITLE

Estimation of Surface Shear Strength, Saturated Hydraulic Conductivity and Infiltration by Pedo-Transfer Functions and Artificial Neural Networks
Modeling soil erosion and runoff requires accurate estimates of input parameters such as surface soil shear strength (), soil saturated hydraulic conductivity (K s ) and infiltration (I). Three MLR models and three ANN structures: multilayer perceptron (MLP), generalized feed-forward (GFF), and modular neural networks (MNN were tested and investigated for , K s and I in this study. Routinely measured (available) parameters included soil surface and subsurface attributes in addition to topographic and vegetation attributes: particle size distribution, soil organic carbon, bulk density, initial soil moisture, gravel, CaCO 3 , slope, aspect, elevation and normalized difference vegetation index (NDVI) were used. The performances of the different models were evaluated using spearman’s correlation coefficient (r) between the observed and the estimated values, normalized mean square error (NMSE), mean absolute error (MAE), geometric mean of error ratio (GMER), geometric standard deviation of the error ratio (GSDER) and Nash- Sutcliffe efficiency criterion. Results showed that land degradation significantly reduced , K s and I. Addition of slope, aspect, elevation and NDVI to soil attributes as input parameters improved the performance criteria for these three-parameters. The differences between the MLP with GFF structure were statistically insignificant, and MLP and GFF were significantly different from MNN structure. Improvements were achieved with all ANN-based pedotransfer functions (PTFs) and soil spatial prediction functions (Fs) over a MLR PTFs and Fs. Keywords Surface soil shear strength, saturated hydraulic conductivity, Infiltration, Artificial neural network, Soil erosion.
مدل سازی فرسایش خاک و روان آب نیازمند تخمین دقیق پارامترهای ورودی مدل‌‌ها، شامل مقاومت برشی لایه رویین خاک ()، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک (K s ) و نفوذ آب به خاک (I) است. این پژوهش به منظور برآورد سه پارامتر مذکور با استفاده از روش های شبکه عصبی مصنوعی و رگرسیون چند متغیره خطی صورت گرفت. منطقه‌‌ی مورد بررسی به مساحت 23562 هکتار در زاگرس مرکزی (با کاربری مرتع و مرتع تخریب شده) انتخاب گردید. این منطقه بر اساس نقشه های توپوگرافی، زمین شناسی، کاربری اراضی و منابع و قابلیت اراضی، به 18 واحد کاری تقسیم گردید. در هر واحد کاری به صورت تصادفی نظارت شده، نمونه برداری انجام گرفت و در مجموع، 120 نمونه در 3 تکرار با در نظر گرفتن تنوع هر واحد برداشت گردید. نمونه برداری از لایه های 10-0 و 40-10 سانتیمتری نیمرخ خاک برداشت شد. پارامترهای زودیافت خاک شامل توزیع اندازه ذرات، کربن آلی، کربنات کلسیم، چگالی ظاهری، رطوبت اولیه و درصد سنگریزه به همراه شیب، جهت شیب، ارتفاع و شاخص پوشش گیاهی NDVI به عنوان پارامترهای ورودی انتخاب گردید. در این پژوهش سه مدل رگرسیونی و سه ساختار شبکه عصبی مصنوعی شامل پرسپترون چند لایه استاندارد (MLP)، شبکه پیشخور عمومی (GFF) و شبکه عصبی مدولار(MNN) برای هریک از پارامترهای ، K s و I مورد بررسی و آزمون قرار گرفت. از ضریب همبستگی اسپیرمن ((r، متوسط مربعات خطای نرمال شده (NMSE)، متوسط خطای مطلق (MAE)، میانگین هندسی خطا (GMER)، انحراف معیار هندسی خطا (GSDER) و شاخص ناش-ساتکلیف بین مقادیر اندازه‌‌گیری شده و تخمینی، جهت بررسی کارایی مدل های مختلف استفاده شد. نتایج نشان می دهد که تخریب اراضی به طور معنی داری ، K s و I را کاهش داده است. کاربرد شیب، جهت شیب، ارتفاع و NDVI به همراه توزیع اندازه ذرات، مقدار کربن آلی، مقدارکربنات کلسیم، چگالی ظاهری، مقدار رطوبت اولیه، درصد سنگریزه خاک به عنوان پارامترهای زودیافت باعث بهبود تخمین این سه پارامترگردید. تفاوت معنی داری بین شبکه عصبیMLP وGFF وجود نداشت. ولی این دو شبکه با شبکه عصبی MNN تفاوت معنی داری داشتند. به طور کلی توابع انتقالی و توابع پیش بینی فضایی شبکه های عصبی کارایی بهتری نسبت به توابع انتقالی و توابع فضایی رگرسیونی دارا می باشند. با انجام آزمون شبکه عصبی به روش بوت نسبت به روش اعتبارسازی نمونه های تقسیم شده، کارایی برآورد ، K s و I بهبود یافت. مقایسه توابع شبکه عصبی ایجاد شده با توابع ارائه شده در منابع برای K s نشان داد که توابع ایجاد شده کارایی بهتری از توابع ارائه شده دارندکه به دلیل استفاده از پارامترهای زودیافت مرتبط با منطقه مورد بررسی می باشد. دقت برآورد توابع ارائه شده در منابع و ایجاد شده K s در مراتع بهتر از مراتع تخریب شده بود، که نشان می دهد مدل سازی مرتع تخریب شده پیچیده تر از مرتع می باشد. مقایسه کارایی مدل های نفوذ مختلف نشان داد که کارایی برازش مدل های فیلیپ، اسوارتزندروبر، کوستیاکوف اصلاح شده و بی بعد در مراتع و مراتع تخریب شده مناسب بوده (95%? میانگین کارایی) و ترتیب رتبه بندی نزولی مدل ها بر کلمات کلیدی : مقاومت برشی سطح خاک، هدایت هیدرولیکی اشباع، نفوذ آب به خاک، شبکه عصبی مصنوعی، فرسایش خاک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی