نشریه علمی - پژوهشی مرتع و آبخیزداری

مدل سازی نفوذپذیری در سطوح مختلف گل آلودگی آب با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران

10.22059/jrwm.2026.416566.1877
چکیده
این تحقیق با هدف بررسی و مدل‌سازی نفوذ آب به خاک در سطوح مختلف گل‌آلودگی با غلظت‌های متفاوت و تعیین ویژگی‌های مختلف نفوذ و همچنین بررسی عملکرد برخی مدل‌های یادگیری ماشین انجام شده است. در این تحقیق از 3 کلاس بافت رسی، سیلتی و شنی در غلظت‌های 2 و 5 گرم در لیتر جهت ایجاد گل‌آلودگی و مشابه با جریان‌های سیلابی در 4 تکرار صورت گرفت. همچنین برای تعیین بهترین مدل تخمین‌گر نفوذ، اندازه‌گیری نفوذ آب فاقد رسوب با تکرار مشابه نیز لحاظ گردید. همچنین در این تحقیق خصوصیات فیزیکی خاک منطقه شامل بافت خاک، تخلخل، پتانسیل ماتریک، وزن مخصوص ظاهری خاک و رطوبت جرمی و حجمی خاک تعیین شدند. در ادامه با استفاده از داده‌های اندازه‌گیری شده، مقادیر نفوذ تجمعی، حداکثر سرعت نفوذ، متوسط سرعت نفوذ، سرعت نفوذ نهایی، زمان تا لحظه تثبیت نفوذ و شیب کاهش نفوذ محاسبه شد و سپس برای مدل‌سازی نفوذپذیری با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری و تعیین بهترین مدل، از مدل‌ MLP و مدل‌های SVM و GP با کرنل‌های PUK و RBF استفاده شده است. ارزیابی مدل‌ها با استفاده از معیارهای ارزیابی شامل ریشه میانگین مربعات خطا، ضریب تبیین و ضریب همبستگی استفاده شده است. نتایج مقایسه سرعت نفوذ در بافت‌های متفاوت خاک با غلظت‌های مختلف نشان داد سرعت نفوذ بیش‌تر تحت تاثیر جامدات معلق در اندازه شن در مقایسه با جامدات معلق در اندازه رس و سیلت قرار گرفته است. نتایج حاصل از مدل‌سازی در تیمارهای مختلف مورد مطالعه نشان دهنده کارایی نسبتا خوب همه مدل‌ها بوده است و مشخص شد مدل‌های SVM و GP با کرنل PUK قوی‌تر از کرنل RBF عمل کرده‌اند. مطابق این نتایج در تیمارهای شاهد، 2 گرم رس و 2 گرم سیلت مدل SVM-PUK و در تیمارهای 5 گرم رس و 2 گرم شن مدل GP-PUK از کارایی بالاتری نسبت به سایر مدل‌ها برخوردار بوده‌اند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Modeling Infiltration at different Surfaces of water turbidity using Machine learning algorithms

نویسندگان English

Alireza Sepahvand
Nasrin Beiranvand
Department of Range and Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Lorestan University, Khorramabad, Iran
چکیده English

The purpose of this research is to model the water permeability of soil at different levels of mud contamination using learning algorithms. In this research, 3 texture classes of clay, silt and sand were used at concentrations of 2, 5 and 10 g/l to create mud contamination and similar to flood flows in 4 repetitions. Also in this research, the physical properties of the soil of the region including soil texture, porosity, matric potential, soil bulk density and soil mass and volumetric moisture were determined. Then, using the measured data, the cumulative infiltration values, maximum infiltration rate, average infiltration rate, final infiltration rate, time to infiltration stabilization moment and infiltration reduction slope were calculated and then for permeability modeling using learning algorithms and determining the best model, MLP model and SVM and GP models with PUK and RBF kernels were used. The models were evaluated using evaluation criteria including root mean square error, coefficient of determination and correlation coefficient. The results of comparing the infiltration rate in different soil textures with different concentrations showed that the infiltration rate was more affected by sand-sized suspended solids compared to clay-sized and silt-sized suspended solids. The modeling results in the different treatments studied showed relatively good performance of all models and it was found that the SVM and GP models with PUK kernel performed better than the RBF kernel. According to these results, in the control treatments, 2 grams of clay and 2 grams of silt, the SVM-PUK model and in the treatments of 5 grams of clay and 2 grams of sand, the GP-PUK model had higher performance than other models. These models with high coefficient of determination and correlation coefficient as well as low root mean square error were selected as superior models compared to other models in this study

کلیدواژه‌ها English

Mazandaran Province
Artificial Intelligence
double ring
Infiltration
Soil texture

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 22 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 24 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 17 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 20 مهر 1405
  • تاریخ انتشار 22 مهر 1405