پیش بینی نوسانات ضخامت معادل آب زیرزمینی با استفاده از اطلاعات ماهواره؜ای و ترکیب الگوریتم‌ بهینه‌سازی و هوش مصنوعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی ، اراک ، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی ، اراک ، ایران

3 گروه مهندسی آب، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه،ایران

چکیده

نوسانات ضخامت معادل آب زیرزمینی از اجزای اصلی چرخه هیدروژئولوژی و یکی از متغیرهای مورد نیاز بسیاری از مدل‌های بهره؜برداری از منابع آب است. کمبود داده‌های قابل اعتماد و کامل از مهم‌ترین چالش‌ها در واکاوی نوسانات و پیش‌بینی تغییرات ضخامت معادل آب زیرزمینی در مدیریت آب است. طی سالیان اخیر استفاده از اطلاعات ماهواره؜ای مختلف توانسته است به‌عنوان یک راهکار قابل اطمینان مورد توجه قرار گیرد. هدف از این تحقیق پیش‌بینی نوسانات ضخامت معادل آب زیرزمینی با استفاده از اطلاعات ماهواره GRACE و مدل‌سازی آن با استفاده از ترکیب الگوریتم بهینه؜سازی و هوش مصنوعی است. منطقه مطالعاتی این تحقیق، حوضه آبریز دریاچه ارومیه واقع در شمال‌غربی ایران می‌باشد. بدین منظور از 180 داده ماهواره‌های GRACE طی سال‌های آوریل 2002 تا مارس 2017 استفاده شد. خروجی ماهواره‌ها شامل 6 پیکسل قرار گرفته بر روی حوضه انتخابی می‌باشد که 2 نقطه از آن که بیشترین همپوشانی را با محدوده حوضه داشتند برای مدلسازی با ابزار هوش مصنوعی انتخاب شدند. برای این کار از مدل؜های ترکیبی GA-ANN، ICA-ANN و PSO-ANN استفاده شد. نتایج نشان داد خروجی مدل ICA-ANN دارای بهترین برازش با داده‌های مشاهداتی با ضریب همبستگی برابر با 915/0 و 942/0 در دو پیکسل انتخابی 2 و 5 در مرحله آزمون بود. لذا برای پیش؜بینی نوسانات ضخامت معادل آب زیرزمینی در منطقه مطالعاتی بجای استفاده از مدل‌های پیچیده با حجم داده؜های بسیار زیاد می؜توان با اطمینان از مدل ICA-ANN استفاده کرد. این رویکرد کمک زیادی به محققین بخش آب زیرزمینی می؜کند تا بدون استفاده از مدلهای عددی با ساختار پیچیده و وقت؜گیر با استفاده از اطلاعات ماهواره؜ای و ابزار هوش مصنوعی با دقت بالا تغییرات ضخامت معادل آب زیرزمینی در هر ماه را بر اساس داده‌های ضخامت معادل آب زیرزمینی در ماهواره GRACE مربوط به ماه‌های قبل پیش؜بینی نمایند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Prediction of fluctuations in the equivalent thickness of groundwater using satellite information and artificial intelligence hybrid models

نویسندگان [English]

  • mahtab Badkoube Hezaveh 1
  • Mohsen Najarchi 1
  • Mohammad Reza Jalali 1
  • hossein mazaheri 2
  • saeid shabanlou 3
1 Department of Civil Engineering, Arak Branch, Islamic Azad University, Arak, Iran, Iran
2 Department of Chemical Engineering, Arak Branch, Islamic Azad University, Arak, Iran
3 Department of Water Engineering, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran.
چکیده [English]

The purpose of this research is to predict fluctuations of the equivalent thickness of underground water using GRACE satellite data and modeling it using a combination of optimization algorithm and artificial intelligence.The study area of ​​this research is the catchment area of ​​Lake Urmia located in the northwest of Iran. For this purpose, 180 GRACE satellite data were used between April 2002 and March 2017. The output of the satellites includes 6 pixels located on the selected watershed, of which 2 points that overlapped the most with the watershed area were selected for modeling with artificial intelligence tools. GA-ANN, ICA-ANN and PSO-ANN hybrid models were used for this purpose. The results showed that the output of the ICA-ANN model had the best fit with the observational data with a correlation coefficient equal to 0.915 and 0.942 in the two selected pixels 2 and 5 in the test phase. Therefore, to predict fluctuations of the equivalent thickness of underground water in the study area, instead of using complex models with a large amount of data, the ICA-ANN model can be used with confidence.This approach helps a lot to the researchers of the underground water sector, without using numerical models with a complex and time-consuming structure, by using satellite information and artificial intelligence tools with high accuracy, the changes in the equivalent thickness of underground water in each month based on Predict the data of the equivalent thickness of underground water in the GRACE satellite for the previous months

کلیدواژه‌ها [English]

  • equivalent thickness of groundwater
  • GRACE satellite
  • GA-ANN
  • ICA-ANN
  • PSO-ANN