پیش‌بینی بار رسوب معلق رودخانه با استفاده از مدل ماشین بردار پشتیبان و روش‌های محاسباتی بهبودیافته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه بوعلی همدان

2 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

3 گروه آمار، دانشکده علوم پایه، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

برآورد دقیق بار رسوب معلق رودخانه، امری ضروری در مطالعه و توسعه سیستم‌های منابع آب است. اندازه‌گیری مستقیم بار رسوبی، پرهزینه و زمان‌بر است، لذا توسعه مدلی جایگزین نظیر منحنی سنجه و یا مدل‌های شبیه‌سازی توصیه می‌شود. در این مطالعه از دو روش مختلف برای پیش‌بینی بار رسوب معلق رودخانه استفاده شد. در روش اول میزان بار رسوبی با استفاده از مدل ماشین بردار پشتیبان (SVM) پیش‌بینی شد. در این روش، ضرایب هایپر پارامترهای مدل SVM با الگوریتم تبرید (SA) بهینه شدند. همچنین به مقایسه عملکرد این مدل تحت الگوهای تک ورودی-تک خروجی (SISO) و چند ورودی-تک خروجی (MISO) نیز پرداخته شد. سری آبدهی و بار رسوب معلق رودخانه یلفان طی دوره 1394-1386 به ترتیب به عنوان ورودی و خروجی مدل معرفی شدند. در روش دوم نیز، از منحنی سنجه و روش رسوب‌سنجی اصلاحی FAO استفاده شد. نرمالسازی داده‌های ورودی به مدل SVM، باعث بهبود 93/9 درصدی شاخص خطای استاندارد (SE) در بخش آزمون مدلسازی شد، همچنین اصلاح الگوی ورودی به این مدل از الگوی SISO به MISO باعث بهبود 03/1 درصدی در این شاخص شد. پس از بهینه‌سازی ضرایب منحنی سنجه و روش اصلاحی FAO با استفاده از گرادیان کاهش‌یافته عمومی (GRG) نیز، شاخص SE به ترتیب 13/10 و 19/73 درصد بهبود یافت. از میان روش‌های بررسی شده، مدل SVM مبتنی بر الگوی چند ورودی-تک خروجی نرمال شده، به عنوان بهترین روش معرفی و جهت پیش‌بینی بار رسوب معلق رودخانه پیشنهاد می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Suspended sediment load estimation using Support Vector Machine and improved computational methods

نویسندگان [English]

  • Hamed Nozari 1
  • Fatemeh Chodani 2
  • Mahdi Kalantari 3
  • Alireza Mehrabani Bashar 2
1 Bu-Ali Sina university
2 Department of Water Sciences and Engineering, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
3 Department of Statistics, Faculty of Science, Payame Noor University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Accurately estimating the suspended sediment load of a river is crucial for the study and development of water resource systems. However, direct measurement of sediment load is expensive and time-consuming. Therefore, developing alternative models, such as gauge curves or simulation models, is recommended. This study employed two methods to predict the river's suspended sediment load. The first method used a combination of a support vector machine (SVM) model and a refrigeration algorithm (SA), while the second method used a gauge curve and a modified FAO sediment measurement method. To validate the modeling results, water flow and suspended sediment load data from Yelfan River between 2006-2014 were used. Normalizing the input data to the SVM model improved the standard error index (SE) by 9.93% in the modeling test section. Additionally, modifying the input pattern from single input-single output (SISO) to multiple input-single output (MISO) improved this index by 1.03%. After optimizing the calibration curve coefficients and the FAO correction method using the general reduced gradient (GRG), the SE index improved by 10.13% and 73.19%, respectively. Among the reviewed methods, the SVM model based on the normalized multi-input-single-output model was found to be the best method for predicting the suspended sediment load of the river.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sediment Rating Curve
  • FAO Method
  • Generalized Reduced Gradient
  • Nonlinear Optimization

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 30 مهر 1403
  • تاریخ دریافت: 07 مهر 1402
  • تاریخ بازنگری: 30 مرداد 1403
  • تاریخ پذیرش: 30 مهر 1403
  • تاریخ انتشار: 30 مهر 1403