نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

ارزیابی اثر تغییر‌اقلیم بر تراز آب زیرزمینی با استفاده از مدل بهینه‌سازی ازدحام اسپرم (مطالعه موردی:آبخوان دشت شبستر)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
2 گروه مهندسی آب، دانشگاه تبریز
3 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز
چکیده
با توجه به محدودیت منابع آب زیرزمینی در ایران، محاسبه دقیق، استفاده صحیح، تنظیم و نگهداری این منابع از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از روش‌های مؤثر برای مدیریت و بهره‌برداری بهینه از این منابع در حال و آینده، استفاده از مدل‌سازی است. در این پژوهش مدل‌سازی تغییرات تراز آب زیرزمینی به‌صورت ماهانه در دورۀ 2022-2013 با مدل‌های MLP، WNN و MLPSSO-Wavelet انجام شد که از داده‌های نه سال اول برای آموزش و سال آخر جهت اعتبارسنجی استفاده شد و بهترین مدل با استفاده از معیارهای ضریب تبیین (R2)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین خطای مطلق (MAE) تعیین گردید. بارش و دمای ایستگاه سینوپتیک شبستر در دوره آینده (2040-2021) با استفاده از مدل CanESM2 تحت سناریوهای RCP2.6 و RCP8.5 که ارتباط منطقی و مناسبی با ویژگی های اقلیمی مشاهداتی دارند پیش‌بینی و با استفاده از مدل LARS -WG ریزمقیاس‌سازی شدند. در دورۀ آتی، تحت هر دو سناریو و در ماه‌های فوریه‌، جولای و اکتبر میانگین بارش کاهش و در نه ماه دیگر افزایش خواهد یافت. برای دما نیز به‌جز سناریو RCP8.5 و ماه ژوئن، در 11 ماه دیگر و تحت هر دو سناریو، افزایش دما پیش‌بینی می‌شود و بیش‌ترین افزایش دما (43/37 درصد)، در ماه ژانویه و تحت سناریو RCP2.6 خواهد بود. تراز آب زیرزمینی آبخوان دشت شبستر با افت 42/4 متری، از 64/1303 متر در سال 2003 به 22/1299 متر در سال 2022 رسیده است. مطابق نتایج، مدل MLPOSSO-Wavelet با 83/0R2=، 74/0RMSE= و 71/0MAE= در مرحلۀ اعتبارسنجی، دقت بیشتری نسبت به مدل‌های دیگر دارد. تراز آب زیرزمینی دشت شبستر تحت سناریو RCP2.6 در شش ماه ابتدایی کاهش و در شش ماه دوم نسبت به شش ماه اول افزایش خواهد یافت. تحت سناریو RCP8.5 فقط در ماه‌های ژانویه، فوریه و دسامبر کاهش تراز آب زیرزمینی پیش‌بینی می‌شود و بیش‌ترین کاهش در ماه ژانویه اتفاق خواهد افتاد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

ٍEvaluation of Climate Change Effect on Groundwater Level in Using Sperm Swarm Optimization Model (Case Study:Shabester Plain Aquifer)

نویسندگان English

Sarina Emami 1
mohammad ali ghorbani 3
Saeed Samadianfard, 2
1 M.Sc.Student, Deptment of Water Sciences and Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Iran
3 Water Engr. Dept. Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Iran.
چکیده English

با توجه به محدودیت منابع آب زیرزمینی در ایران، محاسبه دقیق، استفاده صحیح، تنظیم و نگهداری این منابع از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از روش‌های مؤثر برای مدیریت و بهره‌برداری بهینه از این منابع در حال و آینده، استفاده از مدل‌سازی است. در این پژوهش مدل‌سازی تغییرات تراز آب زیرزمینی به‌صورت ماهانه در دورۀ 2022-2013 با مدل‌های MLP، WNN و MLPSSO-Wavelet انجام شد که از داده‌های نه سال اول برای آموزش و سال آخر جهت اعتبارسنجی استفاده شد و بهترین مدل با استفاده از معیارهای ضریب تبیین (R2)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین خطای مطلق (MAE) تعیین گردید. بارش و دمای ایستگاه سینوپتیک شبستر در دوره آینده (2040-2021) با استفاده از مدل CanESM2 تحت سناریوهای RCP2.6 و RCP8.5 که ارتباط منطقی و مناسبی با ویژگی های اقلیمی مشاهداتی دارند پیش‌بینی و با استفاده از مدل LARS -WG ریزمقیاس‌سازی شدند. در دورۀ آتی، تحت هر دو سناریو و در ماه‌های فوریه‌، جولای و اکتبر میانگین بارش کاهش و در نه ماه دیگر افزایش خواهد یافت. برای دما نیز به‌جز سناریو RCP8.5 و ماه ژوئن، در 11 ماه دیگر و تحت هر دو سناریو، افزایش دما پیش‌بینی می‌شود و بیش‌ترین افزایش دما (43/37 درصد)، در ماه ژانویه و تحت سناریو RCP2.6 خواهد بود. تراز آب زیرزمینی آبخوان دشت شبستر با افت 42/4 متری، از 64/1303 متر در سال 2003 به 22/1299 متر در سال 2022 رسیده است. مطابق نتایج، مدل MLPOSSO-Wavelet با 83/0R2=، 74/0RMSE= و 71/0MAE= در مرحلۀ اعتبارسنجی، دقت بیشتری نسبت به مدل‌های دیگر دارد. تراز آب زیرزمینی دشت شبستر تحت سناریو RCP2.6 در شش ماه ابتدایی کاهش و در شش ماه دوم نسبت به شش ماه اول افزایش خواهد یافت. تحت سناریو RCP8.5 فقط در ماه‌های ژانویه، فوریه و دسامبر کاهش تراز آب زیرزمینی پیش‌بینی می‌شود و بیش‌ترین کاهش در ماه ژانویه اتفاق خواهد افتاد.

کلیدواژه‌ها English

LARS-WG
Modeling
Neural Network
Prediction
افخمی فر، س.، صراف، ا.پ. 1399. پیش‌بینی تراز سطح آب زیرزمینی آبخوان دشت ارومیه با استفاده از مدل هیبرید تبدیل موجک-ماشین یادگیری بیشینه و بهینه‌سازی با ازدحام ذرات کوانتومی. مهندسی و مدیریت آبخیز.12(2): 364-351.
 امامی، س.، چوپان، س. و پارسا، ج. 1397. مدل‏سازی تراز آب زیرزمینی دشت میاندوآب با استفاده از الگوریتم‌های انتخابات، ژنتیک و روش شبکۀ عصبی مصنوعی. اکوهیدرولوژی. 5(4) : 1189-1175.
آقاجانزاده سراسکانرود، م.، بهمنش.،ج.،رضایی.، ح. و آزاد.  ن. 1399. پیش‌بینی اثر تغییرات پارامترهای هواشناسی بر منابع آب زیرزمینی با استفاده از مدل‌های شبکه­عصبی­مصنوعی (مطالعه موردی: دشت میاندوآب). آبیاری و آب ایران.10(3): 219-201.
جعفری گدنه، م.، سلاجقه، علی. و حقیقی، پ. 1399. پیش‌بینی مقایسه‌ای بارش و دمای شهرستان کرمان با استفاده از مدل‌هایLARS-WG6. اکوهیدرولوژی.7(2): 538-529.
خلیلی ، ن.، داوری، ک.، علیزاده، ا.، انصاری، ح.، رضایی پژند. ح.، کافی، محمد. و قهرمان، پ. 1395. ارزیابی عملکرد دو مدل LARS  و ClimGen  در تولید سریهای زمانی بارش و درجه حرارت در ایستگاه تحقیقات دیم سیساب، خراسان شمالی نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 30(1): 333-322.
سلامتیان، س.ا.، ابراری، ح. و نظری، ع. 1402. پیش‌بینی تراز آب زیرزمینی با استفاده از مدل استنتاج تطبیقی عصبی فازی (مطالعه موردی: دشت قم). آبیاری و آب ایران. 13(3) : 304-285.
محمدی، ب.، بی آزار، س.م. و اسدی، ا.1396 .کارایی الگوریتم هیبریدی ازدحام ذرات در شبیه­سازی سطح تراز ایستابی­(مطالعه موردی: آبخوان دشت اردبیل). سامانه های سطوح آبگیر ایران. 5(2) : 87-77.
نجفی، س.،شرافتی.، ا. و کاردان مقدم، ح. 1401. ارزیابی اثر تغییر­اقلیم بر تغییرات تراز آب زیرزمینی در آبخوان ساحلی ساری نکا. آبیاری و آب ایران. 13(2): 334-312.
سلیمانی، ف.، کلاهچی، ع. و ارشم، ع. 1396. بررسی اثر تغییر اقلیم بر بیلان و تراز آب­های زیرزمینی دشت رامهرمز. ترویج و توسعه آبخیزداری. 17(5): 28-19.
ترابی پوده، ح.، حیدر نصرالهی، ع. و دهقانی،ر. 1400. ارزیابی مدل شبکه عصبی موجک در پیش‌بینی منابع آب زیرزمینی­(مطالعه موردی: استان لرستان، ایران). هیدروژئولوژی.6(1): 12-1.
رجایی،ط.، زینی وند، ا. و جعفری، ح.1395. پیش­بینی تراز آب زیرزمینی حوضه آبریز شریف­آباد قم با استفاده از مدل­های موجک- عصبی برنامه­ریزی ژنتیک. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی.16(42):26-7.
پیری، ح.، مبارکی، م. و سیاسر، ص. 1401. مدلسازی زمانی و مکانی سطح آب زیرزمینی دشتستان بوشهر با استفاده از هوش مصنوعی و زمین آمار. پژوهشنامه مدیریت حوضه آبخیز13(26): 68-58.
مومنه، ص.، آذری، آ. و اقبال زاده، ا. 1399. ارزیابی اثر تغییر­اقلیم بر تراز آب زیرزمینی در دوره­های آتی، مطالعه موردی: دشت چمچال. نشریه علمی – پژوهشی مهندسی و مدیریت آبخیز. 12(4) 928-913.
حسینی صومعه، م.، روشنی، ع. و ذباح، ا. 1399. مدل­سازی تغییرات سطح آب زیرزمینی بر اساس روش­های مبتنی بر هوش مصنوعی(مطالعه موردی: دشت زاوه تربت حیدریه). پژوهشنامه مدیریت حوضه آبخیز. 11 (21): 235-223.
Chong-Hai, XU. and Ying, X., 2012. The projection of temperature and precipitation over China under RCP scenarios using a CMIP5 multi-model ensemble. Atmospheric and Oceanic Science Letters. 5(6):527-533. http://dx.doi.org/10.1080/16742834.2012.11447042
Chylek, P., Li, J., Dubey, MK., Wang, M. and Lesins, GJAC., 2011. Observed and model simulated 20th century Arctic temperature variability: Canadian earth system model CanESM2. Atmospheric Chemistry and Physics Discussions. 11(8):22893-22907. https://doi.org/10.5194/acpd-11-22893-2011
Dey, S., Dey, AK. and Mall, RK., 2021. Modeling long-term groundwater levels by exploring deep bidirectional long short-term memory using hydro-climatic data. Water Resources Management. 35:3395-3410. https://doi.org/10.1007/s11269-021-02899-z.
Jain, SK., Das, A. and Srivastava, DK., 1999. Application of ANN for reservoir inflow prediction and operation. Water Resources Planning and Management. 125(5):263-271. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(1999)125:5(263)
Luiz, TBP., Schröder, T. and da Silva, JLS., 2018. Simulação dos Níveis Freáticos em Poço Tubular Localizado em Aquífero Livre: uma Comparação de Técnicas Preditivas. Anuário do Instituto de Geociências. 41(3):227-238. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(1999)125:5(263)
Nayak, P., Venkatesh, B., Krishna, B. and Jain, SK., 2013. Rainfall-runoff modeling using conceptual, data driven, and wavelet based computing approach. Journal of Hydrology. 493:57-67. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.04.016
Racsko, P., Szeidl, L. and Semenov, M., 1991. A serial approach to local stochastic weather models. Ecological modelling. 57(1-2):27-41. https://doi.org/10.1016/0304-3800(91)90053-4
Semenov, MA., Brooks, RJ., Barrow, EM. and Richardson, CW., 1998. Comparison of the WGEN and LARS-WG stochastic weather generators for diverse climates. Climate Research. 10(2):95-107. http://dx.doi.org/10.3354/cr010095
Shehadeh, HA., Ahmedy, I. and Idris, MYI., 2018. Sperm Swarm Optimization Algorithm for Optimizing Wireless Sensor Network Challenges. 6th International Conference on Communications and Broadband Networking. 53-59. https://doi.org/10.1145/3193092.3193100
Stocker, TF., Qin, D., Plattner, GK., Tignor, M., Allen, SK., Boschung, J., Nauels, A., Xia, Y., Bex, V. and Midgley, PM., (eds.), 2013. IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 1535. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
Su, B., Huang, J., Mondal, SK., Zhai, J., Wang, Y., Wen, S. and Li, A., 2021. Insight from CMIP6 SSP-RCP scenarios for future drought characteristics in China. Atmospheric Research. 250:105375. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2020.105375
Wang, S. J., Lee, C. H., Yeh, C. F., Choo, Y. F. and Tseng, H. W. (2021). Evaluation of climate change impact on groundwater recharge in groundwater regions in Taiwan. Water (Switzerland), 13(9).