به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه

linear regression

در نشریات گروه آب و خاک
تکرار جستجوی کلیدواژه linear regression در نشریات گروه کشاورزی
  • معصومه محمودی، حمیدرضا ممتاز*، مسلم ثروتی، حسن محمدی

    کاستی های روش های کلاسیک، ابداع سامانه اطلاعات جغرافیایی و تکنیک های سنجش از دور، ضرورت استفاده از نقشه برداری رقومی خاک را دوچندان نموده است. پژوهش حاضر برای بررسی توانایی تکنیک های یادگیری ماشین در توصیف پراکنش خاک ها در منطقه ای با وسعت حدود 5000 هکتار در غرب شهرستان هریس استان آذربایجان شرقی انجام شد. در این پژوهش از داده های بانک خاک، شامل ویژگی های فیزیکی و شیمیایی 50 خاکرخ و 50 مته که با استفاده از روش طبقه بندی تصادفی، حفر و تشریح شده بودند، استفاده شد. نتایج نشان داد که برای تمامی مدل های مورد مطالعه (رگرسیون درختی توسعه یافته، درخت تصمیم گیری تصادفی و شبکه های عصبی مصنوعی)، با پایین رفتن سطح رده بندی (از رده به گروه بزرگ)، مقادیر صحت عمومی کاهش یافت. از میان مدل های انتخابی، مدل رگرسیون درختی تعمیم یافته بالاترین کارایی را برای تخمین اکثر ویژگی های مورد مطالعه داشت، اما مناسب ترین مدل برای تخمین ویژگی های خاک، به طور حتم نمی تواند تخمین درستی از آن ویژگی های اراضی داشته باشد. از سوی دیگر، اگرچه مدل های مختلف از ویژگی های محیطی متفاوتی برای تخمین استفاده نموده اند، ولی اجزای اراضی، توانایی زیادی در تخمین ویژگی های خاک حتی در اراضی مسطح داشته اند. نتیجه گیری جامع و قطعی در مورد روش های نقشه برداری رقومی برای تخمین ویژگی های خاک در مناطق مسطح دارای ابهام است. شایان ذکر است که تخمین صحیح می تواند متاثر از تغییرپذیری ویژگی های خاک، مدل تخمین، تعداد نمونه های صحرایی و توانایی ویژگی های محیطی کاربردی در بیان تغییرات سطوح مختلف رده بندی باشد.

    کلید واژگان: رگرسیون خطی، شبکه های عصبی مصنوعی، کلاس های خاک، مدل های تخمینی، هریس
    Masoumeh Mahmoudi, Hamidreza Momtaz *, Moslem Servati, Hassan Mohammadi
    Background and Objectives

    The use of geospatial techniques for mapping soils is broadly covered by the term digital soil mapping (DSM). Soil maps have considerable significance as basic maps in many environmental and natural resources studies. Digital soil maps are based on the relationship between environmental variables and soil properties. With the development of computers and technology, digital and quantitative approaches have been developed. Continuous utilization of agricultural lands regardless of the land suitability caused soil destruction. Also, incompetency in custom methods, invention geographic information system (GIS), and remote sensing (RS) techniques cause erupt and use of digital soil mapping.

    Methodology

    The study area is approximately 5000 ha which is located in the west of Heris region of East Azerbaijan province, Iran. In the first study, the potential of different models to predict soil classes at different taxonomic levels was investigated. According to semi-detailed soil, survey and using stratified random sampling method, 50 pedons and 50 augers with an approximate distance of 1000 m were excavated, described and soil samples were taken from different genetic horizons. Based on the pedon descriptions and soil analytical data, pedons were classified up to the family level. Different machine learning techniques, namely boosted regression tree (BRT), random forest (RF), artificial neural networks (ANNs), and multinomial logistic regression (MLR) were used to test the predictive power for mapping the soil classes. After preparing the soil properties maps and checking their accuracy, these maps were used along with auxiliary parameters for estimating soil classes using an artificial neural network model in the R software. Finally, the accuracy and uncertainty of the model were evaluated by overall accuracy and confusion index, respectively.

    Results

    Results showed that the different models had the same ability for prediction of the soil classes across all taxonomic levels but a considerable decreasing trend was observed for their accuracy at subgroup and family levels. The terrain attributes were the most important auxiliary information to predict the soil classes up to the family level. The main goal of the second study was to predict soil surface properties (pH, electrical conductivity, gypsum, organic carbon, calcium carbonate equivalent, coarse fragments, and particle size distribution) using ANNs, BRT, generalized linear model (GLM), and multiple linear regression (MLR). Among the studied models, GLM showed the highest performance to predict most soil properties whereas the best model is not necessarily able to make an accurate estimation. Also, the terrain attributes were the most important environmental covariates to predict the soil classes in all taxonomic levels, but they could not display the soil variation entirely. This shows that the unexplained variations are controlled by unobserved variations in the environment, which can be due to the management over time. Results suggested that the DSM approaches have not enough prediction accuracy for the soil classes at lower taxonomic levels that focus on the soil properties affecting land use and management. Results showed that the entry of more details in the soil classification at the lower levels of the Soil Taxonomy system while increasing the number of classes, leads to decreasing the overall accuracy and increasing uncertainty. It is noticeable that the ANNs model has a good accuracy up to the great group level through the acceptable level of overall accuracy (i.e., 75 %), hence it has a high degree of uncertainty. Therefore, the accuracy of the model could not be effective in its selection through the modeling process; however, paying attention to its uncertainty is also very important along with the model error.
     

    Conclusion

    Terrain attributes were the main predictors among different studied auxiliary information. The accuracy of the estimations with more observations is recommended to give a better understanding about the performance of DSM approach over low-relief areas. Further studies may still be required to distinguish new environmental covariates and introduce new tools to capture the complex nature of soils. Accordingly, we suggest using the other methods of soft computing for modeling in plain areas or low relief regions. Finally, the use of DSM methods is increasing over time and will eventually be considered as distinct and novel techniques.

    Keywords: Artificial Neural Network, Heris, Linear Regression, Prediction Models, Soil Classes
  • فرشته سیاحی، لاله دیوبند هفشجانی*، پروانه تیشه زن، حمید عبدل آبادی
    منابع آب برای زندگی انسان، رشد اقتصادی و حفظ محیط زیست حیاتی میباشند، اما با چالشهایی مانند تغییرات آب و هوایی و فعالیتهای انسانی، به ویژه در مناطق خشک مواجه هستند. برای رفع این مشکل، مدیریت پایدار آب بسیار مهم است. هوش مصنوعی، به ویژه یادگیری ماشین، به طور فزایندهای برای پیشبینی و مدیریت کیفیت آب استفاده میشود. این روش های هوش مصنوعی در تشخیص الگوها در داده های آب عالی هستند و به بهبود مدیریت کیفیت آب کمک می کنند. بنابراین در این مطالعه به بررسی کیفیت آب رودخانه مارون با استفاده از ترکیب روش تحلیل عاملی و یادگیری ماشین پرداخته شد. داده های 10 ساله پارامترهای مختلف کیفیت آب در سه ایستگاه جمع آوری گردید و شاخص کیفیت آب ایران برای هر سری داده محاسبه شد. سپس الگوریتم های مختلف یادگیری ماشین برای پیش بینی شاخص کیفیت آب به کار گرفته شده اند. در مرحله بعد تحلیل عاملی برای استخراج ویژگی های مهم ورودی به الگوریتم بهینه استفاده گردید. قابل ذکر است در هر مرحله عملکرد الگوریتمهای موردمطالعه با استفاده از معیارهای ارزیابی تعیین شد. نتایج نشان داد که در مرحله اول الگوریتم جنگل تصادفی (R2 (78/0)، RMSE (65/2)) بهترین عملکرد را در پیش بینی شاخص کیفیت آب داشت. همچنین مشخص شد که نیترات مهمترین پارامتر ورودی و اسیدیته کم اهمیت ترین پارامتر برای سه الگوریتم موردمطالعه است. قابل ذکر است در حالتی که تعداد ورودیها به 3 پارامتر با اهمیت کاهش یافت، عملکرد الگوریتم جنگل (R2 (74/0)، RMSE (86/2)) تصادفی تقریبا مشابه با 8 پارامتر ورودی بود. ترکیب بینش های حاصل از تحلیل عاملی و تحلیل اهمیت ویژگی ها می تواند درک جامع تری از روابط پیچیده بین پارامترهای کیفیت آب ارائه دهد و به ایجاد استراتژی های موثرتر برای مدیریت آب و کنترل آلودگی کمک کند.
    کلید واژگان: نیترات، رگرسیون خطی، جنگل تصادفی، معیار های ارزیابی
    Fereshteh Sayahi, Laleh Divband Hafshejani *, Parvaneh Tishehzan, Hamid Abdolabadi
    Water resources face challenges such as climate change and human activities. Sustainable water management is extremely important to solve this problem. More and more people are using artificial intelligence, especially machine learning, to predict and manage water quality. These AI methods are excellent at identifying patterns in water data and improving water quality management. This study examines the water quality of the Maroon River using a combination of factor analysis and machine learning. Data on various water quality parameters were collected from three stations over a period of ten years and the water quality index was calculated. Then, different machine learning algorithms were used to predict the water quality index. In a further step, factor analysis was performed to extract the important features of the input for the optimal algorithm. The performance of the studied algorithms was determined at each step using evaluation criteria. The results showed that in the first step, the Random Forest algorithm (R2 (0.78), RMSE (2.65)) had the best performance in predicting water quality index. It was also found that among the three algorithms studied, nitrate is the most important input parameter, while acidity is the least important. By reducing the number of inputs to 3 important parameters, the performance of the Random Forest algorithm (R2 (0.74), RMSE (2.86)) almost reached the level of 8 input parameters. Combining insights from factor analysis and feature importance analysis can provide a more comprehensive understanding of the complex relationships among water quality parameters and help develop more effective water management.
    Keywords: Nitrate, Linear Regression, Random Forest, Evaluation Criteria
  • حسین بیات، شیما صاحبی همراه، عیسی ابراهیمی*
    ظرفیت تبادل کاتیونی خاک یکی از مهمترین عوامل موثر در حاصلخیزی خاک است که اندازه گیری آن دشوار، زمان بر و هزینه بر است. استفاده از مدل ها و معادلات مختلف یکی از ساده ترین، ارزان ترین و سریع ترین روش های ارزیابی ظرفیت تبادل کاتیونی خاک است. لذا هدف از مطالعه حاضر ارزیابی تاثیر گروه بندی بر پایه ویژگی های مختلف بر عملکرد توابع در تخمین ظرفیت تبادل کاتیونی خاک و معرفی نوعی از گروه بندی که بهترین نتایج تخمین را دربرداشته باشد و همچنین مقایسه قابلیت تخمین ظرفیت تبادل کاتیونی با استفاده از روش شبکه های عصبی مصنوعی است. این مطالعه در سال 1400 در دانشگاه بوعلی سینا همدان انجام شد. در این پژوهش از 45948 نمونه خاک مربوط به پایگاه اطلاعاتی یکنواخت شده خاک های جهان استفاده گردید. ابتدا نمونه خاک های پایگاه اطلاعاتی در حالت های مختلف گروه بندی شدند. سپس برای کل داده و کلاس های مختلف هر گروه با استفاده از 9 متغیر تخمینگر شامل اجزای بافت خاک، کربن آلی، سولفات کلسیم، کربنات کلسیم، جرم مخصوص ظاهری، درصد اشباع بازی، مجموع کاتیون های بازی قابل تبادل واکنش خاک در 11 مدل ارزیابی شد. نتایج نشان داد در کلاس های بافتی ضریب بهبود نسبی در بخش آزمون شبکه عصبی مصنوعی برابر 87 درصد بود. همچنین نتایج نشان داد که RMSE در بخش آزمون در کلاس درشت بافت برابر 257/0 و برای کلاس ریز بافت برابر با 364/0 بود. به طورکلی نتایج نشان داد که استفاده از توابع به دست آمده که گروه بندی در آن ها موجب بهبود تخمین ظرفیت تبادل کاتیونی شده روشی آسان و کم هزینه در تخمین ظرفیت تبادل کاتیونی به شمار می رود.
    کلید واژگان: پایگاه اطلاعات خاک، رگرسیون خطی، شبکه عصبی مصنوعی، قابلیت اعتماد مدل
    Hossein Bayat, Shima Sahebi Hamrah, Eisa Ebrahimi *
    This study addresses the challenge of measuring soil cation exchange capacity (CEC), a vital factor influencing soil fertility, by exploring the impact of grouping soil samples based on different characteristics on the performance of estimation models. Recognizing the difficulties associated with traditional CEC measurement methods, the study employs a cost-effective and rapid approach using various models and equations. The research, conducted at Bu Ali Sina University in Hamedan, utilizes a substantial dataset of 45,948 soil samples from the standardized database of world soils. Soil samples are initially categorized into different groups, and nine estimator variables are examined across 11 models for the entire dataset and specific classes within each group. These variables include soil texture components, organic carbon, calcium sulfate, calcium carbonate, bulk density, base saturation percentage, total exchangeable base cations, and soil reaction. The results demonstrate that grouping soil samples, especially based on texture classes, significantly improves the performance of artificial neural network models, with a remarkable 87% relative improvement coefficient in the test section. The study reveals that data grouping enhances the model's estimation capabilities, as evidenced by reduced root mean square error (RMSE) values in the test sections for different texture classes. In conclusion, the findings suggest that utilizing functions derived from grouped data offers an effective and cost-efficient method for estimating soil cation exchange capacity. This approach provides valuable insights for soil fertility management, offering a simplified yet accurate means of assessing this critical soil parameter.
    Keywords: Soil Database, Linear Regression, Artificial Neural Network, Model Reliability
  • راضیه ابراهیمی، صفر معروفی*، حسین ترابزاده خراسانی

    با توجه به دشواری تهیه داده های برف سنجی به صورت میدانی، سنجش از دور به عنوان یک راه حل سریع و مقرون به صرفه در تهیه این داده ها و ارائه آن ها به مدل های اقلیمی شناخته شده است. یکی از مشکلات استفاده از داده های ماهواره ای در برف سنجی، وجود ابر در این تصاویر است که موجب گسستگی زمانی-مکانی داده ها، و در نتیجه کاهش کارایی آن ها می شود. هدف از این تحقیق، ارائه چارچوب مناسبی برای حذف اثر ابر در تصاویر ماهواره ای و تولید داده های برف سنجی ماهواره ای بدون مزاحمت ابر است. بدین منظور با کمک داده های زمینی عمق برف، متوسط دما و بارش روزانه در ایستگاه های زمینی برف سنجی در حوضه آبریز دریاچه ارومیه و بخش غربی حوضه دریای مازندران، تصاویر روزانه MOD10A1 سنجنده مودیس در دو مرحله به صورت زمانی-مکانی مورد پردازش قرار گرفتند. نتایج مدل رگرسیون خطی چند متغیره نشان داد که مقادیر شاخص تفاضلی نرمال شده برف (NDSI) با داده های زمینی ایستگاه های برف سنجی موجود همبستگی بالا (047/0=RMSE و 85/0=r) دارد. بر همین اساس مناطق پوشیده شده با ابر در تصاویر مودیس با مقادیر حاصل از مدل جایگزین شدند. در مرحله دوم، با کمک روش های زمین آماری و با لحاظ کردن موقعیت مکانی هر پیکسل، مقادیر جدید NDSI محاسبه شد. با بررسی رابطه بین NDSI و میزان بارش تجمعی برف در بازه زمانی دی تا اسفند ماه سال 1397، مشخص شد که جایگزینی تصاویر ماهواره ای اولیه با تصاویر تصحیح شده موجب افزایش ضریب تببین (R2) از 63/0 به 81/0 شده است. این امر نشان دهنده بهبود دقت در برف سنجی ماهواره ای با استفاده از روش حاضر است.

    کلید واژگان: برف سنجی، ایستگاه های زمینی، رگرسیون خطی، تصحیح تصاویر ماهواره ای، گسستگی مکانی-زمانی
    Razie Ebrahimi, Safar Marofi *, Hossein Torabzadeh Khorasani

    Remote sensing is a fast and cost-effective solution in preparing and presenting this data to climate models due to the difficulty of preparing snow meteorological data in the field. The presence of clouds is one of the problems of satellite images that cause temporal-spatial fragmentation of snow data and increase its resolution efficiency. This study aims to provide a suitable framework for removing the effect of clouds on satellite images and generating the satellite snow metering data without disturbing cloud effects. For this purpose, first, daily MOD10A1 images of the MODIS sensor products were refined (temporally and spatially) using local snow depth data, average temperature, and daily rainfall of the Lake Urmia catchment and western part of the Caspian Sea basin. A multivariate linear regression model application showed that the normalized snow differential index (NDSI) values correlate with existing snow metering station data (r= 0.85 and RMSE= 0.047). Accordingly, the cloud-covered areas in the MODIS images were replaced with the values obtained from the model. Then, new NDSI values were calculated using geostatistical methods and the location of each pixel's location. By examining the relationship between the NDSI and the cumulative snowfall from January to March 2016, it was found that replacing the primary satellite images with corrected images can increase the R2 from 0.63 to 0.81. Therefore the proposed methodology could improve the accuracy of satellite snow metering.

    Keywords: Snow Metering, Local Stations, Linear Regression, Satellite Image Correction, Spatio-Temporal Discontinuity
  • محمد سمیعی، سیدمرتضی سیدیان*، ابوالحسن فتح آبادی، نصرالدین جهانتیغ

    هدف از این تحقیق ارایه مدلی جهت محاسبه مقادیر دبی سیلاب با دوره بازگشت معین با استفاده از ویژگی های هندسی حوزه آبخیز و با ارایه مدل های چند متغیره می باشد. به منظور مدل سازی و شناخت عوامل تاثیر گذار در رخداد سیل در حوزه آبریز گرگانرود، وضعیت آماری تعداد 11 ایستگاه هیدرومتری حوزه آبخیز گرگانرود واقع در استان گلستان مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. پارامترهای مختلف تاثیر گذار شامل عوامل فیزیوگرافی، پوشش گیاهی، کاربری اراضی، خاک شناسی، زمین شناسی و آب وهوا شامل 31 متغیر مستقل در این تحقیق انتخاب شد. تجزیه وتحلیل اطلاعات و مدل سازی سیلاب به روش آماری رگرسیون چند متغیره انجام شد. بدین ترتیب مدل های منطقه ای سیلاب به روش Enter از دقت و صحت بالاتری نسبت به مدل های به دست آمده از روش Forward برخوردار می باشد. به طورکلی 13 متغیر از 31 متغیر مستقل وارد شده در آزمون رگرسیون چند متغیره به عنوان مهم ترین و تاثیرگذارترین عوامل در بروز سیلاب حوزه آبخیز گرگانرود شناسایی گردیده است. متغیرهای موثر شامل: ضریب گراولیوس، درصد مساحت سازندهای نفوذپذیر، شیب حوزه آبخیز، زمان تمرکز، مساحت آبخیز، سرعت جریان، درصد مساحت اراضی با جهت شمال، درصد مساحت اراضی با جهت جنوب، درصد مساحت اراضی مرتعی، درصد مساحت اراضی زراعی، درصد تراکم آبراهه با رتبه 3، دمای متوسط سالانه و بارندگی حداکثر سالانه می باشد. با استفاده از این روابط (مدل ها) می توان مقادیر دبی حداکثر لحظه ای با دوره بازگشت های 2، 10،5، 25، 50 و 100 ساله را در حوزه های فاقد آمار در زیر حوزه های گرگانرود به دست آورد.

    کلید واژگان: دبی پیک سیل، حوزه آبخیز گرگانرود، مدل سازی، رگرسیون خطی
    Mohamad Samiei, Morteza Seyedian *, Abolhasan Fathabadi, Nasrodin Jahantig

    The Objective of this research is to provide a model to calculate flood discharge values with a certain return period by using the geometric features of the watershed and by providing multivariable models.To understand flood occurrence in the Gorganrood watershed, we studied 11 hydrometric stations in Golestan province. Various influential parameters, including physiographic factors, vegetation, land use, soil science, geology, and weather including 31 independent variables were selected in this research. Data analysis and flood modeling were done by the multivariate regression statistical method. In this way, flood regional models using the Enter method have higher accuracy and precision than the models obtained using the Forward method. In general, 13 variables out of 31 independent variables included in the multivariate regression test have been identified as the most important and influential factors in the occurrence of floods in the Gorganrood watershed. The effective variables include: Gravel's coefficient, percentage of the area of permeable formations, watershed slope, concentration time, watershed area, flow velocity, percentage of land area with a north direction, percentage of land area with a south direction, percentage of pasture land area, percentage of agricultural land area, percentage Waterway density is ranked 3, as are average annual temperature and maximum annual rainfall.

    Conclusions

    By using these relationships (models), it is possible to obtain the values of the maximum instantaneous discharge with a return period of 2, 10, 5, 25, 50 and 100 years in the basins without statistics under the sub-basins of Gorganrood.

    Keywords: Flood Peak Discharge, Gorganrood watershed, Modeling, linear regression
  • خدیجه سیف زاده، داود زارع حقی*، سعید صمدیان فرد، محمدرضا نیشابوری، فاطمه میکائیلی

    تبخیر یکی از عوامل اثرگذار در چرخه هیدرولوژیکی است که تخمین صحیح آن نقش مهمی در توسعه پایدار و مدیریت بهینه منابع آب در کشورهای مواجه با بحران آب ایفا می کند. هدف از این پژوهش، ارزیابی عملکرد روش های داده کاوی جهت برآورد تبخیر روزانه از تشت کلاس A در ایستگاه تبریز می باشد. در این پژوهش از داده های هواشناسی روزانه ایستگاه تبریز در طی دوره 16 ساله (2018- 2003) استفاده گردید. برآورد میزان تبخیر از تشت کلاس Aبا استفاده از روش های رگرسیون بردار پشتیبان (SVR)، رگرسیون فرآیند گاوسی (GPR)، مدل درختی M5، جنگل تصادفی (RF) و رگرسیون خطی (LR) انجام گرفت. 10 سناریو ترکیبی بر اساس همبستگی بین متغیرهای هواشناسی و تبخیر برای واسنجی و صحتسنجی روش های مورد مطالعه مدنظر قرار گرفت. نتایج بررسی های آماری نشان داد که در ایستگاه تبریز، مقادیر تخمینی تبخیر روش GPR با جذر میانگین مربعات خطای برابر با 9/1 میلی متر بر روز و ضریب نش- ساتکلیف برابر با 81/0 و در روش SVR با جذر میانگین مربعات خطای برابر با 92/1 میلی متر بر روز و ضریب نش- ساتکلیف 80/0، از عملکرد مناسبی در شبیه‎سازی مقدار تبخیر روزانه از تشت کلاس Aبرخوردار بوده اند. در نهایت برای ایستگاه هواشناسی تبریز، مدل های GPR و SVR برای سناریو شماره 10 با همه متغیرها و دارا بودن بهترین عملکرد، به‎عنوان مدل‎هایی با دقت مناسب پیشنهاد گردید. همچنین متغیرهای سرعت باد و تابش خورشیدی به‎عنوان موثرترین متغیرها در برآورد میزان تبخیر از تشت کلاس A معرفی شدند.

    کلید واژگان: تبخیر، جنگل تصادفی، رگرسیون بردار پشتیبان، رگرسیون خطی، رگرسیون فرآیند گاوسی
    Khadigeh Seifzadeh, Davoud ZAREHAGHI *, Saeed Samadianfard, Mohammad Reza Neyshabouri, Fatemeh Mikaeili
    Background and Objectives

    Evaporation is one of the main components of hydrological cycle and one of the effective climatic variables in arid areas such as Iran. Accurate estimate of evaporation rate plays an important role in sustainable development and optimal management of water resources. Evaporation is one of the essential processes, because it depends on meteorological variables such as solar radiation, air temperature, wind speed, relative humidity and atmospheric pressure, which are related to the topography and the climate of the region. Class A pan-evaporation is one of the standard and direct tools for measuring evaporation, which is used all over the world due to its ease of application in determining evaporation. However, in most stations accurate evaporation recording is not practical due to instrument limitations and maintenance problems. On the other hand, the temporal and spatial distribution of evaporation stations compared to meteorological stations is limited, so according to the problems mentioned, the use of meteorological variables in estimating the rate of evaporation from the pan will be useful. In different regions, the impact of different climatic factors on changes evaporation from the pan has not be fully understood, so the relatively accurate estimation and prediction of this phenomenon is an effective step in the relevant fields. In recent years, for estimating the amount of evaporation from the pan, a variety of intelligent systems and software calculations such as data mining methods have been developed.

    Methodology

    In this study, meteorological data of Tabriz station in the period of 2003 to 2018 have been used to estimate the evaporation values from the class A pan. For this purpose, a simple correlation between meteorological variables and evaporation from class A pan was created and based on the result of this correlation, in the studied station the minimum temperature and relative humidity were inversely and the maximum and average temperature were directly affected by evaporation. Thus, ten combined scenarios were defined and modeling was performed using Support vector regression (SVR), Gaussian process regression (GPR), M5tree, Random forest (RF) and Linear regression (LR) methods. It should be noted that in this study, 70% of the data were selected for training and 30% for testing. Finally, the performance of each method in estimating evaporation values was evaluated using root mean squared error (RMSE), mean absolute error (MAE), Nash- Sutcliffe coefficient (NS) and Akaike information criterion (AIC).

    Findings

    The results showed that GPR10 method with RMSE = 1.90 mm/day, MAE = 1.48, NS = 0.81 and SVR10 method with RMSE = 1.92 mm/day, MAE = 1.51, NS = 0.8 had reasonable performance in estimating the values of daily evaporation from class A pan. The GPR method showed its higher capability to estimate daily evaporation values in all definition scenarios with the least error and the most accuracy. The SVR model with appropriate results was in the second place. The results of statistical parameters for random forest model were even weaker than the results of linear regression. In general, scenario number 10 with all meteorological variables and scenario number 1 with only the input minimum temperature variable had the best and weakest results among all defined scenarios, respectively. Scenarios 6 to 10 have more accuracy and less error and modeling structures with the least number of variables has the least accuracy. Also, wind speed and solar radiation variables were introduced as the most effective factors in estimating the evaporation rate from class A pan.

    Conclusion

    Evaporation is one of the important processes that cause the losses of half of precipitation in arid and semi- arid regions. Accordingly, knowledge of the amount of evaporation and its modeling as one of the most important hydrological variables in agricultural research and factors related to water and soil of great importance. So, accurate estimation of this phenomenon is essential. In this study, meteorological data from Tabriz station were utilized to assessment capability of machine learning methods. Evaporation values were estimated using five data mining methods including SVR, GPR, M5, RF and LR. Conclusively, the results of evaluation criteria indicated that GPR and SVR models using all variable of meteorological data performed more accurate than others. Finally, both of them are recommended to estimate the amount of evaporation from class A pan.

    Keywords: Evaporation, Gaussian process regression, Linear Regression, Random forest, Support Vector Regression
  • مجتبی قره محمودلو*، مریم صیادی
    مقدمه

    با توجه به پیچیدگی و مشکلات استفاده از برخی شاخص ها، یافتن ارتباط ساده تر بین پارامترهای فیزیکوشیمیایی و شاخص ها از اهمیت بالایی برخوردار است. این پژوهش به منظور تعیین روابط بین پارامترهای فیزیکوشیمیایی و شاخص های کیفی آب در بخش های مختلف انجام شد.

    روش

    در این پژوهش، ابتدا تیپ غالب آب رودخانه های گاماسیاب و قره سو با استفاده از نمودار شعاعی تعیین گردید. سپس به منظور طبقه بندی کیفی آب این دو رودخانه از چهارده شاخص کیفی آب در بخش های شرب، کشاورزی و صنعت به همراه استانداردهای ملی آب شرب 1053 و WHO استفاده شد. جهت تعیین روابط بین شاخص های کیفی و پارامترهای فیزیکوشیمیایی آب از رگرسیون خطی استفاده شد. در نهایت برای صحت و سقم نتایج حاصل از رگرسیون خطی، روابط بدست آمده برای دو منابع آبی دیگر (رودخانه و خلیج گرگان) آزمایش شد.

    یافته ها

    براساس نتایج هیدروشیمی، تیپ غالب آب هر دو رودخانه Ca-HCO3 می باشد. براساس دیاگرام ها و معیارهای مربوط به شرب و کشاورزی، کیفیت آب هر دو رودخانه در محدوده مطلوب قرار دارد. نتایج شاخص های لانژیلر، رایزنر، لارسون-اسکلد و پوکوریوس نشان داد که آب رودخانه ها در بخش صنعت خورنده می باشد. همچنین وضعیت کیفی آب در ایستگاه های مورد مطالعه جهت شرب دام مناسب می باشد. نتایج حاصل از رگرسیون خطی بین شاخص های کیفی با پارامترهای فیزیکوشیمیایی آب و برخی نسبت های یونی نشان داد روابط حاصله برای محاسبه شاخص های کیفی را می توان برای تیپ های مختلف آب از شیرین تا شور استفاده نمود. همچنین، مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی رگرسیون خطی با شاخص های کیفی آب، نشان از دقت بالای روابط حاصله در طبقه بندی آب برای مصارف مختلف دارد.

    نتیجه گیری

    یکی از متداول ترین روش ها برای تعیین کاربری آب در بخش های مختلف استفاده از شاخص های کیفی آب است. نتایج حاصل از روابط حاصله از رگرسیون خطی نشان از عملکرد و کارایی بهتری نسبت به روش های طبقه بندی پیشین آب دارد. برازش پارامترهای کیفی رودخانه اوغان و خلیج گرگان با روابط بدست آمده از رگرسیون خطی نشان از همپوشانی و برازش مطلوب روابط استخراجی با شاخص های کیفی آب دارد. این امر بیانگر سازگاری روابط حاصله با تیپ آب های شیرین و شور می باشد. بنابراین پیشنهاد می گردد که از این روابط در رودخانه های تیپ بی کربنات کلسیک و کلره سدیک در طبقه بندی آب جهت مصارف مختلف استفاده شود.

    کلید واژگان: آزمون کولموگروف-اسمیرنوف، پارامترهای کیفی آب، رگرسیون خطی، شاخص های کیفی آب
    Mojtaba G.Mahmoodlu *, Maryam Sayadi
    Introduction

    It is important to find a simple connection between physic-chemical parameters and indices due to complexity and difficulties of using some indices. This research was performed to determine the relationship between physicochemical parameters and water quality indices

    Methods

    In this research, dominant water type of Gamasyab and GharehSou rivers was first determined using radial diagram. Then, to classify the water quality of two rivers, 14 quality water indices together with national standards for drinking water 1053 and WHO were used. Linear regression was used to determine the relationships between quality indices and physicochemical parameters. Finally, for the accuracy of the results of linear regression, the obtained relationships were tested for two other water sources (river and Gorgan Bay).

    Findings

    Based on hydrochemical results, the predominant type of water in both rivers is Ca-HCO3. Based on diagrams and criteria related to drinking and agriculture, the water quality of both rivers is in the desired range. The results of Langelier, Ryznar, Larsson-Skold and Puckorius indices showed that water quality for the industrial sector was relatively corrosive. Also, the water quality at the study stations is suitable for livestock drinking. The results of linear regression between quality indices with physicochemical parameters of water and some ion ratios showed that the resulting relationships for calculating quality indices can be used for different water types from fresh to saline. Also, comparing the results of linear regression simulations with water quality indicators, indicates the high accuracy of the relationships in water classification for different uses.

    Keywords: Kolmogorov-Smirnov Test, Water quality parameters, linear regression, Water quality indices
  • زهره فرجی، عباس کاویانی*، پیمان دانشکار آراسته
    زمینه و هدف

    دمای سطح زمین (LST) یکی از مهم ترین پارامترهای موثر بر محیط و سیستم های اکولوژیکی است و بر بسیاری از فرآیندهای سطح زمین تاثیرگذار است. LST به طور گسترده ای در مطالعات رطوبت خاک، گرمای سطح زمین شهری، نظارت بر محیط زیست، شبیه سازی فرآیند بیوژیوشیمیایی محیطی و ارزیابی تغییرات آب و هوا استفاده می شود. لذا توسعه روش هایی به منظور تخمین هرچه دقیق تر مکانی و زمانی این پارامتر کلیدی، کمک شایانی به توسعه بخش کشاورزی و حفظ منابع آبی می کند. هدف از تحقیق حاضر، ارزیابی نتایج روش های ریزمقیاس سازی DisTRAD و TsHARP به منظور افزایش قدرت تفکیک مکانی تصاویر حرارتی سنجنده مادیس حاصل از ماهواره های ترا و آکوا، از 1000 متر به 250 متر است.

    روش پژوهش

    روش پژوهش در مقاله حاضر از نظر هدف، کاربردی و از نظر روش انجام کار مبتنی بر روابط همبستگی است.

    یافته ها

    عملکرد روش های ریزمقیاس سازی حرارتی DisTRAD و TsHARP توسط شاخص میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین انحراف خطا (MBE) ارزیابی شدند. بررسی نتایج حاکی از آن است که بین داده های تصاویر ریزمقیاس شده دمای سطح زمین توسط روش های DisTRAD و TsHARP با داده های تصویر مادیس 1000 متری از سنجنده Terra، مقدار RMSE برای تاریخ 13 اردیبهشت 1398 به ترتیب برابر با 77/1 و 7/1 درجه سانتی گراد و R2 حدود 53 درصد و برای 25 مهر 1398 به ترتیب برابر با 44/2 و 38/2 درجه سانتی گراد و R2 حدود 85 درصد است.

    نتایج

    بررسی نتایج ماهوراه های ترا و آکوا، به طور کلی نشان دهنده برتری نتایج ماهواره ترا نسبت به آکوا است. دلیل اصلی آن می تواند ساعت متفاوت گذر ماهواره ها از منطقه مورد مطالعه باشد. همچنین با توجه به اینکه تغییرات رطوبتی خاک و پهنه های آبی نظیر رودخانه کارون از عوامل اصلی ایجاد خطاست، لذا استفاده از این روش های ریزمقیاس سازی تنها در مناطق فاقد تغییرات زیاد رطوبتی توصیه می شود.

    کلید واژگان: LST، NDVI، رگرسیون خطی، کشت و صنعت امیرکبیر
    Zohreh Faraji, Abbas Kaviani *, Peiman Danesh Kar Arasteh
    Background and Aim

    Land surface temperature (LST) is a key boundary condition in many ground-based modeling schemes based on remote sensing. Previous literature has shown that LST products from satellite imagery can be used to detect land surface changes, including urbanization, deforestation and desertification, which can improve our ability to monitor surface changes continuously. The objective of the present study was to evaluate the results of DisTRAD and TsHARP thermal sharpening methods to downscale the spatial resolution of MODIS LST from 1000 m to 250 m.

    Method

    The research method in the present article is applied in terms of purpose and based on correlation relations in terms of method of work.

    Results

    The performance of DisTRAD and TsHARP thermal downscaling methods were evaluated by the Root Mean Square Error (RMSE) and the Mean Bias Error (MBE) between the downscaled and original LSTs. Statistical analysis showed that the RMSE between the downscaled images of DisTRAD and TsHARP methods with the original LST (1000 m (terra)) for 3 May 2019 were found to be 1.77 ° C and 1.7 ° C, respectively, whereas the R2 were found to be about 53% and for 17 October 2019, the RMSE were found to be 2.44 ° C and 2.38 ° C respectively, whereas the R2 were found to be about 85%.

    Conclusion

    The study of the results of Terra and Aqua satellites generally shows the superiority of Terra satellite results over Aqua. The main reason could be the different passage times of the satellites from the study area. Since that changes in soil moisture and water body such as the Karun River are common sources of error, so the use of these methods is recommended only in areas without excessive changes in moisture.

    Keywords: LST, NDVI, Linear regression, Amirkabir agro-industry
  • جلال حیدری*، علیرضا واعظی، محمدامیر دلاور

    ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک متغیرهای مهمی در فرآیند تولید رواناب و رسوب هستند. این پژوهش با هدف شناسایی مهم ترین ویژگی های موثر خاک بر تولید رواناب و رسوب در نوارهای حاصل از کشت گندم دیم انجام گرفت. برای این منظور سه کشتزار دیم با شیب متوسط 15 درصد و تحت شرایط آیش در جنوب غربی استان کرمانشاه انتخاب شد. در هر زمین شیارهایی به طول پنج متر و عرض و عمق 30 سانتی متر به وسیله دستگاه ردیف کار ایجاد شد. برای بررسی تولید رواناب و هدررفت خاک، از جریان هایی با شدت 5/0 و 5/1 لیتر بر دقیقه به مدت 60 دقیقه در سه تکرار استفاده شد و مقدار رواناب و هدررفت خاک از شیارها اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که در هر دو شدت جریان، مقدار رواناب و هدررفت خاک همبستگی منفی و معنی دار با متغیرهای شن، رس، ماده آلی، نفوذپذیری و نسبت رس به سیلت داشتند (01/0p<) و در مقابل همبستگی مثبت و معنی دار با سیلت (01/0<p) و چگالی ظاهری خاک (05/0<p) داشتند. نتایج تجزیه رگرسیون خطی چندگانه نشان داد که در شدت جریان 5/0 لیتر بر دقیقه با بهره گیری از متغیرهای نسبت رس به سیلت، ماده آلی و نفوذپذیری خاک می توان مقدار رواناب و هدررفت خاک از نوارهای کشت را به ترتیب با ضریب تعیین 94/0 و 81/0 برآورد نمود. هم چنین در شدت جریان 5/1 لیتر بر دقیقه با استفاده از مقدار ماده آلی و نفوذپذیری خاک می توان مقدار رواناب و هدررفت خاک را به ترتیب با ضریب تعیین 90/0 و 94/0 برآورد نمود.

    کلید واژگان: توزیع اندازه ذرات، شدت جریان، رگرسیون خطی، نفوذپذیری خاک، محتوای ماده آلی
    Jalal Heidary *, Ali Reza Vaezi, Mohammad Amir Delavar

    Soil physicochemical properties are important variables in runoff production and soil loss. This research was conducted to find the most important soil properties affecting runoff and soil loss in rainfed wheat furrows under fallow condition. To this end, three rainfed landswith 15% slope gradient were selected in south west of Kermanshah province. In each land, furrows with 5 m in length and 30 cm in width were created using sowing set. Runoff and sediment were measured using simulated flows with a discharge of 0.5 and 1.5 lit.min-1 for 60 minutes in three replications. The results showed that in the two flow discharges (0.5 and 1.5 lit.min-1) runoff and soil loss are negatively correlated with clay, sand, soil permeability (If), organic matter and clay to silt ratio (p<0.01), while positive correlations were found between them and silt (p< 0.01) and bulk density (p< 0.05). The results of multiple linear regression analysis showed that runoff production and soil loss by a 0.5 lit.min-1 flow discharge can be estimated using using the clay to silt ratio, organic matter and soil permeability (If) with a R2 of 0.94 and 0.81, respectively. Runoff production and soil loss by a 1.5 lit.min-1 flow discharge can be estimated using soil organic matter and soil permeability (If) with a R2 of 0.90 and 0.94, respectively.

    Keywords: Flow discharge, linear regression, particle size distribution, organic matter content, soil permeability
  • محمود ارجمند شریف، هادی جعفری*

    آبخوان مشهد چناران با وسعت حدود 2527 کیلومتر مربع، مهم‏ترین آبخوان استان خراسان رضوی است. در این تحقیق، زمان واکنش آب زیرزمینی نسبت به بارش با استفاده از داده های 31 حلقه چاه مشاهده‏ای به روش همبستگی متقابل در یک دوره 15 ساله (سال آبی 81 - 1380 تا 95 - 1394) تعیین شده است. نتایج آزمون همبستگی نشان می‏دهد، پس از گذشت حدود 2 تا 3 ماه، تاثیر بارش به تدریج بر سطح آب زیرزمینی مشاهده شده و ضریب همبستگی در سطح خطای 95 و 90 درصد به ترتیب برای 77 و 97 درصد از چاه ها معنی دار می شود. حداقل زمان تاخیر، 2 ماه و حداکثر آن نیز 7 ماه برآورد شده است. به طور کلی، زمان تاخیر برآورد شده تطابق خوبی با عمق آب زیرزمینی که بیانگر ضخامت ناحیه غیراشباع است، دارد و به صورت کامل از الگوی نقشه هم عمق تبعیت می نماید. مقدار تغذیه در سراسر آبخوان مشهد- چناران بیشتر توسط شرایط ناحیه غیراشباع (ضخامت، جنس و...) کنترل و تغییرات عمق آب زیرزمینی به نوعی عامل اصلی ایجاد تاخیر زمانی بین وقوع بارندگی و شروع تغذیه در آبخوان محسوب می شود. با شروع بارندگی از اواخر مهرماه، تغذیه آب زیرزمینی در اغلب چاه ها از اواسط فصل پاییز شروع شده و تا اواخر فصل بهار ادامه می یابد. بیشینه مقدار تغذیه در اواخر فصل زمستان صورت می گیرد. در فصل تابستان، بارندگی نقش بسیار کم رنگی در تغذیه دارد و استخراج بی رویه آب از آبخوان و به تبع آن افت شدید و ادامه دار سطح ایستابی، نقش اصلی در نوسانات آب را ایفا می کند.

    کلید واژگان: رگرسیون خطی، ضریب همبستگی پیرسون و ضریب همبستگی متقابل، واکنش آب زیرزمینی نسبت به بارش، همبستگی نگار متقابل
    M. Arjmand Sharif, H. Jafari *
    Introduction

    In hydrological studies, time series are observed as continuous or discrete. Groundwater level and rainfall can be considered as discrete time series. The most common way to measure the dependence between two variables in a discrete time series is to calculate the Pearson correlation coefficient (r). Pearson correlation test is a parametric test that quantitatively measures the linear relationship between variables. This coefficient is essentially a dimensionless index that describes the relationship between two variables numerically. The groundwater level is more or less influenced by rainfall, and this influence may be delayed for a variety of reasons. The process of comparing two time series in different time steps is called cross-correlation. In the cross-correlation analysis, the time-dependent relationship between the dependent and the independent variables is analyzed by computing the coefficients of cross-correlation for various time lags. Results are plotted on a graph called a cross-correlogram.Mashhad-Chenaran aquifer with an area of about 2527 km2 is the most important aquifer in Khorasan Razavi province. Unfortunately, so far in the Mashhad-Chenaran aquifer, the recharge lag time has not been calculated due to the very complex geological and hydrogeological conditions of the aquifer. In this study, an attempt has been made to calculate the groundwater recharge lag time.

    Materials and Methods

    In this study, 15 years (Sep. 2001 to Sep. 2016) data of monthly depth to water-table and rainfall have been used . There is 74 active observation well in Mashhad-Chenaran aquifer. Out of 74 wells, 31 well were selected based on geological and hydrogeological conditions. To calculate the rainfall at the observation wells, the daily rainfall data from rain gauge and evaporation stations (25 rain gauge stations and 9 evaporator stations) have been used. First, the cumulative daily rainfall at each station for one month (from 15 months to 15 months later) was calculated. Then, a monthly rainfall raster was prepared using ArcGIS.Finally, the rainfall at the observation well was extracted from the raster file.

    Results and Discussion

    The correlation coefficient between the groundwater level and rainfall was calculated for the 31 wells at two confidence levels (α = 0.05 and α = 0.1). The lag time was calculated based on the highest correlation coefficient for the two confidence levels. Results showed that the cross-correlation coefficient varied from at least 0.129 in the Tanglshour-Morgh Pardak observation well (very weak) to 0.495 in the Kalateh Sheikhha observation well (moderate). The coefficients of cross-correlation for various time lags were plotted on the cross-correlogram. In cross-correlogram, the month zero was equivalent to October and the month 11 was equivalent to September of the next year. It was observed that the trend of correlation coefficient followed the two specific patterns. In the first group, the water table usually reacts to rainfall after the second month. Then, the correlation coefficient gradually increased. The correlation coefficient reached its maximum in the fourth and fifth months and then decreased with a gentle slope. From the seventh month to the eleventh month the correlation coefficient has become negative. Although there was a significant relationship during these months, there was no cause-and-effect relationship between changes in the water table and rainfall. In the second group, the relationship between the groundwater level and rainfall was not significant at the 95% confidence level. This group includes Doghai observation wells, Qarachah, Shurcheh, Mochenan, Yekehlengeh, Chamgard, Ghahghahe, Tangleshour - Morgh Pardak, and Shorcheh. Changes in the correlation coefficient of these wells were very irregular and the relationship between rainfall and water table changes was probably influenced by other factors. The map of lag time showed that the spatial variations of the lag time completely followed the pattern of the Iso-depth map. In general, the lag time was a function of the depth to the water-table in the Mashhad-Chenaran aquifer. With increasing water depth, the lag time also increased. A closer look at the map showed that in the northern and southern margins of the first hydrogeological unit, the lag time was more than its center. In the northern and southern hydrogeological units, the lag time showed the greatest compliance with the groundwater depth. The amount of lag time from the northern margin of the aquifer to the south gradually increased and finally reached its maximum value in the Akhlamad, Torqabeh-Shandiz.

    Conclusion

    As discussed previously, the groundwater level was influenced by rainfall, and this influence may be delayed for a variety of reasons. In this study, the groundwater response to rainfall has been estimated from 31 observation wells by cross-correlation method in a period of 15 years (Sep. 2001 to Sep. 2016). The correlation test results showed that after about 2 to 3 months, the effect of rainfall was gradually observed on the groundwater level and the correlation coefficient at the confidence level α = 0.05 and α = 0.1 for 77 % and 97% of wells became meaningful, respectively. The minimum lag time was 2 months and the maximum was 7 months. In general, the estimated lag time was well matched to the groundwater depth and fully followed the Iso-depth map pattern. The amount of groundwater recharge throughout the Mashhad-Chenaran aquifer was mainly controlled by the unsaturated area properties such as thickness, material, etc. Changes in groundwater depth were the major factor affecting the lag time. It seems that with the start of rainfall in late October, groundwater recharge in most wells begin in mid-autumn and continues until late spring. Most of the groundwater recharge takes place in late winter. In summer, rainfall has a very small role in groundwater recharge. In this period, the uncontrolled extraction of water from the aquifer and consequently a sharp and continuous drop in groundwater level plays a major role in water table fluctuations.

    Keywords: Cross-correlogram, Groundwater response to rainfall, linear regression, Pearson correlation coefficient, Cross-correlation coefficient
  • اردوان قربانی*، مهدی معمری، فرید دادجو، لیدا عندلیبی

    هدف این تحقیق مدل سازی زی توده گیاهی فرم های رویشی و کل توسط پارامترهای خاک در مراتع هیر- نیور استان اردبیل بود. ابتدا با درنظر گرفتن تیپ های گیاهی و عوامل محیطی، در مرحله اوج رویش گیاهان، زی توده گیاهی با استفاده از پلات های یک مترمربعی به روش قطع و توزین برداشت شد. در امتداد هر یک از ترانسکت ها یک نمونه خاک برداشت و به آزمایشگاه خاک شناسی منتقل و برخی خصوصیات آن با روش های متداول اندازه گیری شد. با استفاده از رگرسیون خطی چندگانه توسط عوامل خاک، معادله پیش بینی زی توده فرم های رویشی و کل سطح مراتع استخراج و نقشه های مربوطه شبیه سازی شد. با توجه به نتایج، پارامترهای سیلت، هدایت الکتریکی، کلسیم، پتاسیم محلول، کربن آلی، کربن آلی ذره ای، pH، منیزیم، آهک، رس، فسفر و رطوبت حجمی بیشترین اثرگذاری و درصد پیش بینی را داشتند (01/0>P). صحت نقشه های شبیه سازی شده نیز با استفاده از معیار RMSE برای گندمیان، پهن برگان علفی، بوته ای ها و کل به ترتیب 81/0، 65/0، 34/0 و 46/0 محاسبه شد. یافته های این تحقیق نه تنها به اهمیت عوامل خاک بر تغییرات زی توده مراتع اشاره دارد، بلکه به عنوان اطلاعات پایه برای مدیریت مراتع در راستای ایجاد حالت تعادل در میزان عرضه و تقاضای انرژی و توازن کربن اکوسیستم قابل استفاده است.

    کلید واژگان: زی توده، فرم رویشی، شبیه سازی، رگرسیون خطی، معادله پیش بینی
    A. Ghorbani*, M. Moameri, F. Dadjou, L. Andalibi

    The purpose of this study was to model biomass with soil parameters in Hir-Neur rangelands of Ardabil Province. Initially, considering the vegetation types and different classes of environmental factors, at the maximum vegetative growth stage, using one square meter plot, biomass was estimated by clipping and weighing method. For each transect, a soil sample was taken and transferred to the soil laboratory and the various parameters were measured by conventional methods. The relationship between soil factors and the rangeland biomass was analyzed and simulated using linear multiple regression. Among the measured soil factors, the Silt, EC, Ca, Ksoluble, OC, POC, pH, Mg, TNV, clay, P, and volumetric moisture had the highest effect and percentage of biomass forecast (p<0.01). The accuracy of the simulated maps was analyzed using RMSE criteria and for grasses, forbs, shrubs, and total biomass were equal to 0.81, 0.65, 0.34, and 0.46, respectively. The results of this study, not only point out the importance of soil factors on the biomass but also as a baseline data for managing rangelands, supply-demand, and carbon balance can be used in the current section.

    Keywords: Biomass, Vegetative form, Simulating, Linear regression, Prediction equation
  • مسعودرضا حسامی کرمانی*، رضا ولی پرست فرخانی

    پیش بینی میزان مصرف آب در مناطق شهری اهمیت کلیدی در مدیریت عرضه آب دارد. مدل پیش بینی مصرف آب می‌تواند در برنامه‌ریزی منابع آب و گسترش زیر ساخت‌ها و همچنین بهبود کنترل و بهره-برداری از سیستم‌های منابع آب استفاده شود. در این تحقیق عملکرد مدل‌های رگرسیون خطی چند متغیره، سیستم استنتاج نروفازی ‌تطبیقی، رگرسیون موجکی و نروفازی موجکی در پیش‌بینی تقاضای آب شهرکرمان مورد ارزیابی قرارگرفت. بدین منظور برای پیش‌بینی مصرف آب هفتگی شهر کرمان از داده‌‌های 12‌ سال (1396 - 1385) مصرف آب هفتگی و پارامترهای هواشناسی (حداکثر دما و مجموع بارش هفتگی) استفاده گردید. از داده‌های سال‌های 1385 تا 1393 (469 هفته) به منظور آموزش و داده‌های سال‌های 1394 تا 1396 (157 هفته) برای شبیه‌سازی استفاده گردید. در مدل‌های رگرسیون موجکی و نروفازی موجکی سری-های زمانی مصرف آب، حداکثر دما و بارش، توسط انتقال گسسته موجک به زیر سری‌های تقریب و جزییات در سطوح مختلف تجزیه گردید و به عنوان ورودی مدل‌های مبتنی بر موجک به‌کار گرفته شد. عملکرد مدل-ها توسط شاخص‌های آماری ضریب همبستگی، ضریب تعیین، ریشه میانگین مربعات خطا و میانگین قدر مطلق خطا ارزیابی گردید. نتایج بدست آمده نشان می‌دهند که مدل‌ رگرسیون موجکی (0/92 = R2) و مدل نروفازی موجکی (0/94 = R2) در مقایسه با سایر مدل‌ها از عملکرد بسیار بالاتری برخوردار می‌باشند.

    کلید واژگان: تبدیل موجک گسسته، تقاضای آب شهری، پیش بینی، رگرسیون خطی، نروفازی
    MasoudReza Hessami Kermani*, Reza Valiparast Farkhani

    In the discussion of water demand management, it is important to have a predictive model of water consumption for the coming days. Such model can be useful in taking management decisions such as water rationing policies, water removal rates from wells and suitable timing for pumping water. Predicting water consumption in urban areas is of key importance for water supply management. Predictive modeling for water consumption can be used for planning water supply and expanding infrastructure for new developments and improving the control and operation of the water resources systems. In this research, the performance of Multi Linear Regression (MLR), Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS), coupled Wavelet and MLR (WR) and coupled Wavelet and ANFIS (WANFIS) were evaluated in predicting water demand in Kerman City, Iran. For this purpose, weekly time series of water consumption and meteorological parameters including maximum temperature and total precipitation were used to predict weekly water consumption based on 12 years data from 2006 to 2017. The data from 2006 to 2014 (469 weeks) were considered for the training of MLR, WR, ANFIS and WANFIS models and the remaining data from 2015 to 2017 (157 weeks) were used for the validation of various mentioned models. In WR and WANFIS wavelet-based models, the weekly time series of water consumption, maximum temperature and precipitation are decomposed by discrete wavelet transformation (DWT) to sub-series of approximations and details at various levels which are used as inputs of wavelet based models. The objective of multiple linear regression (MLR) analysis is to study the relationship between several independent or predictor variables and a dependent or criterion variable. The aim of this method is to determine the regression parameters by which the estimated values are efficient and consistent. Coupled Wavelet and Multi Linear Regression (WR) models are MLR models which use, as inputs, subseries components which are derived from the use of the Discrete Wavelet Transform (DWT) on the original time series data. Fuzzy Inference System (FIS) is a rule based system consisting of three components: (i) a rule-base, containing fuzzy if-then rules; (ii) a data-base, defining the membership functions (MF); and (iii) an inference system that combines the fuzzy rules and produces the system results. Fuzzy Logic (FL) is employed to describe human thinking and reasoning in a mathematical framework. The main problem with fuzzy logic is that there is no systematic procedure to define the membership function parameters. The construction of the fuzzy rule necessitates the definition of premises and consequences as fuzzy sets. On the other hand, an ANN has the ability to learn from input and output pairs and adapt to it in an interactive manner. In recent years, the ANFIS method, which integrates ANN and FL methods, has been developed. ANFIS has the potential benefits of both these methods in a single framework. ANFIS eliminates the basic problem in fuzzy system design, defining the membership function parameters and design of fuzzy if-then rules, by effectively using the learning capability of ANN for automatic fuzzy rule generation and parameter optimization. Coupled wavelet and Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (WANFIS) models are ANFIS models which use, as inputs, subseries components which are derived from the use of the Discrete Wavelet Transform (DWT) on the original time series data. In this comparative study, the performance of all predictive models was evaluated by statistical indices including coefficient of correlation (R), coefficient of determination (R2), root mean square error (RMSE) and mean absolute error (MAE). The obtained results from this study suggest that the wavelet-based models including the WR model (for training: R2 = 0.92, RMSE = 34151 m3, MAE = 23908 m3 and for simulation R = 0.97, RMSE = 23486 m3, MAE = 16788 m3) and the WANFIS (for training: R2 = 0.94 RMSE = 29179 m3, MAE = 20675 m3 and for simulation: R = 0.92, RMSE = 43698 m3, MAE = 29305 m3) have much higher performance compared to the MLR and ANFIS models. By the results, it can be concluded that the best models for predicting weakly water consumption in Kerman City are those with the imputes of water consumption, maximum temperature, and total precipitation of last two weeks and data decomposition level of 3 via discrete wavelet transformation method.

    Keywords: Discrete Wavelet Transformation, Urban Water demand, Prediction, Linear Regression, Neuro, Fuzzy
  • سمیرا زندی فر*، زهره ابراهیمی خوسفی، محمد خسروشاهی، مریم نعیمی

    وقوع پدیده فرسایش بادی و انتشار ذرات گرد و غبار یکی از عوامل مهم و تهدید کننده محیط زیست به شمار می رود. تغییر اقلیم و تناوب وقوع خشکسالی ها، نقش مهمی بر تشدید و یا تضعیف این رخدادها داشته است. هدف اولیه پژوهش حاضر، بررسی روند تغییر چهار عنصر مهم اقلیمی (بارندگی، دما، سرعت باد و رطوبت نسبی) و شاخص توفان گرد و غبار (DSI) در شهرستان قزوین با استفاده از آزمون من کندال پیش سفید شده و تعیین ارتباط بین آنها بر اساس روش رگرسیون خطی چندگانه است. ارزیابی وضعیت خشکسالی های هواشناسی بر اساس دو شاخص بارش استاندارد شده و شاخص بارش و تبخیر و تعرق استاندارد شده و تحلیل اثر آنها بر میزان فعالیت رخدادهای گرد و غبار هدف بعدی این پژوهش، در منطقه مطالعاتی است. بدین منظور پس از تهیه و پردازش داده های اقلیمی و محاسبه شاخص توفان گرد و غبار، نسبت به بررسی روند تغییرات و ارتباط پارامترهای اقلیمی و رخدادهای گرد و غبار اقدام شد. نتایج حاصل نشان داد که روند تغییرات سالانه بارندگی و رطوبت نسبی در شهرستان قزوین، افزایشی و روند تغییرات سالانه سرعت باد و دمای متوسط هوا، کاهشی بوده است. همچنین بررسی روند تغییرات ماهانه رخدادهای گرد و غبار نشان داد که تنها در ماه ژولای روند کاهشی شدیدی در وقوع پدیده فرسایش بادی و انتشار ذرات گرد و غبار داخلی، رخ داده است. در مقیاس فصلی به استثنای فصل زمستان که بدون روند گزارش شده است، در سایر فصول، از شدت وقوع این رویدادها به میزان قابل توجهی کاسته شده است. اثر خشکسالی هواشناسی بر رخداد فرسایش بادی در سطح اطمینان 99 درصد، 11 درصد برآورد شد. به طور کلی، این یافته ها بیانگر سیر کاهشی تخریب اراضی و بیابان زایی ناشی از فرسایش بادی در شهرستان قزوین است.

    کلید واژگان: فرسایش بادی، شاخص توفان گرد و غبار، تغییر اقلیم، رگرسیون خطی، قزوین
    S. Zandifar*, Z. Ebrahimikhusfi, M. Khosroshahi, M. Naeimi

    The occurrence of wind erosion and the spread of dust particles can be regarded as one of the most important and threatening environmental factors. Climate change and the frequency of droughts have played an important role in exacerbating or weakening these events. The primary objective of the present study was to investigate the trend of changes in four important climatic elements (precipitation, temperature, wind speed and relative humidity) and dust storm index (DSI) in Qazvin city using the Mann-Kendall pre-whitened test and to determine the relationship between them based on the multiple linear regression method. Assessment of the meteorological drought status based on two standardized precipitation index and standardized precipitation, as well as the evapotranspiration index and analysis of their effect on activity level of dust events, was the other objective of this study in the study area. For this purpose, after preparing and processing the climatic data and calculating the dust storm index, the trend of changes and the relationship between climatic parameters and dust events were investigated. The results showed that the changes of trend in the annual precipitation and relative humidity in Qazvin city were increasing, while the trend of annual changes in the wind speed and the mean air temperature was a decreasing one. Investigation of the monthly changes in the dust events also showed that there was a sharp decrease in the occurrence of wind erosion and the spread of domestic dust particles only in July. On a seasonal scale, with the exception of winter that has been reported without trends, in other seasons, the intensity of these events was significantly reduced. The effect of the meteorological drought on wind erosion was estimated to be 11% at the confidence level of 99%. In general, these findings indicate a decreasing trend of land degradation and desertification caused by wind erosion in Qazvin.

    Keywords: Wind Erosion, Dust Storm Index, Climate Change, Linear Regression, Qazvin
  • بهنوش کمالی، علی مهدوی مزده*، عباس ستوده نیا

    دشت قزوین به لحاظ کشت انواع محصولات کشاورزی یکی از مهم‏ترین دشت‏های ایران به شمار می‏آید. با توجه به اینکه هر ساله در این منطقه مقادیر بالایی از کودهای فسفاتی به منظور افزایش تولید محصول استفاده می‏گردد، بررسی چگونگی رفتار فسفر در خاک‏های این منطقه از اهمیت ویژه‏ای برخوردار است. بدین منظور در این مطالعه با استفاده از آزمایش‏های رآکتوری به بررسی جذب تعادلی و سینتیک فسفر در خاک مناطق مختلف دشت قزوین پرداخته شد. به این ترتیب که نمونه‏های خاک در بازه‏های زمانی مختلف در تماس با غلظت‏های مختلف فسفر محلول در دستگاه شیکر قرار داده شده و مقادیر نهایی فسفر محلول و جذب شده به نمونه‏های خاک تعیین گردید. مطابق با نتایج این مطالعه، ایزوترم لانگمیر با ضریب تعیین بین 87/0 تا 99/0 مناسب‏ترین معادله در پیش‎بینی جذب تعادلی فسفر در خاک‏های چهار منطقه زعفران، کوچار، مهدی ‏آباد و کمال ‏آباد بوده و معادله کو و لوتس با ضریب تعیین 974/0 بالاترین دقت را در برآورد جذب سینتیک فسفر در نمونه خاک منطقه مهدی ‏آباد داشته است. همچنین ضرایب همبستگی رگرسیون خطی بین تعدادی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک و ضرایب جذب معادله لانگمیر با استفاده از نرم‏افزار Minitab تعیین شده و مشخص گردید که درصد ماده آلی، کلسیم محلول و رس با ضرایب همبستگی 97/0-، 92/0- و 61/0 از اثرگذارترین پارامترهای خاک در میزان حداکثر ظرفیت جذب فسفر در خاک بوده‏اند. براساس مشاهدات، حداکثر ظرفیت جذب برای خاک‏های مورد مطالعه 307 تا 491 میلی‏گرم فسفر در کیلوگرم خاک بوده است. 

    کلید واژگان: ایزوترم لانگمیر، تعادلی، سینتیک، ضریب همبستگی، رگرسیون خطی
    B. Kamali, ali mahdavi*, A. Sotoodehnia
    Introduction

    Over application of phosphorous-containing fertilizers is common among the farmers. Excess amounts of phosphorus can potentially cause more phosphorous losses through water flow on the soil surface or leaching into the soil profile. The ability of highly phosphorus-fertilized soils to maintain excessive amounts of phosphorus and prevent losses largely depends on the phosphorus adsorption capacity of the soil. The purpose of this study was to investigate and compare phosphorous adsorption isotherms in soil samples of four agricultural areas located in Qazvin plain and determine the most appropriate equation to describe the equilibrium adsorption in the studied samples. Identification of the most accurate model of adsorption kinetics using the investigated kinetics equations in one of the soil samples was another objective of this study. The linear regression analysis and correlation between physical and chemical properties of different soils with adsorption coefficients of Langmuir equation was also investigated. Based on mentioned points, the results of this study can help to increase the availability of applied phosphorous for plants, reduce phosphorous losses and proper management of phosphate fertilizers consumption in the study areas.

    Materials and Methods

    In order to study the soil properties and phosphorous adsorption, soil samples of four villages included Zaaferan (A), Koochar (B), Mehdi Abad (C) and Kamal Abad (D) were taken from 0 to 30 cm depth and stored in plastic bags after air drying. Batch experiments using a standard method recommended by the SERA-IEG17 group were used to determine the amount of phosphorous adsorbed to soil particles. The steps to perform the equilibrium were as follows: 1- Dry soil samples were crushed and passed through a 2 mm sieve. 2- One gram of the soil sample was placed in a 60 ml container. 3- 0.01 M CaCl2 solution was prepared and different concentrations of phosphorous including 0, 5, 10, 15, 20, 30 and 80 mg/l were created by adding certain amounts of KH2PO4 to this solution. 25 ml of these solutions were added to each soli sample to give a 1:25 soil to solution ratio and three drops of chloroform were added to each container to prevent microbial activity. 4- The suspension samples were placed in a shaker machine (250 rpm) at 25°C for 24 hours. 5- Then, the samples were removed from the shaker and allowed to settle for one hour and then passes through a fine filter (Mesh 42). 6- Phosphorous concentration was measured by the molybdate-vanadate method followed by spectrophotometric determination at 470 nm. 7- The amount of phosphorous adsorbed in each soil sample was calculated from the difference of the initial and secondary concentration values. The adsorption kinetics experiment was similarly performed, with the exception that one soil sample with average adsorption value (sample C) was selected and the phosphorous solution at a concentration of 20 mg/l added to the soil samples. Phosphorous contact times with soil were considered as 0.17, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16, 24, 48 and 72 hours. In this study, using CurveExpert 1.4 software and by matching Pseudo-first-order, Pseudo-second-order, Intra-particle diffusion, Kuo and Lotse (1974), Barrow and Shaw (1975) and Panda et al. (1978), equations on the data obtained from kinetics adsorption experiments, and the coefficients were estimated in these equations (adsorption parameters). Furthermore, by calculating the coefficient of determination (R2) of these equations and the standard error of the estimate (s), the most appropriate and accurate model of phosphorous adsorption kinetics for the soil sample was determined. Similarly, from Langmuir, Freundlich, Linear and Van Huay equations, the most appropriate isotherm was determined for estimating phosphorous equilibrium adsorption in the studied areas. Also, correlation and linear regression analysis were performed to determine the relationship between the physical and chemical parameters of the soils and the coefficients of Langmuir isotherm using Minitab software.

    Results and Discussion

    According to the results, the highest coefficient of determination (R2) and the lowest standard error of the estimate (s) for all four samples were related to Langmuir, Freundlich, Van Huay and Linear equations, respectively. Therefore, in this study, Langmuir isotherm was the most accurate model for estimating equilibrium adsorption of the phosphorus to the soils of the study areas. However, the Freundlich and Van Huay equations also showed a good correlation with the laboratory data. Comparison of the results of various studies in these fields showed that the type of isotherm corresponds to phosphorous adsorption data in each experiment is related to the physical and chemical properties of soil and adsorption sites. The amounts of maximum phosphorous adsorption capacity (qm coefficient in Langmuir equation) for the soil samples A, B, C and D were 0.49, 0.31, 0.42 and 0.4 mg/g, respectively. In kinetic study, Although, Kuo and Lotse, Barrow and Shaw and Panda et al. equations had a coefficient of determination (R2) above 0.95 ; the highest accuracy was related to the Kuo and Lotse equation with R2 of 0.974. The coefficients of this model included k (reaction rate) and m (constant coefficient) were 0.007 l/gr.min and 13.2, respectively. Based on the results of this study and other adsorption studies, soil physical and chemical properties including EC, PH, soil calcium content, clay content and porosity were among the parameters affecting adsorption rate and the type of the most accurate equation of adsorption estimation. Considering the soil properties that were most correlated with adsorption coefficients, it can be concluded that the high percentage of clay and low levels of organic matter and soluble calcium are the main causes of the high phosphorous adsorption in soil. The correlation coefficients (r) of these three soil parameters with the maximum adsorption capacity (qm) were 0.61, -0.97 and -0.92, respectively.

    Conclusion

    According to the results of this study, Langmuir was the most accurate isotherm model and the soil sample of Zaaferan area has the most adsorption capacity with qm of 0.49 mg/g, which is related to low levels of soil organic matter. Therefore adding organic matter to the soils can be used as a solution to increase cultivated plants access to applied phosphorous and reduce phosphorous adsorption into the soil and thus reduce losses and leaching of excess phosphorous in the profile or soil surface.

    Keywords: Correlation coefficient, Equilibrium, Kinetics, Langmuir isotherm, Linear regression
  • مجتبی فریدپور، بتول زینالی*، صیاد اصغری، اردوان قربانی، مجید رضایی بنفشه
    سابقه و هدف

    ازجمله مخاطرات طبیعی مهم که با توجه به آسیب های گسترده، بر تعداد قابل توجه از انسان ها تاثیر می گذارد، خشکسالی است. همچنین خشکسالی، پدیده ای است که مستقیما به مساله کمبود آب مربوط می شود و به دلیل برگشت پذیر بودن می تواند جنبه های مختلف زندگی انسان و محیط زیست را تحت تاثیر قرار دهد. خشکسالی تقریبا تمامی عوامل تعیین کننده چرخه هیدرولوژیکی از آغاز بارش و سپس جریان آب سطحی و درنهایت ذخیره سازی در آب های زیرزمینی را تحت تاثیر قرار می دهد. بنابراین در پژوهش حاضر با توجه به نتایج روند پایدار بارش و دما در حوضه دره رود اردبیل، شاخص SPI به عنوان شاخص متکی بر بارش با شاخص RDI به عنوان شاخص ترکیب کننده پارامترهای تبخیر و تعرق بالقوه و بارش، در بازه های زمانی مختلف با یکدیگر مقایسه و ارزیابی شد.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش به منظور شناسایی دوره های خشکسالی و ترسالی، از داده های بارندگی ماهانه، کمینه و بیشینه دمای ماهانه هفت ایستگاه سینوپتیک در بازه زمانی 30 ساله (2014-1985) در حوضه دره رود اردبیل واقع در شمال غرب ایران استفاده شد. به منظور شناسایی روند در سری زمانی بارش و دما در این پژوهش با استفاده مدل های Man-Kendall(MK) و Sen's slope(Sen) صورت گرفت و به منظور ارزیابی پایداری طولانی مدت روند در سری زمانی داده ها از منحنی LOWESS (در سطح معنی داری 5٪) استفاده شد. همچنین با استفاده از شاخص خشکی، چهار ایستگاه در منطقه خشک و سه ایستگاه در منطقه نیمه خشک واقع شدند. به منظور محاسبه شاخص RDI از مقادیر تبخیر و تعرق بالقوه استفاده شد. مقدار PET در شاخص RDI با استفاده از اطلاعات درجه حرارت ماهانه و با روش هارگریوز به دست آمد. در ادامه هر دو شاخص در بازه های زمانی 3، 6، 9 و 12 ماهه با یکدیگر مقایسه شدند.

    یافته ها

    نتایج روند من-کندال نشان داد که در سری زمانی مقادیر بارش، ماه های نوامبر و فوریه و در سری زمانی مقادیر دما، ماه های اکتبر و دسامبر هیچ روندی در ایستگاه های موردمطالعه مشاهده نشد. این در حالی است که در سایر ماه ها و حتی مقادیر سالانه و فصلی، همه ایستگاه ها حداقل یک مورد روند در سری زمانی بارش و دما را تجربه کرده اند. همچنین نتایج منحنی LOWESS نشان داد که دمای سالانه در همه ایستگاه ها از یک سناریو افزایشی پیروی می کند. درحالی که بارندگی رفتار متفاوتی و اغلب کاهشی دارد. همچنین نتایج نشان داد که شاخص های SPI و RDI در مقیاس های زمانی مختلف و طبقات خشکسالی و ترسالی بسیار مشابه یکدیگر رفتار کرده و مقدار R2 در بسیاری از موارد 90/0 است. شدیدترین خشکسالی مشاهده شده در مدل های SPI و RDI مربوط به ایستگاه اردبیل در سال آبی 2010-2011 و در مقیاس 3 ماهه است که مقادیر آن به ترتیب -3/11 و -3/09 بوده است. همچنین نتایج نشان داد که RDI مقادیر ترسالی شدید و خیلی شدید را بزرگ تر از SPI نشان می دهد. درنهایت هر دو شاخص مشابهت های زیادی با یکدیگر دارند اما به دلیل استفاده RDI از PET می تواند برای مناطق خشک و نیمه خشک ایران، به صورت گسترده تر مورداستفاده قرار گیرد.

    نتیجه گیری

    به منظور مقایسه رویدادهای خشکسالی و ترسالی در حوضه آبریز دره رود اردبیل واقع در شمال غرب ایران از دو شاخص SPI و RDI استفاده شد. با توجه به اقلیم خشک و نیمه خشک اکثر مناطق ایران، مقدار بارش صفر در برخی از فصول محتمل است؛ بنابراین شاخص های متکی بر بارندگی مانند SPI ممکن است کارایی کمتری نسبت به شاخص RDI که علاوه بر بارندگی، تبخیر و تعرق بالقوه (PET) را نیز در فرمولاسیون خود لحاظ می کند، داشته باشد. با توجه به اهمیت پارامتر PET در بخش کشاورزی و مدیریت منابع آب در ایران، می طلبد که شاخص RDI را در دیگر مناطق ایران مانند شمال غرب و مناطق کوهستانی ایران، به صورت گسترده بررسی گردد و نتایج آن را با دیگر شاخص ها مانند شاخص مهم و پرکاربرد SPI مقایسه شود.

    کلید واژگان: شاخص های خشکسالی، تبخیر و تعرق بالقوه، رگرسیون خطی، منحنی LOWESS، حوضه دره رود اردبیل
    Mojtaba Faridpour, Batool Zeynali *, Sayad Asghari, Ardavan Ghorbani, Majid Rezaei Banafshe
    Background and objectives

    One of the most important natural hazards that is affecting a large number of people, due to extensive damage, is drought. Drought is also a phenomenon directly related to the issue of water scarcity and because of its reversibility, it can affect the various aspects of human life and the environment. The drought affects almost all the determinants of the hydrological cycle from the onset of precipitation and then the surface water flow and eventually storage in groundwater. Therefore, in this research, due to the results of the stable process of precipitation and temperature in the Ardabil DareRood basin, SPI Index which relies on precipitation, with the RDI index which combines the parameters of potential evapotranspiration and precipitation, were compared and evaluated in different time intervals.

    Materials and methods

    In this study, in order to identify drought and wet periods, it was used from monthly precipitation data, Minimum and maximum monthly temperature for seven synoptic stations, for a 30 years (1985-2014) in the Ardabil DareRood basin in the northwest of Iran. In order to identify the trend in the precipitation and temperature series in this research was used Man-Kendall (MK) and Sen's slope (Sen) models. Also, to assess the long-term stability of the trend in the time series was used the LOWESS curve (at a significant level of 5%). Also using Aridity index, four stations in the arid area and three stations in the semi-arid region were established. In order to calculate the RDI index, the values of potential evapotranspiration were use. The amount of PET in the RDI index using monthly temperature values, and was obtained by the Hargreaves method. Finally, SPI and RDI indices were compared in 3, 6, 9, and 12-month scales.

    Results

    The results of the LOWESS curve showed that the annual temperature at all stations follows an incremental scenario. While the precipitation behaves differently and often is decreasing. The results also showed that SPI and RDI indices are very similar in different time scales, and R2 is in most cases greater than 0.90. The extreme drought the observed in SPI and RDI models is related to the Ardabil station in 2010-2011 on a 3-month scale, whose values were respectively -3/11 and -3/09. Also, the results showed that the RDI index that Extreme and severe wet values it’s larger than SPI. Eventually, both indices are many similarities with each other but because of RDI's use of PET, It can be used more widely for arid and semi-arid regions of Iran

    Conclusion

    this research, two SPI and RDI indices were used to compare the drought events in the DarehRood Ardabil basin of the northwest of Iran.Due to the dry and semi-arid climate of most regions of Iran, It is very probable that the amount of precipitation is zero in some seasons. Therefore precipitation-based indices such as SPI may have less efficiency than RDI index, which, in addition to rainfall, uses potential evapotranspiration (PET) in their formulation. Considering the importance of PET parameter in agriculture and water resources management in Iran, It is necessary to examine the RDI index in other regions of Iran, such as the northwest and mountainous regions of Iran and its results can be compared with other indicators such as the important and highly applicable SPI indicator.

    Keywords: Drought Indices, Potential evapotranspiration, Linear regression, LOWESS curve, DarehRood Ardabil basin
  • امید نوروزی انگنایی*، محمدجواد خلفی، محبوبه کریمی سورند
    آگاهی از نقاط مهم رطوبتی، برای مطالعه های آبیاری در مزرعه بسیار ضروری می باشد اما اندازه گیری این اطلاعات به روش مستقیم بسیار پرهزینه و وقت گیر است. روش های داده مبنا می توانند روش مناسبی برای تخمین این پارامترها باشد. تحقیق حاضر به برآورد نقاط مهم رطوبتی شامل ظرفیت زراعی و نقطه پژمردگی دایم به وسیله پارامترهای زودیافت با سه روش شبکه عصبی، رگرسیون خطی چندمتغیره و رگرسیون بردار پشتیبان در منطقه شاهرود پرداخته است. پس از نرمال سازی داده های مورد نظر جدول ضریب همبستگی متغیرهای ورودی احتمالی با خروجی های مورد نظر تشکیل شد و معنی داری همبستگی متغیرهای ورودی و خروجی از نظر آماری بررسی گردید. سپس، مدل سازی با روش های مذکور انجام و نتایج مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که روش رگرسیون بردار پشتیبان کارایی بهتری نسبت به دو روش دیگر  دارد. مقادیر ضریب تعیین، انحراف جذر میانگین مربعات خطا و ریشه میانگین مربعات خطا نرمال شده در بهترین مدل رگرسیون بردار پشتیبان ، به ترتیب برابر 85/0 ، 12/3 و 89/12 برای ظرفیت زراعی و 83/0 ، 58/1و 84/14  برای نقطه پژمردگی دایم و برای شبکه های عصبی مقادیر 72/0 ، 48/3 و 36/14 برای ظرفیت زراعی و 75/0 ، 90/1 و 91/17 برای نقطه پژمردگی به دست آمد. با توجه به بررسی های صورت گرفته در این تحقیق، می توان بیان نمود که مدل های رگرسیون بردار پشتیبان با تابع کرنل خطی پایه شعاعی قادر خواهند بود  با خطای پایین و ضریب تعیین بالا  نقاط مهم رطوبتی خاک را پیش بینی کنند و همچنین می توانند جایگزین بسیار خوبی برای روش های سنتی هم چون شبکه های عصبی و رگرسیون خطی باشند.
    کلید واژگان: رگرسیون خطی، شبکه های عصبی مصنوعی، رگرسیون بردار پشتیبان، ظرفیت زراعی، نقطه پژمردگی دایم
    Omid Norouzi Engnaee *, Mohammad Javad Khalafi, Mahboobeh Karimi Soorvand
    Awareness of the important moisture points is crucial for irrigation studies on the farm, but measuring this information in a direct way is very costly and time consuming. Therefore, several models and relationships have been developed as Pedotransfer functions which indirectly predict the hydrological properties of the soil using readily available soil data with the aid of a series of proper mathematical relationships (Nguyen et al., 2015). Since the measurement of important moisture points is a time consuming, costly and difficult work, many attempts have been made in order to use simpler soil properties such as texture, the amount of organic matter, and bulk density. Pedotransfer functions are indeed predictive functions which establish relationship between the soil’s readily available and latency data (e.g., the percentage of sand, silt and clay, bulk density and organic matter) including the parameters of the moisture curve (field capacity and permanent wilting point) (Botulla et al., 2013). Moreover, the functions that can be successfully implemented in an area may not have suitable adaptations in another area with real values. There are several methods for obtaining Pedotransfer functions, among them  are linear regression (LR), artificial neural networks, fuzzy adaptive-neural inference, and support regression vector.  Various researchers have studied the development of Pedotransfer functions and evaluated the predictive models in the water and soil sciences. As a sample, Shop and Lajj (1998) estimated the soil moisture curve using the neural network. They found that the artificial neural network was better than some of the regression Pedotransfer functions provided by other researchers, and if more readily available properties were used as inputs, the prediction accuracy increased. However, there was always a significant difference between the predicted and measured moisture values. Zhang et al. (2007) estimated the soil moisture curve for 110  non-calcareous soil samples with different tissue classes through the artificial neural networks and regression models. They showed that the neural network predicts the moisture curve better than the regression method with higher correlation coefficient in most tissue classes. Lin et al. (2009) argued that the SVM method was much faster trained than the artificial neural network. SVM was also found to have a more accurate prediction than the artificial neural network. Chen et al. (2010) used support vector machines to model daily rainfall and compared the results with that of the multivariate analysis method. It was found that the results of predictions from SVM were more accurate. In turn, Kaihua et al. (2014) used support vector machines to predict cationic capacity on different horizons of the soil in Qingdao, China. They performed their studies at 208 points on two horizons of the soil, and concluded that the SVM model improved predictions. Considering the significance of knowing the important points of soil moisture in Shahrood area for agricultural projects and irrigation schedules, developing appropriate Pedotransfer functions and evaluating models is necessary so as to obtain moisture of the field capacity and permanent wilting point. This research, thus, evaluates the performance of three models of support vector regression, artificial neural networks, and linear regression in the development of soil Pedotransfer functions and the effect of number and type of input variables on the performance of the models.
    Keywords: Linear Regression, Artificial Neural Networks, Support Vector Regression, Field Capacity, Permanent Wilting Point
  • سحر خزاعی*، رضا براتی، احمد قندهاری، محمدرضا صادقی فرد

    تغییرات بارش یکی از معیارهای اصلی بررسی تغییر اقلیم است که به ‏منظور تحلیل روند آن از روش ‏های مختلفی استفاده می ‏شود. هدف از انجام این پژوهش تحلیل روند داده ‏های بارش ماهانه، فصلی و سالانه توسط روش نوین Sen به‏ منظور بررسی روند تغییرات بارش در استان خراسان رضوی می ‏باشد و در آن از داده‏های بارش 30 سال اخیر 39 ایستگاه باران ‏سنجی واقع در سطح استان استفاده شده است. به‏ منظور مقایسه تحلیل‏ های روند بارش، از روش ‏های من-کندال، اسپیرمن و رگرسیون نیز استفاده شد. در این مطالعه برای کمی کردن نتایج گرافیکی روش Sen، تحلیل‏ های آماری پیشنهاد داده شد. نتایج تحلیل بارش با سه روش متداول نشان داد که بارش در ماه آبان در سطح اطمینان 95 درصد دارای روند صعودی معنی‏دار بوده و جز در روش رگرسیون بارش سایر ماه ‏ها، فصل‎‏ها و بارش سالانه دارای روند نیستند. به‏ طورکلی بارش ماه ‏های آبان، خرداد، تیر و بارش فصل‏ های پاییز و تابستان دارای روند صعودی و سایر دوره ‏هایی که بررسی شد دارای روند نزولی بودند. همچنین تحلیل نتایج روش Sen در دسته‏ های مقادیر کم، متوسط و زیاد نشان داد که بیشترین مقدار تغییرات مربوط به بارش زمستان و کمترین تغییرات مربوط به بارش مهر ماه است. از نظر آماری نیز مانند روش رگرسیون، بارش فصل زمستان دارای روند نزولی معنی ‏دار بود.

    کلید واژگان: روند بارش، روش نوین Sen، من-کندال، رگرسیون خطی، اسپیرمن
    S. Khazaei*, R. Barati, A. Ghandehary, M.R. Sadeghifard

    Rainfall variations is one of the most important factors in climate change which can be analysed using different methods. This research aims to investigate the application of the innovative-Sen method for monthly, seasonal, and annual trend analysis of precipitation in Khorasan Razavi province. A series of 30 years of rainfall data from 39 rain stations of the province have been used. For the comparison purpose, Mann-Kendall, Spearman, and linear regression methods have also been considered. For quantitative evaluation of graphical results of the Sen method, a statistical analysis has been proposed. The results of traditional methods indicated that the rainfall of Aban month )October( has a significant increasing trend in confidence interval of 95%, and the rainfall of other months, seasons, and years do not show any significant trend, except for the regression method. Rainfalls of Aban )October(, Khordad )May(, and Tir )June( months, as well as autumn and summer seasons, have an increasing trend and other considered periods have a decreasing trend. The results of innovative-Sen method analysis in low, medium, and high values indicated that the maximum and minimum variations are related to the rainfall of winter and Mehr )September( month, respectively. Also, the statistical analysis showed a significant trend similar to the regression method only exist in the winter season of the province.

    Keywords: Precipitation trend, Innovative-Sen method, Mann-Kendall, Linear regression, Spearman
  • روح الله تقی زاده مهرجردی، سمیه آسمانی، فریدون سرمدیان، مهدی تازه، محمدحسن رحیمیان
    شوری خاک یکی از مشکلات اساسی در مناطق خشک و نیمه خشک می باشد. بنابراین، تهیه و به روز رسانی نقشه های شوری خاک جهت شناسایی مراحل اولیه شوری زائی خاک حائز اهمیت می باشد. دستگاه القاگر الکترومغناطیس به عنوان جایگزینی برای روش سنتی جهت ارزیابی سریع شوری خاک می باشد. به منظور واسنجی داده های دستگاه القاگر الکترومغناطیس از روش های مختلفی استفاده می شود. این پژوهش به واسنجی دستگاه القاگر الکترومغناطیس مدل EM38 در یکی از باغات پسته در حاشیه شهرستان اردکان با استفاده از روش های رگرسیون خطی چندگانه، شبکه عصبی مصنوعی و مدل نروفازی پرداخته است. نتایج نشان داد که مناسب ترین روش برای واسنجی داده های قابلیت هدایت الکتریکی این دستگاه، به کارگیری مدل نروفازی برای تخمین شوری خاک در 9 عمق به ترتیب از عمق اول تا عمق نهم با ضریب تبیین 06/0، 11/0، 30/0، 59/0، 69/0، 64/0، 70/0، 74/0 و 74/0 و با میانگین ریشه مربعات خطا به ترتیب 09/4، 66/3، 87/2، 22/2، 26/2، 62/2، 46/2، 38/2 و 50/2 بود، که دقت آن نسبت به دو مدل دیگر در تخمین مقادیر شوری خاک و واسنجی دستگاه بالاتر بود.
    کلید واژگان: رگرسیون خطی چندمتغیره، قابلیت هدایت الکتریکی ظاهری توده خاک، شبکه عصبی مصنوعی، نروفازی
    Roh Allah Taghizadeh Mehrjardi, Somayeh Asemani, Feridon Sarmadian, Mehdi Tazeh, Mohammad Hasan Rahimian
    Soil salinity is a serious environmental problem especially in arid and semiarid areas. Therefore, it is vital to generate and update soil salinity maps in order to determine early stage of salinization. Electromagnetic induction instrument is an alternative to traditional methods for assessing soil salinity. Different methods have been used to calibrate electromagnetic induction instrument. At present research, an attempt was made to calibrate EM38 in pistachio orchard located in Ardakan city using multi-linear regression (MLR), artificial neural network (ANN) and neuro-fuzzy (ANFIS). To calibrate and predict soil salinity in nine standard depths, the best result was obtained by ANFIS model with R2 of 0.06, 0.11, 0.30, 0.59, 0.69, 0.64, 0.70, 0.74 and 0.74; and RMSE of 4.09, 3.66, 2.87, 2.22, 2.26, 2.62, 2.46, 2.38 and 2.50, respectively; which showed the accuracy of ANFIS was higher than other models (ANN and MLR) to predict soil salinity and calibrate EM38.
    Keywords: multi, linear regression, Apparent electrical conductivity, artificial neural network, neuro, fuzzy
  • طاهر رجایی، رقیه رحیمی بنماران
    کنترل کیفیت آب رودخانه کرج، به عنوان یکی از مهم ترین منابع تامین کننده آب از اهمیت بسزایی برخوردار است. پیش بینی پارامترهای کیفی آب، ابزاری سودمند در جهت مدیریت منابع آب می باشد. در این تحقیق، عملکرد مدل های شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، مدل ترکیبی شبکه
    عصبی–موجک (WANN) ورگرسیون خطی چند متغیره (MLR)، در پیش بینی یک ماه آینده یون نیترات و کلراید ایستگاه ورودی آبگیر بیلقان واقع در رودخانه کرج، مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور از یک دوره آماری جهت ورودی مدل ها استفاده شد. در مدل ترکیبی WANN سری های زمانی واقعی دبی و پارامتر کیفی مورد نظر (نیترات و کلراید) توسط آنالیز موجک در سطوح مختلف تجزیه شده و به عنوان ورودی ANN به کار گرفته شد. کارایی مدل ها با ضریب تببین (E) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) ارزیابی شدند. نتایج حاکی از دقت بالای مدل ترکیبی شبکه
    عصبی- موجکی نسبت به دو مدل دیگر بوده است؛ به طوریکه مدل ترکیبی شبکه عصبی –موجکی قادر بود میزان RMSE را برای یون نیترات در مقایسه با مدل شبکه عصبی و رگرسیون خطی چند متغیره به ترتیب به مقدار 13/30 درصد و 89/71 درصد و برای یون کلراید، به اندازه 3/31 درصد و 1/57 درصد بهبود بخشد. در ادامه، توانایی هر سه مدل، برای پیش بینی نقاط پیک سری زمانی بررسی شد که مدل ترکیبی WANNپیش بینی بهتری را در مقایسه با دو مدل دیگر در برداشت.
    کلید واژگان: تبدیل موجک، رگرسیون خطی، رودخانه کرج، شبکه عصبی، یون نیترات و کلراید
    T. Rajaee, R. Rahimi Benmaran
    Introduction The water quality is an issue of ongoing concern. Evaluation of the quantity and quality of running waters is considerable in hydro-environmental management.The prediction and control of the quality of Karaj river water, as one of the important needed water supply sources of Tehran, possesses great importance. In this study, Performance of Artificial Neural Network (ANN), Wavelet Neural Network combination (WANN) and multi linear regression (MLR) models, to predict next month the Nitrate (NO3) and Chloride (CL) ions of "gate ofBylaqan sluice" station located in Karaj River has been evaluated.
    Materials and MethodsIn this research two separate ANN models for prediction of NO3 and CL has been expanded. Each one of the parameters for prediction (NO3 / CL) has been put related to the past amounts of the same time series (NO3 / CL) and its amounts of Q in past months.From astatisticalperiod of10yearswas usedforthe input of the models. Hence 80% of entire data from (96 initial months of data) as training set, next 10% of data (12 months) and 10% of the end of time series (terminal 12 months) were considered as for validation and test of the models, respectively. In WANNcombination model, the real monthly observed time series of river discharge (Q) and mentioned qualityparameters(NO3 / CL) were decomposed to some sub-time series at different levels by wavelet analysis.Then the decomposed quality parameters to predict and Q time series were used at different levels as inputs to the ANN technique for predicting one-step-ahead Nitrate and Chloride. These time series play various roles in the original time series and the behavior of each is distinct, so the contribution to the original time series varies from each other. In addition, prediction of high NO3 and CL values greater than mean of data that have great importancewere investigated by the models. The capability of the models was evaluated by Coefficient of Efficiency (E) and the Root Mean Square Error (RMSE).An efficiency of one corresponds to an accurate match of forecasted data to the observed data. RMSE indicates the discrepancy between the observed and predicted values
    Results Discussion The results indicates that the accuracy and the ability of hybrid model of wavelet neural network had been better than the other two modes; so that hybrid model of Wavelet artificial neural network was able the improve the rate of RMSE for Nitrate ions in comparison with ANN and MLR models respectively, amounting to 30.13% and 71.89%, for chloride ion as much as 31.3% and 57.1%. In the WANN model increasing the decomposition level, in level 1 to Level 3, increases the model’s performance, but increasing the decomposition level, in levels over Level 3, decreases the model’s efficiency, because high decomposition levels lead to a large number of parameters with complex nonlinear relationships in the ANN technique.The WANN model needed 1 to 7 neurons in the hidden layer for the best performance result. In prediction of high NO3 values the amount RMSE for ANN, MLR and WANN models are 1.487, 2.645 and 0.834 ppm, respectively. Also, for CL values the mentioned statistical parameter is 0.990, 3.003 and 0.188 ppm, respectively for models.The results exhibits that the combined model of WANN the forecast was better than the other two models.
    Conclusion Wavelet transforms provide useful decompositions of original time series, so that wavelet-transformed data improve the ability of a predicting model by capturing useful information on various resolution levels. The main advantage of this study is that only from the Q and slightly quality of parameter time series are used until the same quality of parameter in one month ahead is predicted. The purpose of entering Q time series with quality of parameter as inputs of models is analysis the efficacy of Q in the accuracy of prediction. owing of the high capability wavelet neural network in the prediction of quality parameters of river's water, this model can be convenient and fast way to be proposed for management of water quality resources and assurance from water quality monitoring results and reduction its costs.
    Keywords: Karaj River, Linear Regression, Neural Network, Nitrate, Chloride ions, Wavelet Analysis
  • محبوبه سربازی، محبوبه حاجیبیگلو، زهرا گوهری
    خصوصیات مورفولوژی رودخانه ها به واسطه ویژگی پویای آن، همواره دچار تغییرات هستند و این تغییرات میتواند بر سازه های بنا شده در حاشیه رودخانه ها، زمینه ای کشاورزی و غیره آثار منفی بگذارد. چم ها از شاخصه های مهم تغییرات محیطی به شمار می آیند. تحقیق حاضر بررسی تغییرات درجه میان بری و شکل چم ها در رودخانه کشف رود با استفاده از عکس های هوایی سال 1345، تصاویر سنجنده TM ماهواره لندست سال 1366، تصویر گوگل ارث سال 1392 می باشد. در این تحقیق پارامترهای مورفولوژیکی 16 چم در بازه ای به طول 11 کیلومتر از رودخانه کشف رود برای هر دوره تعیین شد. نتایج حاصل از مقایسه میانگین t جفتی نشان داد که تغییرات در مقدار درجه میان بری در طی سال های 1345 تا 1392 دارای اختلاف معنی داری در سطح یک درصد است. برای تعیین تاثیر تغییرات برخی از پارامترهای چم بر تغییرات درجه میان بری از مدل رگرسیون خطی چند متغیره استفاده شد. نتایج مدل نشان داد که در صورت تغییر در درجه میان بری تغییرات دامنه پیچ و خم در کناره نیز به صورت کاهشی است. همچنین نتایج همبستگی اسپیرمن نشان داد که تغییرات در پارامترهای درجه میان بری و حالت شکل چم به شدت به یکدیگر وابسته هستند. به طوری که همبستگی معنی داری بین تغییرات درجه میان بری و شکل چم در سطح معنی داری یک درصد وجود دارد. با افزایش درجه آب بندی اشکال چم نیز به صورت U و Ω شکل در می آیند و چم تمایل به بسته شدن پیدا می کند. در چم هایی که کاهش درجه میان بری وجود دارد مانند چم های شماره 2، 3، 11 و 12 عمدتا مسیر به صورت مستقیم در آمده و قسمتی از رودخانه به صورت برکه های شاخ گاوی جدا شده است.
    کلید واژگان: پیچان رود، درجه آب بندی، رودخانه کشف رود، رگرسیون خطی، مورفولوژی رودخانه
    M. Sarbazi, M. Hajibigloo, M. Gohari
    Morphology of rivers constantly changes due to their dynamic features, and these changes can negatively affect the structures in riversides, agricultural lands, etc. Meanders are considered as important indicators of environmental change. This study examines the changes of the sealing degree and meander shapes of the Kashafroud river using 1966 aerial photography, 1987 Landsat TM sensing images, and 2013 Google Earth images. In this study, morphological parameters of 16 meanders in a range of 11 kilometers along the Kashafroud river was determined for each period. The results of the paired t mean comparison showed that changes in the sealing degree ranging from 1966 to 2013 have a significant difference at level of one percent. To determine the effects of changes in some meanders parameters on sealing degree, multivariate linear regression model was used. The results showed that in case of change in the sealing degree, meanders reduce along the river. In addition, Spearman correlation analysis showed that changes in the parameters of sealing level and meander shape are strongly interdependent, so that there is a significant correlation between changes in sealing degree and meander shape at level of one percent. With increasing degree of sealing, meander shapes convert into U and Ω shapes, and meanders tend to close. In meanders with reduced sealing degree, such as meanders number 2, 3, 11, and 12, the path will mainly change into a strait one, and a part of the river will be separated as bovine horn ponds.
    Keywords: linear regression, meander, river morphology, sealing degree, the Kashafroud River
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال