مدل سازی دمای آب رودخانه ها با استفاده از برنامه ریزی بیان ژن (مطالعه موردی: رودخانه محمد آباد در استان گلستان)

با توجه به اهمیت مسایل کیفیت آب و شرایط زیست محیطی، دمای آب رودخانه ها از دو جنبه اقتصادی و زیست محیطی دارای اهمیت می باشد. این پارامتر تاثیر مستقیمی بر تمامی پارامترهای کیفیت آب داشته و نقش مهمی را در زندگی و زیستگاه آبزیان ایفا می کند. در نتیجه، با توجه به پیامدهای مهم درجه حرارت برای انجام ارزیابی اثرات زیست محیطی و مدیریت موثر شیلات، درک وضع حرارتی رودخانه و فرآیندهای تبادل حرارتی مرتبط با آن مهم است. مدل های قطعی و آماری بسیار زیادی برای تخمین دمای آب رودخانه ها توسط محققین مختلف ارایه شده است. تاکنون مدل سازی دمای آب رودخانه ها عموما بر اساس دمای هوا بوده است. این درحالی است که احتمالا متغیرهای هیدرولیکی رودخانه و نیز متغیرهای هواشناسی بر دمای آب رودخانه ها تاثیر دارند. همچنین تاکنون برای مدل سازی دمای آب رودخانه ها از الگوریتم های نوین و هوشمند به صورت محدودی استفاده شده است. بنابراین در این پژوهش به منظور تخمین دمای آب رودخانه محمدآباد واقع در استان گلستان از الگوریتم برنامه ریزی بیان ژن (GEP) استفاده شده و در مد ل سازی علاوه بر دمای هوا، متغیرهای هیدرولیکی و هواشناسی نیز مشارکت داده شده اند.

برنامه ریزی بیان ژن (GEP) یک الگوریتم تکاملی است که از جمعیتی از افراد استفاده کرده و آن ها را مطابق برازندگی انتخاب می کند و تغییرات ژنتیکی را با استفاده از یک یا چند عملگر ژنتیکی اعمال می نماید. برای انجام این تحقیق، متغیرهای هواشناسی و هیدرولیکی شامل دمای هوا، رطوبت، سرعت وزش باد، پوشش ابر، دبی و سرعت جریان رودخانه طی یک دوره آماری 7 ساله (1391-1385) به عنوان متغیرهای ورودی و دمای آب رودخانه به عنوان متغیر خروجی انتخاب شدند.

بر اساس مقایسه آماری نتایج مدل های مختلف GEP با 1 تا 6 متغیر ورودی، مشخص شد که الگوی 6 پارامتری نسبت به الگوهای دیگر دارای بیشترین دقت از نظر ضریب تعیین و مجذور مربعات خطا است. این مقادیر برای داده های آموزش به ترتیب 92/0 و c 8/1 و برای داده های آزمون 90/0 و c 3/2 به دست آمده است. میانگین خطای روش GEP در مراحل آموزش و آزمون به ترتیب 67/14 و 80/12 درصد می باشد، این در حالی است که خطای مدل رگرسیون خطی بیش از 38 درصد به دست آمد. همچنین نتایج نشان داد که مدل برنامه ریزی بیان ژن در مقایسه با مدل رگرسیون خطی چندمتغیره از کارایی بیشتری برای تخمین دمای آب رودخانه برخوردار است.

با توجه به نتایج به دست آمده از این تحقیق می توان با دقت قابل قبولی از مدل GEP در تخمین دما رودخانه ها استفاده نمود. همچنین مشخص شد که علاوه بر دمای هوا که بیشترین تاثیر بر دمای آب رودخانه را دارد، متغیر دبی جریان نیز دارای تاثیر است.