30688

تركيب اطلاعات چند سطحي در پايش زيست محيطي رودخانه در مقياس مكان و زمان؛ مطالعه موردي رودخانه هراز

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران- مهندسي محيط‌ زيست

1399

1402/6/1

مطهره سعادت‌پور - عباس افشار

مهندسي عمران

رودخانه ها اجزاي حياتي اكوسيستم ما هستند كه منابع ضروري را فراهم مي كنند و از زندگي آبزيان متنوع حمايت ميكنند. درك و حفظ سلامت محيطي شبكه هاي رودخانهاي از اهميت بالايي برخوردار است. اين تحقيق به بررسي زمينه جامع پايش محيطي در شبكه‌هاي رودخانه‌اي با تمركز اوليه بر رودخانه هراز به عنوان مطالعه موردي مي‌پردازد. هدف كلي طراحي يك شبكه پايش بهينه است كه بتواند به طور موثر وضعيت محيطي و منابع آبي رودخانه را ارزيابي كند و در عين حال تعداد نقاط پايش مورد نياز را به حداقل برساند. يكي از نوآوري هاي كليدي اين مطالعه، در نظر گرفتن قرار دادن ايستگاه هاي نظارتي در مناطقي است كه با شرايط نامطلوب كيفيت آب و قرار گرفتن در معرض تهديدات زيست محيطي قابل توجه مشخص ميشود. براي دستيابي به اين هدف، يك رويكرد چند سطحي به كار گرفته شد كه اطلاعات را با ويژگي‌هاي مختلف و در چندين سطح تركيب مي‌كرد. معيارهاي مورد بررسي در اين مطالعه شامل شاخص‌هاي حياتي كيفيت آب، از جمله تقاضاي اكسيژن شيميايي (CBOD)، نيترات، فسفات و اكسيژن محلول بود. علاوه بر اين، اين مطالعه ارزيابي زيستگاه هاي ماهي قزل آلا را در امتداد رودخانه گنجاند و كيفيت رودخانه را به پنج كلاس طبقه بندي كرد: بسيار خوب، خوب، متوسط، بد و بسيار بد. براي يكپارچه‌سازي مؤثر داده‌ها و منابع اطلاعاتي، اين تحقيق از چندين تكنيك ريشه‌دار در نظريه Dumpster-Shafer استفاده كرد. اين تكنيك ها شامل اعداد قطعي، اعداد فازي معمولي و اعداد فازي بازه اي بودند. علاوه بر اين، اين مطالعه از تكنيك استدلال شواهد فازي براي تركيب داده ها استفاده كرد. در اين تكنيك، ميزان عضويت معيارها و ويژگي‌ها به كلاس‌هاي رتبه‌بندي مختلف با استفاده از اعداد فازي معمولي و فازي فاصله‌اي نشان داده شد. به منظور محاسبه توابع باور، توابع عضويت فازي و اعداد فازي بازهاي از نتايج حاصل از مدل QUAL2Kw واسنجي شده رودخانه هراز براي فصول گرم و سرد سال استفاده گرديد. داده هاي حاصل از شبيه سازي مدل QUAL2Kw رودخانه هراز در 12 ماه سال مورد استفاده در تحليل و محاسبه باورها، .... قرار گرفتند. اين پايان نامه يك رويكرد تلفيق اطلاعات چند سطحي براي پايش محيطي مكاني-زماني در شبكه‌هاي رودخانه‌اي با استفاده از رودخانه هراز به عنوان مطالعه موردي ارائه مي‌كند. مبتني بر اطلاعات مستخرج از تحليل آماري و توابع جرم محاسباتي در تكنيك Dumpster-Shafer ، مقادير باور و مطلوبيت كيفيت منابع آب در نقاط كانديد پايش رودخانه هراز به هر يك از كلاس‌هاي خيلي خوب تا خيلي بد محاسبه گرديد. با در نظر گرفتن عدد 0.1 به عنوان آستانه تهديد كيفيت آب در كلاس «خيلي بد»، نقاط واقع در كيلومترهاي 30، 70، 80، 100، 110، 120 و 130 براي استقرار ايستگاه‌هاي پايش پيشنهاد گرديدند. در رويكرد Dumpster-Shafer فازي، با در نظر گرفتن عدد 0.1 به عنوان آستانه تهديد كيفيت آب در كلاس «خيلي بد»، نقاط واقع در كيلومترهاي 30، 90، 100، 110، 120 و 130 براي استقرار ايستگاه‌هاي پايش پيشنهاد گرديدند. در اين تكنيك، بسياري از نقاط منتخب، باور تعلق به شرايط «خيلي بد» بسيار بالاتر از كلاس‌هاي «خيلي خوب» و «خوب» بوده است. در رويكرد Dumpster-Shafer فازي بازهاي، با در نظر گرفتن باور تعلق هر پارامتر كيفيت به صورت اعداد فازي بازهاي و در نظر گرفتن معيار عددي 0.1 در مرز بالاي بازه، كليه نقاط به غير از كيلومتر 70 به دليل شرايط نامطلوب كيفيت آب به منظور استقرار ايستگاه پايش پيشنهاد گرديدند. در نگرش استدلال شهودي در استخراج باور بازهاي و تحليلهاي صورت پذيرفته در آن، سرشاخه جريان مطلوبترين كيفيت منابع آبي و نقطه واقع در كيلومتر 120 نامطلوبترين كيفيت منابع آبي را دارا بوده است. اين يافته‌ها نه تنها بينش‌هاي ارزشمندي را در مورد سلامت محيطي رودخانه هراز ارائه مي‌كنند، بلكه چارچوبي قوي براي تلاش‌هاي آينده نظارت بر شبكه رودخانه ارائه مي‌دهند. اين تحقيق بر اهميت استراتژي‌هاي نظارتي جامع و نوآورانه در حفاظت از اكوسيستم‌هاي رودخانه ارزشمند ما تأكيد مي‌كند.

1403/01/26

Multi-level Information Fusion for Spatiotemporal Environmental Monitoring in River Network; Haraz River as a Case Study

8/22/2024 12:00:00 AM

Rivers are vital components of our ecosystem, providing essential resources and supporting diverse aquatic life. Understanding and maintaining the environmental health of river networks is of great importance. This research examines the comprehensive field of environmental monitoring in river networks with primary focus on Haraz River as a case study. The overall goal is to design an optimal monitoring network that can effectively assess the environmental status and water resources of the river, while minimizing the number of required monitoring points. One of the key innovations of this study is the consideration of the placement of monitoring stations in areas characterized by adverse water quality conditions and exposure to significant environmental threats. To achieve this goal, a multi-level approach was employed that combined information with different characteristics and at several levels. The criteria examined in this study included vital indicators of water quality, including chemical oxygen demand (CBOD), nitrate, phosphate, and dissolved oxygen. In addition, the study included an assessment of salmon habitats along the river and classified river quality into five classes: very good, good, moderate, bad and very bad To effectively integrate data and information sources, this research used several techniques rooted in Dumpster-Shafer theory. These techniques included deterministic numbers, ordinary fuzzy numbers and interval fuzzy numbers. In addition, this study used the fuzzy evidence reasoning technique to synthesize the data. In order to calculate the belief functions, fuzzy membership functions and interval fuzzy numbers, the simulation results of the calibrated QUAL2Kw models of the Haraz River in the warm and cold seasons were applied. Monthly simulation models of QUAL2Kw in the Haraz River according to various meteorological and hydrological conditions were used in defining the belief functions, fuzzy membership functions and interval fuzzy numbers of various approaches. This research presents a multi-level information diffusion approach for spatio-temporal environmental monitoring in river networks in the Haraz River as a case study. Based on the information extracted from the statistical analysis and mass functions in the Dumpster-Shafer technique, the values of belief and desirability of the water quality in the candidate monitoring points in the Haraz River were determined into each of the very good to very bad classes. Considering the number 0.1 as the threshold in the "very bad" class, resulted in selection of points located at 30, 70, 80, 100, 110, 120 and 130 km as the monitoring stations. In the fuzzy Dumpster-Shafer approach, considering the number 0.1 as the threshold in the "very bad" class, resulted in selection of points located at 30, 90, 100, 110, 120, and 130 km as monitoring stations. In this technique, in the selected monitoring points, the belief of belonging to the "very bad" class was much higher than the "very good" and "good" classes. In the interval fuzzy Dumpster-Shafer approach, considering the belief functions as the interval fuzzy numbers and considering the numerical criterion of 0.1, resulted in selection of all candidate monitoring points except for km 70. In the evidential reasoning approach in the extraction and analysis of interval belief, the stream head-flow has the most favorable water quality and the point located at km 120 has the most unfavorable status These findings not only provide valuable insights into the environmental health of the Haraz River, but also provide a strong framework for future river network monitoring efforts. This research emphasizes the importance of comprehensive and innovative monitoring strategies in protecting our valuable river ecosystems.

تئوري دامپستر-شافر , اعداد فازي معمولي , اعداد فازي مردد , استدلال شواهد , رودخانه هراز

Dumpster-Shafer theory , Ordinary fuzzy numbers , Interval fuzzy numbers , Evidential reasoning , haraz river

Elahe Torang

Dr. Motahare Saadatpoor