ارزیابی شرایط اقلیم و هیدرولوژی بر کیفیت آب رودخانه گلمکان با استفاده از مدل‌های یادگیری ماشین

اسماعیل زاده, مصطفی; تقی زاده  فیروزجایی, طاهره; فرشته پور, محمد

doi:10.22126/atwe.2026.13098.1197

ارزیابی شرایط اقلیم و هیدرولوژی بر کیفیت آب رودخانه گلمکان با استفاده از مدل‌های یادگیری ماشین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ گروه مهندسی آب و محیط‌زیست، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

² گروه مهندسی آب و محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

³ تحلیلگر تغییرات اقلیمی، مرکز جنگلداری شمال، دپارتمان منابع طبیعی کانادا

10.22126/atwe.2026.13098.1197

چکیده

تحلیل تغییرات کیفی رودخانه‌ها در اقلیم‌های خشک مستلزم شناسایی فرایندهایی است که غلظت املاح را در واکنش به تغییرات هیدرولوژیکی و اقلیمی کنترل می‌کنند. در این پژوهش، چارچوبی داده‌محور باهدف طبقه‌بندی سطوح شاخص کل جامدات محلول (TDS ) و ارزیابی سهم نسبی متغیرهای اقلیمی و هیدرولوژیکی در تبیین تغییرات کیفی رودخانه گلمکان طراحی گردید. داده‌های روزانه‌ی TDS و دبی طی سال‌های ۱۳۸۰ تا ۱۴۰۲ از شرکت آب منطقه‌ای خراسان رضوی، و داده‌های اقلیمی شامل دما، بارش، تبخیر و رواناب از پایگاه اروپایی پیش‌بینی‌های میان‌مدت جوی (ERA5 ) گردآوری و تلفیق شدند. به‌منظور تحلیل داده‌ها، از دو الگوریتم Random Forest (RF) و Extreme Gradient Boosting (XGBoost) برای استخراج ساختار طبقه‌بندی و تعیین اهمیت نسبی متغیرها استفاده گردید. نتایج حاصل از ارزیابی مدل‌ها بر روی داده‌های مستقلِ آزمون بیانگر آن بود که دقت کلی RF برابر با ۷۳٫۵% و XGBoost برابر با ۷۰٫۶% است. تحلیل اهمیت نسبی متغیرها نشان داد که الگوی تغییرات TDS عمدتاً تحت کنترل مؤلفه‌های هیدرولوژیکی جریان و تبخیر قرار دارد به طوری که کاهش دبی در شرایط تبخیر بالا منجر به افزایش غلظت املاح و تغییر در ساختار طبقات کیفی می‌شود. یافته‌ها بیانگر آن است که بخش عمده‌ی تغییرات کیفی رودخانه ناشی از فرایندهای تدریجی انباشت و رقیق‌سازی املاح است. چارچوب ارائه‌شده با تمرکز بر تحلیل ساختاری و تفسیرپذیری روابط میان متغیرها، قابلیت تبیین الگوهای مؤثر بر کیفیت آب را فراهم می‌کند و می‌تواند در تصمیم‌سازی‌های مدیریتی مرتبط با پایش و کنترل کیفیت منابع مورداستفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها