شماره ركورد
25206
شماره راهنما
CIV2 237
عنوان
تخمين تغييرات تراز آب زيرزميني بااستفاده از شبكه عصبي پيچشي و بكارگيري داده¬هاي ماهواره محور
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران- مهندسي و مديريت منابع آب
دانشكده
مهندسي عمران و حمل و نقل
تاريخ دفاع
1404/07/23
صفحه شمار
78 ص.
استاد راهنما
محمدعلي عليجانيان
استاد مشاور
حامد يزديان
كليدواژه فارسي
تغييرات تراز آب زيرزميني , شبكه عصبي پيچشي , داده¬هاي ماهواره محور , ريزمقياس سازي مكاني , داده¬هاي آزمايش بازيابي جاذبه و اقليم , سميرم
چكيده فارسي
آب¬هاي زيرزميني، به دليل آلودگي كمتر و دسترسي بيشتر نسبت به منابع آب سطحي، ارزش بسيار بالايي دارد. حدود 33٪ از جمعيت جهان، براي استفاده روزمره از آب شيرين زيرزميني استفاده مي¬كنند. تغييرات جهاني اقليم، افزايش جمعيت جهاني، مديريت نامناسب، تغيير و بهبود سبك زندگي و بهداشت انسانها مواردي هستند كه باعث كاهش سطح ذخاير آب¬هاي زيرزميني شده¬اند. كاهش آب زيرزميني ميتواند به مشكلات محيطي و اكولوژيكي جدي، منجر شود. لذا، شناسايي مكانهاي ذخيره آب زيرزميني و بهينهسازي تخصيص آن، بسيار حياتي است. اين مطالعه با هدف تحليل و تخمين تغييرات تراز آب زيرزميني در منطقه سميرم استان اصفهان ، بااستفاده از تلفيق دادههاي مشاهداتي زميني و ماهوارهاي، طراحي و اجرا شد. مجموعه داده¬¬هاي مورد استفاده شامل اطلاعات جامع بارش، تبخير و تعرق، جريانهاي سطحي، سطح آب زيرزميني و تغييرات ذخيره آب بود كه از منابع معتبر گردآوري شدند. در گام نخست، تحليل همبستگي ميان متغيرها جهت شناسايي متغيرهاي موثر انجام شد. سپس براي بهبود دقت پيشبينيها، دادههاي ماهوارهاي GRACE با استفاده از دو مدل يادگيري ماشين، يعني شبكه عصبي پيچشي (CNN) و ماشين بردار پشتيبان (SVM)، ريزمقياسسازي شدند. نتايج حاصل از ارزيابيها نشان داد كه مدل CNN با ضريب تعين (R²=0.71) بهمراتب عملكرد بهتري نسبت به (R²=0.60)SVM ارائه داد. علاوه بر اين، براي تخمين دادههاي مفقود شده ماهواره GRACE، از سه مدل CNN، ANN و SVM استفاده شد. در اين بخش نيز مدل CNN به دليل توانايي در نظر گرفتن الگوهاي همسايگي دادهها (وروديهاي ماتريسي) عملكرد برجستهتري (R²=0.70) از خود نشان داد. يكي از كاربردهاي كليدي دادههاي GRACE، محاسبه بيلان آب زيرزميني در حوضههاي آبي مي باشد. در اين مطالعه، از دادههاي ريزمقياسشده GRACE، براي تخمين تغييرات سطح آب زيرزميني به كار گرفته شد. در نهايت، با استفاده از نمودار Q-Q، مقادير تخمينزدهشده تغييرات سطح آب زيرزميني حاصل از دادههاي ماهوارهاي با دادههاي مشاهداتي زميني، مقايسه و اعتبارسنجي شد. نتايج اين پژوهش نشاندهنده پتانسيل بالاي مدلهاي يادگيري ماشين، بهويژه CNN، در بهبود دقت تحليلهاي هيدرولوژيكي و مديريت منابع آب زيرزميني است.
كليدواژه لاتين
Groundwater level changes , Convolutional Neural Network , satellite-based data , spatial downscaling , Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) data , Semirom
عنوان لاتين
Estimation of Groundwater Level Changes Using Convolutional Neural Networks and Satellite-Based Data
گروه آموزشي
مهندسي عمران
چكيده لاتين
Groundwater, due to lower contamination and easier access compared to surface water sources, holds very high value. About 33% of the world population uses groundwater for daily drinking water. Global climate changes, population growth, improper management, and changes and improvements in human lifestyle and hygiene have contributed to the depletion of groundwater reserves. The reduction in groundwater levels can lead to serious environmental and ecological problems. Therefore, identifying groundwater storage locations and optimizing its allocation is critically important. This study aimed to analyze and estimate groundwater level changes in the Samirim region of Isfahan Province, leveraging the integration of ground-based observational data and satellite data. The datasets used included comprehensive information on precipitation, evapotranspiration, surface runoff, groundwater level, and storage changes, collected from reputable sources.
In the first step, a correlation analysis among variables was conducted to identify the influential factors. To enhance prediction accuracy, satellite GRACE data were downscaled using two machine learning models, namely Convolutional Neural Networks (CNN) and Support Vector Machines (SVM). The evaluation results indicated that the CNN model, with a coefficient of determination (R² = 0.71), performed substantially better than the SVM model (R² = 0.60). Moreover, to estimate missing GRACE data, three models—CNN, ANN (Artificial Neural Network), and SVM—were employed. In this section as well, CNN demonstrated superior performance (R² = 0.70) due to its ability to account for neighborhood patterns in the data (matrix inputs).
One of the key applications of GRACE data is the water balance calculation in hydro basins. In this study, downscaled GRACE data were used to estimate groundwater level changes. Finally, using the Q-Q plot, the estimated groundwater level change values derived from satellite data were compared and validated against the ground-based observational data. The results of this study demonstrate the high potential of machine learning models, especially CNN, to improve the accuracy of hydrological analyses and the management of groundwater resources.
تعداد فصل ها
6
استاد مشاور خارج از دانشگاه
نرجس سلماني
فهرست مطالب pdf
148653
نويسنده