مدل‌سازي تصادفي بار رسوب با استفاده از جنگل تصادفي و رگرسيون چندك

سابقه و هدف: ارزيابي بار معلق رسوبي رودخانه‌ها بسيار مهم است. كيفيت آب رودخانه‌ها و محيط‌زيست تحت تأثير بار رسوب مي‌باشد. همچنين طراحي سازه‌هاي هيدروليكي و ساير تأسيسات آبرساني، مديريت حوزه آبخيز و اجراي برنامه‌هاي حفاظت خاك و مشكلات عمده‌ي ديگر ناشي از آورد رسوب رودخانه‌ها به تخمين صحيح بار رسوب وابسته است. از آنجايي كه برآورد مستقيم بار رسوبي بسيار دشوار و وقت‌گير است، لذا اين امر سبب شد محققان به برآورد غيرمستقيم بار رسوبي كه به روش‌هاي گوناگون امكان‌پذير است روي آورند. يكي از راه‌هاي آسان برآورد غيرمستقيم بار رسوبي، منحني سنجه رسوب است. اين روش تنها مي‌تواند معرف يك مقدار رسوب در يك دبي معين باشد و به علت عوامل مختلفي در طبيعت ممكن است چندين مقدار بار رسوبي براي يك دبي مشخص وجود داشته باشد. بر اين اساس در پژوهش حاضر از روش‌هاي رگرسيون چندك و جنگل تصادفي كه بتوانند مقدار بار رسوب را براي يك مقدار دبي معين در احتمالات مختلف تخمين بزنند استفاده شد. با به كار گيري اين دو روش مي‌توان احتمال وقوع بار رسوب در رويدادهاي استثايي و سيلاب‌هاي عظيم را تحليل كرد. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش از مدل‌هاي منحني سنجه رسوب، رگرسيون چندك و جنگل تصادفي به منظور برآورد بار رسوب چهار ايستگاه‌ جنگلده، نوده، ارازكوسه و قزاقلي واقع در رودخانه‌ي گرگانرود در استان گلستان استفاده گرديد. به اين منظور داده‌هاي دبي رسوب متناظر چهار ايستگاه مورد مطالعه به دو بخش 75% براي آموزش‌ و 25% براي آزمون تفكيك شدند. در روش منحني سنجه، مقدار رسوب با استفاده از معادله‌ي تواني برازش داده شده بين دبي و رسوب متناظر، حاصل گرديد. الگوريتم‌هاي رگرسيون چندك و جنگل تصادفي با استفاده از نرم‌افزار آماري R اجرا گرديدند. مقدار بهينه پارامترهاي متغير اين دو روش با استفاده از آزمون و خطا تعيين شد. با اجراي مدل، مقدار رسوب مربوط به يك دبي در سطوح احتمال مختلف (1% تا 99%) محاسبه شد. يافته‌ها: با به كارگيري اين دو روش، بار رسوبي در چندك‌هاي 2/5، 50 و 97/5% تعيين و دامنه عدم قطعيت در هر ايستگاه مشخص شد. روش جنگل تصادفي در ايستگاه‌هاي جنگلده و نوده با مقدار RMSE به ترتيب برابر 96 و 210 تن بر روز و رگرسيون چندك در ايستگاه‌هاي ارازكوسه و قزاقلي با مقدار RMSE به ترتيب 6453 و 24886 تن بر روز به عنوان بهترين روش برآورد بار رسوبي انتخاب شدند. مقدار معيار ارزيابي RMSE رسوب برآورد شده توسط منحني سنجه رسوب كلاسيك در ايستگاه‌هاي جنگلده، نوده، ارازكوسه و قزاقلي به ترتيب برابر 199، 288، 7505 و 25811 تن بر روز به دست آمد. نتيجه‌گيري: نتايج نشان داد منحني سنجه رسوب كلاسيك علاوه بر اينكه قادر به برآورد بار رسوبي در دامنه‌ي عدم قطعيت‌هاي مختلف براي يك مقدار دبي معين نيست، بار رسوبي را نيز با مقدار خطاي بيشتري برآورد مي‌كند. با استفاده از روش‌هاي رگرسيون چندك و جنگل تصادفي براي يك دبي معين مقدار رسوب در احتمالات مختلف قابل پيش‌بيني است و اين امر كمك زيادي به برنامه‌ريزي صحيح و جامع براي ساخت سازه‌هاي آبي مي‌كند و از اين طريق، خطرات تخريب اين تأسيسات را كه ناشي از سيلاب‌هاي عظيم مي‌باشد كاهش مي‌دهد.