هیدروفیزیک

هیدروفیزیک

ارزیابی مدل‌های هیبریدی رگرسیون بردار پشتیبان در تخمین BOD و COD آب رودخانه خرم‌آباد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکترای سازه های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان ، ایران
2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه لرستان، لرستان ، ایران
3 استادیار گروه علوم و مهندسی آب،دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان ، ایران
چکیده
در پژوهش حاضر، عملکرد سه مدل ترکیبی رگرسیون بردار پشتیبان (SVR) بهینه‌سازی‌شده با الگوریتم‌های فراابتکاری موجک (WSVR)، تفنگدار خلاق (AIG-SVR) و عنکبوت بیوه سیاه (BWO-SVR) در تخمین هم‌زمان BOD و COD رودخانه خرم‌آباد ارزیابی شد. داده‌های ماهانه‌ی ۱۴ پارامتر کیفی و هیدرولوژیکی طی دوره‌ی 1384 تا 1404 از ایستگاه‌های هیدرومتری و کیفیت‌سنجی جمع‌آوری و با نسبت ۸۰ به ۲۰ درصد به دو بخش آموزش و آزمون تقسیم گردید. نتایج نشان داد که سناریوی ورودی شامل کلیه‌ی پارامترها، بهترین عملکرد را داشته است. همچنین نتایج حاصل از معیارهای ارزیابی نشان داد مدل رگرسیون بردار پشتیبان -موجک با کرنل پایه‌ی شعاعی با مقادیر ضریب همبستگی (R) به‌ترتیب 978/0و 982/0، ضریب نش-ساتکلیف (NSE) 980/0 و 985/0، ریشه‌ی میانگین مربعات خطا (RMSE) 681/0 و 617/0 میلی‌گرم بر لیتر و میانگین قدرمطلق خطا (MAE) 506/0 و 402/0 میلی‌گرم بر لیتر برای BOD و COD در مرحله‌ی آزمون، عملکرد برتری نسبت به سایر مدل‌ها داشت. مدل‌های رگرسیون بردار پشتیبان-تفنگدار خلاق و رگرسیون بردار پشتیبان-عنکبوت بیوه سیاه به‌ترتیب در رتبه‌های دوم و سوم قرار گرفتند. تحلیل نمودار جعبه‌ای و تیلور نیز برتری مدل رگرسیون بردار پشتیبان-موجک را در بازتولید توزیع آماری داده‌ها تأیید کرد. یافته‌ها نشان می‌دهد که استفاده از عملگر جهش موجک در بهینه‌سازی پارامترهای تنظیم مدل رگرسیون بردار پشتیبان، با ایجاد تعادل مناسب بین کاوش و بهره‌برداری، دقت پیش‌بینی را به‌طور چشمگیری افزایش داده و ابزاری کارآمد و کم‌هزینه برای پایش کیفی رودخانه‌ها در مناطق نیمه‌خشک فراهم می‌آورد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation of Hybrid Support Vector Regression Models for Estimating BOD and COD in Khorramabad River Water

نویسندگان English

asghar shirpey 1
Hojatollah Younesi 2
babak shahinejad 3
1 PhD Student in Hydraulic Structures, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Iran
2 Associate Professor, Department of Water Engineering, Lorestan University, Lorestan, Iran
3 Assistant Professor, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Iran
چکیده English

In the present study, the performance of three hybrid Support Vector Regression (SVR) models optimized with metaheuristic algorithms—Wavelet (W-SVR), the Innovative Gunner Algorithm (AIG-SVR), and Black Widow Optimization (BWO-SVR)—was evaluated for the simultaneous estimation of BOD and COD in the Khorramabad River. Monthly data on 14 qualitative and hydrological parameters were collected from hydrometric and water-quality monitoring stations over a 20-year period (2005–2025) and were divided into training and testing sets using an 80:20 ratio. The results indicated that the input scenario comprising all parameters yielded the best performance. Moreover, the evaluation criteria demonstrated that, during the testing phase, the W-SVR model with the Radial Basis Function (RBF) kernel outperformed the other models, achieving correlation coefficients (R) of 0.978 and 0.982, Nash–Sutcliffe efficiency (NSE) values of 0.980 and 0.985, root mean square errors (RMSE) of 0.681 and 0.617 mg/L, and mean absolute errors (MAE) of 0.506 and 0.402 mg/L for BOD and COD, respectively. The AIG-SVR and BWO-SVR models ranked second and third, respectively. Box plot and Taylor diagram analyses further confirmed the superiority of the W-SVR model in reproducing the statistical distribution of the observed data. The findings demonstrate that the wavelet-based mutation operator, by establishing an appropriate balance between exploration and exploitation in optimizing the SVR hyperparameters, significantly enhances prediction accuracy and provides an efficient, cost-effective tool for water quality monitoring in semi-arid regions.

کلیدواژه‌ها English

Black Widow Optimization Algorithm
Innovative Gunner Algorithm
Khorramabad River
Support Vector Regression
Water Quality
Wavelet Algorithm

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 23 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 08 شهریور 1405
  • تاریخ بازنگری 22 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 23 شهریور 1405