Geography and Human Relationships

Geography and Human Relationships

Prediction of suspended sediment load flow using gene expression programming (case study: Navroud catchment area, Gilan)

Document Type : Original Article

Authors
1 Professor, Department of physical Geography, Faculty of Social Sciences, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabili, Iran
2 Physical Geography university of Mohaghegh ardabili
Abstract
in order to investigate the efficiency and accuracy of the gene expression programming method in predicting the suspended load sedimentation of the Navroud River in Gilan province using the software (GEP), from the data of average rainfall, average runoff discharge, average maximum temperature , the average minimum temperature and the average annual temperature of the basin, as input variables, as well as the observational suspended load sediment data at the Kharggil Aslam hydrometric station, as the output variable in the joint statistical period of 20 years (from the water year 74-75 until 93-94) was used. For this purpose, the amount of sediments of the suspended load of the basin using the gauge curve method, the average amount of rainfall using the method of precipitation curves using the Kriging model in the GIS software environment and the values of three annual temperature indices through the relations of the thermal gradient of the region for the statistical years It was estimated differently. In order to achieve the appropriate structure between the inputs and the output of the model, the information of the first 13 statistical years was used to train the program and the remaining 7 years were used for its verification, and in order to identify the effective inputs, 6 patterns were used. Various were designed based on the combination of input data. Finally, to determine the most suitable relationship for predicting basin sediments, two valid indicators of root mean square error (RMSE) and correlation coefficient (2R) were used. The results showed that, with the structure of average rainfall, average runoff, average maximum and average annual temperature of the basin, the correlation coefficient (2R) between the calculated and observed data in the verification period reached its highest value (84%) And the value of the RMSE index reaches its lowest value (1.06).
Keywords

Subjects


  • آرخی، ص.، سلمانی، س.، عمادالدین، س. 1402. ارزیابی تاثیر تغییرات کاربری اراضی روی فرسایش و رسوب با استفاده از سنجش از دور و GIS (مطالعه موردی: حوضه کال‌آجی استان گلستان)، جغرافیا و مخاطرات محیطی، doi:10.22067/GEOEH.2022.74281.1145
  • امامقلی‌زاده، ص.، کریمی­‌دمنه، ر.، اژدری، خ. مقایسه‌ی روش‌های متداول برآورد بار رسوب معلق رودخانه‌ کرخه با روش برنامه‌ریزی بیان ژن، نشریه جغرافیا و توسعه، 14(45): 121-140.
  • بهرامی، ع.، شهیدی، ع. 1400. بهبود مدل DRASTIC با برنامه‌ریزی بیان ژن در تعیین آسیب پذیری آبخوان به نیترات مطالعه موردی: آبخوان دشت کرمانشاه، هیدروژئومورفولوژی، 8(28): 62-39.
  • پاسبان، ا.ح.، عابدینی، م.، فروتن، م. 1401. ارزیابی و تحلیل میزان تاثیر کاربری اراضی بر فرسایش خاک با استفاده از مدل تجربیRUSLE مطالعه موردی: حوضه آبخیز بالیخلوچای، استان اردبیل. جغرافیا و روابط انسانی، 5(3): 258 –
  • چعب، ح.، جعفری، ا.، جلیلی، س.، ظهیری، ج. 1397. مقایسه روش­های متداول برآورد بار رسوب معلق رودخانه دز با روش برنامه­ریزی بیان ژن (مطالعه موردی ایستگاه تله زنگ)، هفدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، شهرکرد.
  • حاجیان، ف. 1399. عملکرد روش موسلی و شبکه عصبی مصنوعی و بیان­ژن در برآورد رسوب دهی حوضه کسیلیان، ایران، دهمین همایش سراسری محیط زیست انرژی و منابع طبیعی پایدار، تهران.
  • رنجبر، ع.، امامقلی‌زاده، ص.، کریمی، ر. مدل­سازی دبی و دبی رسوب رودخانه هراز آمل با استفاده از برنامه­ریزی بیان­ژن (GEP)، پنجمین کنفرانس مدیریت جامع منابع آب، کرمان.
  • روستایی، ش.، حجازی، ا.، شیرزادی، ه. 1401. برآورد میزان فرسایش ورسوب‌ حوضه‌ آبریز زیمکان در استان کرمانشاه با تاکید بر متغیر‌های تاثیر‌گذار، جغرافیا و مخاطرات محیطی، doi: 10.22067/GEOEH.2023.79388.1293
  • روشنگر، ک.، میرحیدریان، ش. 1393. استفاده از روش تکاملی برنامه‌ریزی بیان ژن در برآورد میزان آبشستگی پایه‌های پل در بسترهای غیر چسبنده براساس داده‌های آزمایشگاهی و میدانی، هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، بابل، اردیبهشت 1393.
  • شرکت سهامی آب منطقه­ای گیلان 1399. گزارش سالانه حوضه معرف ناورود اسالم، سال آبی 99-1398.
  • عابدینی، م.، ابوالفتحی، د.، رئیسی، م. a پهنه‌بندی فرسایش حوضه آبریز رزن با استفاده از مدل‌های منطق فازی، EPM و BLM در محیط GIS. جغرافیا و توسعه، 68: 69-49.
  • عابدینی، م.، جوادی علی‌بابالو، س.، مصطفی‌زاده، رئوف.، پاسبان، ا.ح. b اولویت‌بندی زیرحوزه‌های آبخیز کوزه‌توپراقی بر اساس فرسایش خاک و تولید رسوب با استفاده از پسیاک اصلاح‌شده (MPSIAC) در محیط GIS. مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، 13(49): 39-18.
  • عابدینی، م.، بهرامی­نیا، ف.، مصطفی‌زاده،ر.، پاسبان، ا.ح . 1402. بررسی تاثیر تغییرات کاربری اراضی در یک دوره بیست سال بر میزان فرسایش و رسوب حوزه رضی­چای. فصلنامه جغرافیا و مطالعات محیطی، سال دوازدهم، شماره 45 ، صص133- 114.
  • عابدینی،م.،جوادی ع. ب، س.، مصطفی‌زاده، ر.، پاسبان، ا.ح . 1401b. ارتباط شاخص‌های پوشش گیاهی و ژئومورفیک با مقادیر فرسایش و رسوب در حوزه آبریز کوزه‌توپراقی. هیدروژئومورفولوژی، شماره‌ی 32، سال نهم، صص 128-105.
  • عابدینی، م .، یعقوب نژادف، ن.1396. ارزیابی و پهنه­بندی خطر فرسایش خاک در حوضه آبخیز رودخانه بالیخلو (سد­یامچی) با استفاده از مدل­فازی، پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی، سال ششم، شماره (1). 155- 137.
  • عبادی‌فر، م.، اشرف، ع.، محمدی دهرایی، م. 1397. پیش­بینی رواناب حوضه با استفاده از برنامه­ریزی بیان ژن (مطالعه موردی: حوضه آبریز کرگانرود گیلان)، پنجمین همایش و نمایشگاه محیط زیست و بحران­های پیش­رو، 21 اردیبهشت 1397، دانشگاه خوارزمی تهران.
  • علی‌جانپور شلمانی، ع.، واعظی، ع.ر.، طباطبایی، م.ر. 1398. ارزیابی مدل برنامه­ریزی بیان­ژن برای برآورد بار رسوب معلق بر اساس پیش پردازش داده­ها با روش آزمون گاما (مطالعه موردی: حوزه آبخیز رود زرد)، حفاظت منابع آب و خاک، 8(4): 37-50.
  • علی‌نژادی، م.، موسوی، ف.، حسینی، خ. 1400. مقایسه روش­های برنامه­ریزی بیان­ژن و رگرسیون­های پارامتریک و ناپارامتریک در پیش بینی دبی میانگین روزانه رودخانه کارون (مطالعه موردی: ایستگاه هیدرومتری ملاثانی)، علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، 25(1): 62-43.
  • قربانی، م.ع.، احمدی، ح.، یوسفی، پ. 1391. مدل­های فراکاوشی در ریز مقیاس­سازی زمانی بار رسوب معلق رودخانه (مطالعه موردی: رودخانه لیقوان)، نهمن سمینار بین المللی مهندسی رودخانه، بهمن ماه 1391، دانشگاه شهید چمران اهواز.
  • مرادی‌نژاد، ا.، خسروبیگی، س.، اکبری، م.، حسینی، ا. 1402. ارزیابی ‌روش‌های‌‌ محاسبات ‌نرم‌ در ‌برآورد‌ رسوب معلق ‌رودخانه (ایستگاه حسن‌آباد رودخانه تیره)، مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک.DOI:10.22098/MMWS.2023.12620.1258
  • Aytek and O.Kisi, “A genetic programming approach to suspended sediment modeling,” ELSEVIER, Journal of Hydrology, Vol 351, pp. 288-298, 2008.
  • Alijanpour Shalmani, A., Vaez, A., Tabatabaei, M. 2022. Prediction of daily suspended sediment load using the Genetic Expression Programming and Artificial Neural Network models, Environmemtal Resources Research, 10(1): 115-132.
  • Andarzian, B., Bannayan, M., Steduto, P., Mazraeh, H., Barati, M. E., Barati, M. A. and Rahnama, A., 2011. Validation and testing of the AquaCrop model under full and deficit irrigated wheat production in Iran. Agricultural Water Management, 100: 1-8
  • Baboviv, V., Keijzer, M. 2006. Rainfall‐Runoff Modeling Based on Genetic Programming, Encyclopedia of Hydrological Sciences, DOI:10.1002/0470848944.hsa017.
  • Dizaji, A. R., Hosseini, S. A., Rezaverdinejad, V., & Sharafati, A. 2020. Groundwater contamination vulnerability assessment using DRASTIC method, GSA, and uncertainty analysis. Arabian Journal of Geosciences, 13(14), 1-15.
  • Ferreira, C. 2006. Automaticlly defined functions in gene expression programming. In: Nedjah, N., Mourelle, L.M., Abraham, A. (Eds.), Genetic Systems Programming: Theory and Experiences, Studies in Computational Intelligence, Springer-Verlag, 13, 21-5
  • Guven, A., Talu, N.E. 2010. Gene Expression Programing for Estimating Suspended Sediment Yield in Middle Euphrates Basin, Turkey. Clean – Soil Air Water. 38(12):1159–1168.
  • Jha, M. K., Sahoo, S. 2015. Efficacy of neural network and genetic algorithm techniques in simulating spatio- temporal fluctuations of groundwater. Hydrological processes, 29(5), 671-691.
  • Kishi, O. 2010. River suspended sediment concentration modeling using a neural differential evolution approach. J. Hydrol. 389: 1-2. 227-235.
  • Mehr A.D. 2021. An improved gene expression programming model for streamflow forecasting in intermittent streams. Journal of Hydrology 563: 669-678.
  • T. Khu, S.Y. Liong, V. Babovic, H. Madsen and N. Muttil, “Genetic programming and its application in real- time runoff forming,” American Water Resources Journal, Assoc. Vol. 37(2), pp. 439-451, 2001.
  • Saxena, B., Gaonkar, M., Singh, S. 2023. Study of the effectiveness of Wavelet Genetic Programming model for Water Quality Analysis in the Uttar Pradesh region, Environmental Monitoring and Assessment, 195(8):1010. doi: 10.1007/s10661-023-11489-y.
  • Senthil Kumar, A.R., C.S. Ojha, P. Manish Kumar Goyal, R.D. Singh and P.K. Swamee. 2012. Modeling of Suspended Sediment Concentration at Kasol in India Using ANN, FuzzyLogic and Decision Tree Algorithms. American Society of Civil Engineers, 17: 394-404.
  • Unsal, M and Yagci ,E.A ., 2020. Assessment of Gfenetic Programing  For Estimating RainfallRunof Hydrographical Events. Feb Fresenius Environmental Buletin, p.2778.
  • Yadav, A., Hasan, M., Joshi, D., Kumar, V., Aman, A., Alhumyani, H., Alzaidi, M., Mishra, H. 2022. Optimized Scenario for Estimating Suspended Sediment Yield Using an Artificial Neural Network Coupled with a Genetic Algorithm, Water, 14(18): 2815.
Volume 7, Issue 4 - Serial Number 28
Winter 2025
Pages 316-337

  • Receive Date 16 December 2023
  • Revise Date 22 May 2025
  • Accept Date 24 January 2024