مدیریت آب در کشاورزی

مدیریت آب در کشاورزی

روندیابی فازی کیفیت آب در حوزه آبریز گرگان‌رود برای مصارف کشاورزی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشیار گروه مرتع و آبخیزداری دانشگاه گنبدکاووس
2 استادیارگروه تولیدات گیاهی دانشگاه گنبد کاووس
3 دانشگاه گنبدکاووس
چکیده
کیفیت آب سطحی به عنوان یک عامل کلیدی در تخصیص بهینه منابع آب رودخانه‌ها برای مصارف کشاورزی است. شاخص ها در تعیین کیفیت آب به ویژه در زمینه کشاورزی کاربرد فراوانی دارند. اما این شاخص ها به ‌دلیل ارائه کیفیت آب به صورت قطعی، پایش دقیق آن را به چالش می‌کشد. لذا در این مطالعه، تغییرات کیفیت آب چهار رودخانه زرین‌گل، رامیان، گالیکش و چهل‌چای در حوزه آبریز گرگان‌رود با شاخص IRWQIsc به دو روش فازی و غیرفازی مقایسه شده است. به این منظور، نمونه‌های آبی هر دو هفته از آبان ۱۴۰۱ تا اردیبهشت ۱۴۰۲ جمع‌آوری و پارامترهای PH، EC، DO، NO₃⁻، NH₄⁺، PO₄ و TH مطابق استاندارد APHA اندازه‌گیری شدند. پس از نرمال‌سازی مقادیر با منحنی‌های شاخصIRWQIsc، مدل فازی مبتنی بر سیستم استنتاج سوگنو با توابع عضویت ذوزنقه‌ای و بیست قانون «اگر–آنگاه» در محیط پایتون پیاده‌سازی شد تا عدم‌قطعیت و پراکندگی داده‌ها به صورت پیشرفته‌تر تحلیل شود. نتایج نشان داد میانگین داده‌های خروجی ایستگاه ها برای تعیین کیفیت آب در روش فازی برابر ۸۰٫۵۸ با انحراف معیار ۵٫۳۸ و ضریب تغییرات ۰٫۰۶۶۷ است، در حالی که میانگین کل داده‌ها در روش غیرفازی برابر با ۷۷٫۳۱، انحراف معیار ۸٫۵۷ و ضریب تغییرات ۰٫۱۱۰۷ بود؛ بنابراین، مدل فازی دقت و انسجام بیشتری ارائه داده است. به علاوه، در ۷۵٫۵٪ نمونه‌ها، طبقه‌بندی کیفیت در هر دو روش مشابه بود و در ۲۴٫۵٪ باقیمانده، مدل فازی حساسیت بیشتری در شناسایی نقاط مرزی و بحرانی نشان داد. علاوه بر این، کیفیت آب در بیش از نیمی از ایستگاه‌ها در سطح «خوب» تا «خیلی خوب» طبقه‌بندی شدند. در نتیجه، با توجه به کاهش عدم قطعیت در ارزیابی‌ها و حساسیت بالاتر در شناسایی نواحی مرزی کیفیت آب توسط منطق فازی، این روش می‌تواند به‌عنوان یک ابزار کارآمد برای تصمیم‌گیری مدیران منابع آب در برنامه‌ریزی های مربوطه استفاده شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Fuzzy Routing of Water Quality for Agricultural Uses in the Gorganroud Watershed

نویسندگان English

Ali Heshmatpour 1
Seied Javad Sajadi 2
Seied Ilya Seiedi 3
1 Associate Professor at the Department of Rangeland and Watershed Management, Gonbad Kavous University
2 Assistant Professor at the Department of Plant Production, Gonbad Kavous University
3 University of Gonbadkavous
چکیده English

Surface water quality is a key factor in the optimal allocation of river water resources for agricultural use. Water quality indices are widely applied in determining water suitability, particularly in agriculture. However, due to their deterministic nature, these indices often face challenges in accurately monitoring water quality. Therefore, this study compares the changes in water quality of four rivers Zarrin Gol, Ramian, Galikesh, and Chel-Chai in the Gorganrud watershed using the IRWQIsc index through both fuzzy and non-fuzzy methods. To achieve this, water samples were collected biweekly from November 2022 to May 2023, and parameters including pH, EC, DO, NO₃⁻, NH₄⁺, PO₄, and TH were measured according to APHA standards. After normalizing the values using IRWQIsc curves, a fuzzy model based on the Sugeno inference system with trapezoidal membership functions and twenty 'if–then' rules was implemented in Python to analyze data uncertainty and dispersion more effectively. The results showed that the average output values across stations using the fuzzy method were 80.58 with a standard deviation of 5.38 and a coefficient of variation of 0.0667, whereas the non-fuzzy method yielded an overall average of 77.31, a standard deviation of 8.57, and a coefficient of variation of 0.1107. Thus, the fuzzy model provided higher accuracy and consistency. Furthermore, in 75.5% of the samples, both methods yielded similar quality classifications, while in the remaining 24.5%, the fuzzy model demonstrated greater sensitivity in identifying boundary and critical conditions. Additionally, water quality in more than half of the stations was classified as "good" to "very good." Consequently, considering its ability to reduce uncertainty and its higher sensitivity in identifying marginal water quality zones, the fuzzy logic approach can serve as an effective decision-making tool for water resource managers in related planning activities.

کلیدواژه‌ها English

Comparison of indicators
Fuzzy logic
Resource sustainability
Surface water quality
Uncertainty assessment

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 16 شهریور 1404