با همکاری انجمن هیدرولیک ایران

مدل ترکیبی یادگیری ماشین–فرآیند تحلیل سلسله‌مراتبی برای پهنه‌بندی تغذیه آب زیرزمینی در آبخوان نیشابور، شمال‌شرق ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، دانشکده مهندسی عمران، واحد نیشابور، دانشگاه آزاد اسلامی، نیشابور، ایران.

10.22077/jaaq.2026.11587.1146
چکیده
افت سطح آب زیرزمینی در مناطق نیمه‌خشک، امنیت بلندمدت منابع آب و پایداری کشاورزی را تهدید می‌کند. در این مطالعه، دو مدل ترکیبی مبتنی بر یادگیری ماشین و فرآیند تحلیل سلسله‌مراتبی (ML–AHP) شامل مدل ترکیبی جنگل تصادفی–فرآیند تحلیل سلسله‌مراتبی (RF–AHP) و مدل ترکیبی برنامه‌ریزی بیان ژن–فرآیند تحلیل سلسله‌مراتبی (GEP–AHP) به‌منظور تهیه نقشه پتانسیل تغذیه آب زیرزمینی در آبخوان نیشابور در شمال‌شرق ایران به کار گرفته شدند. داده‌های سطح آب زیرزمینی حاصل از 38 پیزومتر طی دوره 2000 تا 2018 برای آموزش هر دو مدل GEP) و (RF مورد استفاده قرار گرفتند و مقادیر اهمیت متغیرهای مستقل در فرآیند تحلیل سلسله‌مراتبی به‌منظور کاهش وابستگی به قضاوت کارشناسی در تعیین وزن‌ها استخراج شدند. نتایج نشان داد که مدل GEP در پیش‌بینی زمانی سطح آب زیرزمینی از قابلیت بهتری برخوردار بود و مقدار NSE آن در دوره تست برابر با 0.407 به‌دست آمد، در حالی که مقدار NSE مدل RF در دوره تست برابر با 0.193 بود، از طرف دیگر مدل RF–AHP در پهنه‌بندی مکانی تغذیه آب زیرزمینی عملکرد بهتری داشت و مقدار AUC برابر 0.797 را به‌دست آورد، در حالی که این مقدار برای GEP–AHP برابر 0.629 بدست امد. شاخص رطوبت توپوگرافی (TWI) و NDVI فصل مرطوب به‌عنوان مهم‌ترین عوامل کنترل‌کننده تغذیه در هر دو مدل شناسایی شدند. میزان تغذیه سالانه برآوردشده برای RF–AHP برابر با 88.2 × 10⁶ مترمکعب (15.6 درصد بارش سالانه) و برای GEP–AHP برابر با 74.0 × 10⁶ مترمکعب (13.1 درصد بارش سالانه) برآورد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Hybrid Machine Learning–Analytical Hierarchy Process Model for Groundwater Recharge Zoning in the Neyshabur Aquifer, Northeastern Iran

نویسنده English

farhad hajian
azad university neyshabur
چکیده English

Declining groundwater levels in semi-arid regions threaten long-term water resource security and agricultural sustainability. In this study, two hybrid machine learning–Analytical Hierarchy Process (ML–AHP) models, including the Random Forest–Analytical Hierarchy Process (RF–AHP) and Gene Expression Programming–Analytical Hierarchy Process (GEP–AHP) models, were developed to map groundwater recharge potential in the Neyshabur aquifer in northeastern Iran. Groundwater level data from 38 piezometers over the period 2000–2018 were used to train both the GEP and RF models, and the importance values of independent variables were extracted and incorporated into the AHP framework to reduce reliance on expert judgment in weight assignment. The results showed that the GEP model performed better in temporal groundwater level prediction, achieving an NSE of 0.407 in the testing phase, while the RF model obtained an NSE of 0.193. In contrast, the RF–AHP model showed superior performance in spatial groundwater recharge zoning, with an AUC of 0.797 compared to 0.629 for the GEP–AHP model. The Topographic Wetness Index (TWI) and wet-season NDVI were identified as the most influential controlling factors of groundwater recharge in both models. The estimated annual recharge was 88.2 × 10⁶ m³ (15.6% of annual precipitation) for the RF–AHP model and 74.0 × 10⁶ m³ (13.1% of annual precipitation) for the GEP–AHP model.

کلیدواژه‌ها English

Machine learning
Analytical Hierarchy Process
groundwater recharge zoning
Neyshabur aquifer
دوره 7، شماره 1
شهریور 1405
صفحه 253-272

فایل‌های تکمیلی/اضافی