برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع خاک به روش برنامه ‌ریزی بیان ژن و مقایسه آن با توابع انتقالی

Abstract

هدایت هیدرولیکی اشباع خاک یک ویژگی مهم فیزیکی خاک است که بر حرکت آب در خاک موثر است. از آنجاییکه اندازه‏گیری این ویژگی به روش‏های مستقیم مزرعه‏ای و آزمایشگاهی دشوار، زمانبر و هزینه‏بر است، از روش‏های غیرمستقیم استفاده می‏شود. هدف از این پژوهش برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع خاک از روی خصوصیات زودیافت خاک به کمک روش برنامه‏ریزی بیان ژن، و مقایسه آن با توابع انتقالی و مدل روزتا است. منطقه مورد مطالعه دشت دامنه‏ای‏ قره‏میدان واقع در 70 کیلومتری شمال غرب بجنورد بود و اطلاعات خاک‏شناسی 151 نمونه خاک که از عمق 30-0 سانتی‏متری سطح خاک جمع‏آوری شده بود استفاده شد. ویژگی‏های خاک شامل درصد شن، سیلت، رس، درصد کربن آلی، درصد مواد خنثی‏شونده، هدایت الکتریکی، رطوبت اشباع، واکنش خاک، جرم مخصوص ظاهری و جرم مخصوص حقیقی خاک بود. مدل برنامه‏ریزی بیان ژن با 75 درصد از داده‏ها و تمام ویژگی‏های خاک آموزش داده شد و سپس عملکرد آن در برابر داده‏های جدید، با 25 درصد باقی‏مانده داده‏ها سنجیده شد. همچنین توابع انتقالی و مدل روزتا برای برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع استفاده شدند. عملکرد مدل‏ها با استفاده از معیارهای ضریب تعیین (R2)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین قدر مطلق خطا (MAE) و میانگین خطای اریبی (MBE) با یکدیگر مقایسه شدند. برنامه‏ریزی بیان ژن برای برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع رابطه‏ای ساخت که تنها از چهار پارامتر درصد شن، سیلت، جرم مخصوص ظاهری و جرم مخصوص حقیقی در تابع ایجاد شده استفاده کرد. این چهار پارامتر در ترکیب با عملگرهای ریاضی رابطه ایجاد شده، نسبت به سایر پارامترها و عملگرهای ریاضی بهترین برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع را برای داده‏های آموزشی داشتند. تابع ایجاد شده از روش برنامه‏ریزی بیان ژن، با RMSE برابر با 84/2 سانتی‏متر بر روز، MAE برابر 89/1 سانتی‏متر بر روز، MBE برابر 07/0- سانتی‏متر بر روز و مقدار R2 برابر با 91/0 بهترین عملکرد را در مقایسه با سایر توابع انتقالی و مدل روزتا نشان داد.