فهرست مطالب. هفهرست تصاویر. زفهرست جداول. ي1-مقـدمـه.............. 11-1-طرح مسأله. 11-2-ضرورت انجام تحقیق. 21-3-اهداف پژوهش. 42- مبانی نظری تحقیق......... 72-1- کلیات................................... .............................................................................. 72-2-رویکرد انشتین. 82-3-رویکرد اَیکرز و وایت..................... ................................................ 112-4-رویکرد اِنجلاند و هانزن..................... 122-5-رویکرد گراف. 142-6-رویکرد یانگ............................... 143- مروری بر تحقیقات انجام شده.................. .......................................... 173-1-تحقیقات انجام گرفته در زمینه مباحث پیش‌بینی سیل 173-2-تحقیقات صورت گرفته در زمینه برآورد رسوب. .... 244-مواد و روشها................................. ........................................................................... 264-1-تخمین. 264-2-یادگیری ماشین. 284-3-ماشینهای بردار پشتیبان (SVM). 294-3-1-طبقهبندی ماشین بردار پشتیبان. 304-3-1-1- دستهبندی خطی دادههای دارای نویز .............................................................334-3-1-2- حالتی که دادهها به صورت خطی جدا نشوند ..............................................354-3-1-2-1- نگاشت الگوها به فضای ویژگی .............................................................364-3-1-2-2- توابع کرنل رایج ........................................................................................424-3-2-رگرسیون بردار پشتیبان (SVR). 434-3-2-1- رگرسیونگیری خطی .......................................................................................444-3-2-2- رگرسیونگیری غیرخطی ................................................................................474-3-3- حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان.... .......... 524-4-الگوریتم جامعه پرندگان. 534-4-1-مراحل الگوریتم جامعه پرندگان. 574-4-2-کاربرد الگوریتم جامعه پرندگان. 584-4-3-مزایای الگوریتم جامعه ذرات. 584-4-4-معایب الگوریتم جامعه پرندگان. 594-5- دادههای مورد استفاده................... ........................................... 594-6-تحلیل ابعادی. 634-7-نرمافزار و کدنویسی. 655-بحث و نتایج. 685-1-رویکرد نخست، حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان 685-2-رویکرد ثانویه، الگوریتم بهینهسازی اجتماع ذرات (PSO) 855-3-تحلیل حساسیت. 906-نتیجهگیری و پیشنهادها........................ ....................................................... 956-1-نتیجهگیری. 956-2-پیشنهادها. 977-فهرست مراجع.................................. ............................................................................. 98 فهرست تصاویرشکل 1-1: چهارچوب تحقیق. 6شکل 2‑1: تابع برحسببرای مقادیر مختلف z. 9شکل 2‑2: تابع برحسببرای مقادیر مختلف z. 10شکل 2‑3: ضریب تصحیح در توزیع لگاریتمی سرعت. 11شکل 2‑4: معادلات متداول انتقال رسوب و رویکردهای مربوط به آنها 16شکل 4‑1: نمایشی از شرایط بیشبرازش در مدلسازی. 27شکل 4‑2: دستهبندیهای مختلفی که سه داده میتوانند با هم داشته باشند 27شکل 4‑3: نمایشی از طبقهبندی دادهها به دو دسته و حاشیهی اطمینانی که دادههای دو دسته با هم دارند. 31شکل 4‑4: نمونهای از خطای طبقهبندی. 34شکل 4‑5: نگاشت الگوها به فضای ویژگی، در شرایطی که دادهها به طور خطی از هم جدا نشوند. 36شکل 4‑6: خلاصهای تصویری، از نحوهی نگاشت الگوها و ساخت تابع دستهبندی. 37شکل 4‑7: نحوه قرارگیری دادههای جدول (4-1) بر روی محور مختصات 39شکل 4‑8: صفحهای که دادههای نگاشت یافته بر روی آن قرار میگیرند 40شکل 4‑9: چگونگی قرارگیری دادهها پس از نگاشت آنها. 40شکل 4‑10: طبقهبندی دادهها با استفاده از یک جداساز خطی، در دو دسته در فضای ویژگی. 41شکل 4‑11: مرز تصمیم دو دسته پس از نگاشت آنها. 42شکل 4‑12:نمودار تابع حساسیت واپنیک و جزئیات آن. 45شکل 4‑13: کلیه توابع ارزش مورد استفاده در مدل ماشین بردار پشتیبان، که به ترتیب عبارتند از: (a) تابع درجه دو (b) تابع لاپلاس (c) تابع هابر و (d) تابع حساسیت. 49شکل 4‑14: مدلهای SVR برای دادههای جدول (4-2) ، با :(a) کرنل چند جمله‌ای از درجه 10 ; (b) کرنل spline.. 50شکل 4‑15: مدلهای SVR با تابع هسته B spline از درجه 1 برای مجموعه دادههای جدول (4-2) با C=100: (a) ; (b) . 51شکل 4‑16: مدلهای SVR با تابع هسته B spline از درجه 1، برای مجموعه دادههای جدول (4-2): (a) و C=100; (b) و C=10 51شکل 4‑17: مدلهای SVR با تابع هسته B spline از درجه 1 برای مجموعه دادههای جدول (4-2): (a) و C=1; (b) و C=0.1 52شکل 4‑18: مفهوم اصلاح نقطه جستوجو توسط الگوریتم PSO.. 56شکل 4‑19: چگونگی حرکت یک ذره در فضای جستوجو و تأثیر بهترین ذره روی سایر ذرات. 57شکل 4‑20: مقادیر برآورد شده تنش برشی بستر و تنش برشی بحرانی 63شکل 5‑1: فلوچارت مدل ترکیبی الگوریتم PSO و LSSVM.. 69شکل 5‑2: همگرایی پارامتر تنظیم (). 70شکل 5‑3: همگرایی پارامتر مربوط به تابع کرنل RBF () 70شکل 5‑4: هیستوگرام خطای آزمون مدل نخست LSSVM.. 71شکل 5‑5: نمودار پراکندگی دادههای آموزشی (مدل نخست LSSVM) 71شکل 5‑6: نمودار پراکندگی دادههای آزمون (مدل نخست LSSVM) 72شکل 5‑7: نمودار پراکندگی کل دادهها (مدل نخست LSSVM) 72شکل 5‑8: مقایسه مدل اولیه حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان با روشهای متداول. 75شکل 5‑9: مقایسه مدل ثانویه LSSVR با مدل نهایی (مقیاس لگاریتمی) 77شکل 5‑10: هیستوگرام خطای دادهها در مدل ثانویه LSSVM.. 82شکل 5‑11: هیستوگرام خطای دادهها در مدل نهایی LSSVM.. 82شکل 5‑12: هیستوگرام خطای دادهها در روش انجلاند و هانزن 83شکل 5‑13: هیستوگرام خطای دادهها براساس روش یانگ. 83شکل 5‑14: نمودار پراکندگی دادههای آموزشی. 88شکل 5‑15: نمودار پراکندگی دادههای آزمون. 89 فهرست جداولجدول 4‑1: نمونهای از نگاشت الگوها به فضای ویژگی. 38جدول 4‑2: : مثالی از دادهها برای رگرسیونگیری آنها به وسیله SVR 49جدول 4‑3: منابع مربوط به دادههای مورد استفاده و نحوه تقسیم آنها به سه بخش. 61جدول 4‑4: میانگین و انحراف معیار پارامترهای ورودی. 65جدول 5-1: مقایسه رویکرد نخست (LSSVR) با رویکردهای متداول از طریق شاخصهای آماری. 84جدول 5‑2: مقادیر واسنجی شده پارامترهای مربوط به الگوریتم بهینهیابی اجتماع ذرات. 87جدول 5‑3: سایر معلومات الگوریتم پرندگان. 87جدول 5‑4: مقادیر همگرا شده ضرایب مربوط به معادله پیشنهادی برآورد کل رسوبات کف. 88جدول 5‑5: نتایج حاصل از الگوریتم اجتماع ذرات از نگاه آماری 89جدول 5‑6: نتایج حاصل از تحلیل حساسیت مدل LSSVM.. 92جدول 5‑7: همبستگی متغیرهای ورودی به یکدیگر و اثر حذف آنها بر روی مدل. 94 1- مقـدمـه 1-1- طرح مسألهتوسعه اقتصادی و مدنی یک جامعه تا حد زیادی متناسب با توانایی بیشینه کردن منافع و کمینه کردن زیان ناشی از رودخانهها است. رودﺧﺎﻧـﻪﻫـﺎ ﻫﻤﻮاره ﺑﺎ ﭘﺪﻳﺪهﻫﺎي ﻓﺮﺳﺎﻳﺶ و اﻧﺘﻘﺎل رﺳﻮب ﻣﻮاﺟـﻪ ﻣـﻲﺑﺎﺷـﻨﺪ و سطح مقطع، پروفیل طولی، جهت و الگوی جریان خود را از طریق فرایندهای انتقال رسوب، آبشستگی و رسوبگذاری تنظیم میکنند. برای توسعه پایدارِ اقتصادی و فرهنگی در طول رودخانه، لازم است که اصول پایهای انتقال رسوب و برآورد آن فهمیده شود. این اصول میتوانند برای حل مسائل زیستمحیطی و مهندسی در رابطه با حوادث طبیعی و فعالیتهای بشری به کار برده شوند. در فعالیتهای بشری من جمله؛ کشاورزی، دامداری، توسعه صنایع و توسعه شهری ونیز معادن، وضعیت طبیعی خاک و نباتات به طرز چشمگیری دستخوش تغییرات شده و بدون اعمال کنترل دقیق معمولاً منجر به فرسایش غیر طبیعی خاک میگردد. ﺑﻨـﺎﺑﺮاﻳﻦ، در ﻫﻴـﺪروﻟﻴﻚ رودﺧﺎﻧـﻪ و ژﺋﻮﻣﻮرﻓﻮﻟﻮژي آن، ﺑﺮرﺳﻲ ﻇﺮﻓﻴﺖ ﺣﻤﻞ رﺳﻮب ﺟﺮﻳﺎن و ﻣﻜﺎﻧﻴﺴﻢ اﻧﺘﻘﺎل رﺳـﻮب از اﻫﻤﻴـﺖ وﻳـﮋهاي ﺑﺮﺧﻮردار اﺳﺖ.علم انتقال رسوب به رابطه متقابل بین جریان آب و ذرات رسوب میپردازد. اﻧﺘﻘﺎل رﺳﻮب و رﺳﻮبﮔﺬاري، ﭘـﻲآﻣـﺪﻫﺎﻳﻲ ﭼـﻮن اﻳﺠـﺎد ﺟﺰاﻳـﺮ رﺳـﻮﺑﻲ در ﻣـﺴﻴﺮ رودﺧﺎﻧﻪ و در ﻧﺘﻴﺠﻪ ﻛﺎﻫﺶ ﻇﺮﻓﻴﺖ اﻧﺘﻘﺎل ﺟﺮﻳﺎنﻫﺎي ﺳﻴﻼﺑﻲ، ﻛﺎﻫﺶ ﻋﻤﺮ ﻣﻔﻴﺪ ﺳﺪﻫﺎ و ﻇﺮﻓﻴﺖ ذﺧﻴﺮه ﻣﺨﺎزن، ﺧﻮردﮔﻲ ﺗﺄﺳﻴﺴﺎت ﺳـﺎزهﻫـﺎي رودﺧﺎﻧـﻪاي و وارد ﺷـﺪن ﺧـﺴﺎرات ﺑـﻪ اﺑﻨﻴـﻪ آﺑـﻲ و ﻣـﺰارع، رﺳﻮبﮔﺬاري در ﻛﻒ ﻛﺎﻧﺎل و ﺑﺴﻴﺎري ﻣﺴﺎئل و ﻣﺸﻜﻼت دﻳﮕﺮ را درﺑﺮ دارد. از طرفی رسوبات معلق کیفیت آب را برای مصارف بشری تحت تأثیر قرار میدهد. مواد معلق معدنی و آلی نه تنها فاکتور اصلی در آلودگی آب هستند بلکه به عنوان عامل منتقل کننده سایر آلودگیها از قبیل؛ سموم کشاورزی و یا میکروبهای مضر عمل میکنند. ﻫﻤﭽﻨـﻴﻦ ﺑـﺎ ﺗﻮﺟـﻪ ﺑـﻪ ﻟﺰوم اﻃﻼع از ﻣﻴﺰان رﺳﻮﺑﺎت ﺣﻤﻞ ﺷﺪه ﺗﻮﺳﻂ ﺟﺮﻳﺎن رودﺧﺎﻧـﻪ در ﻃﺮاﺣـﻲ ﺳـﺎزهﻫـﺎي رودﺧﺎﻧـﻪاي، ﺿﺮورت ﺑﺮآورد ﺑﺎر رﺳﻮب رودﺧﺎﻧﻪﻫﺎ ﺑﻪروﺷﻨﻲ ﺗﺒﻴﻴﻦ ﻣﻲﺷﻮد. حرکت رسوب در رودخانهها به دلیل اهمیت آن برای فهم هیدرولیک رودخانه، مهندسی رودخانه، مورفولوژی رودخانه و مباحثی از این قبیل توسط مهندسین هیدرولیک و نیز زمینشناسان مطالعه شده است. انتقال رسوب مسألهای پیچیده بوده و اغلب دارای روابطی تجربی یا نیمهتجربی هستند. اکثر روابط تئوری بر پایه فرضیات ایدهآل و ساده شدهای هستند به طوری که بتوان نرخ انتقال رسوب را به وسیله یک یا دو فاکتور غالب از قبیل دبی آب، متوسط سرعت جریان، شیب انرژی و تنش برشی تعیین کرد. از رویکردهای مختلفی برای حل مسائل مهندسی استفاده شده است و روابط عددی متنوعی نیز منتشر شده است. نتایج بدست آمده از رویکردهای مختلف اغلب تفاوت شدیدی با یکدیگر و با مشاهدات میدانی دارند. بالنتیجه هیچ یک از روابط انتقال رسوب سنتی به دلیل عدم ارائه یک رویکرد فراگیر و مدنظر قرار ندادن کلیه متغیرهای مؤثر در محاسبات دبی رسوب، برآورد رسوب با دقت بسیار پایینی صورت میگیرد.