بخشی از مقاله
چکیده
ماکروبنتوزها به عنوان بخش مهمی از فون بستر منابع آبی، در ساختار، تولید دینامیک و سلامت محیطزیست منابع آبی از نقش حیاتی برخوردار بوده، تنوع و تراکم آنها با برخی از فاکتورهای محیطی در ارتباط است. از این رو پژوهش حاضر با هدف شبیهسازی تراکم جوامع ماکروبنتیک رودخانه کارون بر مبنای روابط موجود میان متغیرهای فیزیکی- شیمیایی و تراکم این جوامع صورت میگیرد؛ بدین منظور ابتدا مقادیر هر یک از متغیرهای فیزیکی- شیمیایی و نیز تراکم جوامع ماکروبنتیک در هر یک از ایستگاههای نمونهبرداری تعیین شده، همبستگی میان آنها مورد سنجش قرار گرفت.
همچنین درونیابی مقادیر متغیرهای محیطی و تراکم نیز به روش کریجینگ انجام شد. به منظور شبیهسازی تراکم، طراحی و پیادهسازی سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی با استفاده از نرمافزار MATLAB صورت گرفته، ارزیابی مدل با استفاده از ضریب همبستگی انجام شد. یافتههای پژوهش حاکی از وجود رابطه آماری معنادار میان PH، اکسیژن محلول در آب و شوری آب با تراکم جوامع ماکروبنتیک است .
- p<0.01 - به علاوه، کارآیی مدل در پیش بینی وضعیت تراکم جوامع ماکروبنتیک بسیار موفق ارزیابی میشود - ضریب همبستگی برابر 0/998 بدست آمد . - - p<0.01 - در واقع یافتههای این پژوهش ضمن تأیید وجود روابط قابل توجه میان متغیرهای فیزیکی- شیمیایی و تراکم جوامع ماکروبنتیک، تأییدی بر بهرهگیری از روشهای نوین همچون سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی در مطالعه اجتماعات ماکروبنتیک است. با توجه به هزینه بالای روشهای آزمایشگاهی، این گونه روشها میتوانند نقش قابل توجهی در کاهش هزینههای مربوط به پایش کیفیت سیستمهای منابع آبی با استفاده از شاخصهای زیستی همچون ماکروبنتوزها ایفا نمایند.
-1 مقدمه
ماکروبنتوزها بخش مهمی از فون بستر منابع آبی را تشکیل میدهند. این موجودات در ساختار، تولید دینامیک و سلامت محیطزیست منابع آبی از یک نقش حیاتی برخوردار بوده، بنا بر عقیده دانشمندان، این موجودات به عنوان مهمترین منبع غذایی آبزیان، نقشی کلیدی در زنجیره غذایی آبها ایفا میکنند . - 3 - همچنین این جانوران سرعت معدنی شدن مواد آلی رسوبات را افزایش میدهند و باعث تهویه رسوب میگردند - . - 4 موجودات ماکروبنتیک با داشتن رژیم غذایی گوناگون به عنوان یک فیلتر برای آبها عمل نموده، در بهبود کیفیت آبها مؤثرند - 1 - ؛ به گونهای که هر گونه تغییر در محیطزیست پیرامون آنها صدمات زیانباری را به این اجتماعات وارد میکند . - 2 -
در مطالعاتی که توسط Venturini و همکاران در سال 2004 و Mooraki و همکاران در سال 2009 بر روی جوامع ماکروبنتیک ناحیه جزر و مدی در ارتباط با آلودگی ناشی از فعالیتهای انسانی صورت گرفت، ارتباط نسبتاً قوی میان برخی از فاکتورهای محیطی و تنوع و تراکم جوامع بنتیک مشاهده شد 5 - ، . - 6 از این رو پژوهش حاضر با هدف شبیهسازی تراکم جوامع ماکروبنتیک رودخانه کارون بر مبنای روابط موجود میان متغیرهای فیزیکی- شیمیایی و تراکم این جوامع صورت میگیرد؛ که بدین منظور سیستمهای فازی در ترکیب با شبکه عصبی مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد.
-2 مواد و روشها
-1-2 منطقه مورد مطالعه منطقه مطالعاتی پژوهش حاضر، رودخانه کارون - بازه گتوند- شوشتر - است - شکل . - 1 حوضه آبریز رودخانه کارون با مساحتی معادل 45221 کیلومتر مربع یکی از وسیعترین حوضه های آبریز کشور است. این رودخانه در مسیر پر پیچ و خم خود آب مورد نیاز شرب، کشاورزی، تولید انرژی برقآبی، چندین طرح پرورش ماهی همچنین آب مورد نیاز طرحها و کارخانههای صنعتی را تأمین میکند.
-2-2 آمادهسازی دادههای ورودی، طراحی و پیادهسازی سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی و ارزیابی آن با توجه به هدف پژوهش حاضر مبنی بر پیشبینی تراکم جوامع ماکروبنتیک با استفاده از متغیرهای فیزیکی-شیمیایی، ابتدا مقادیر هر یک از متغیرهای فیزیکی- شیمیایی و نیز تراکم جوامع ماکروبنتیک در هر یک از ایستگاههای نمونهبرداری 25 - ایستگاه - تعیین شد - نمونهبرداری طی سالهای 1392-1394 انجام شد - .
سپس همبستگی میان هر یک از متغیرهای فیزیکی- شیمیایی و تراکم جوامع ماکروبنتیک - با استفاده از نرمافزار - Spss 21 جهت شناسایی متغیرهای همبسته با تراکم مورد سنجش قرار گرفت. به منظور تهیه نقشه هر یک از متغیرهای فیزیکی- شیمیایی همبسته و نیز تراکم جوامع ماکروبنتیک، درونیابی مقادیر ثبت شده در هر یک از ایستگاههای نمونهبرداری به روش کریجینگ و با استفاده از نرمافزار ArcGIS 10.3 انجام شد.
طی پژوهش حاضر سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی که برای اجرای آن سیستم فازی سوگنو در ساختار شبکه عصبی استفاده میشود، به کار رفت. سیستم مذکور مدلی 5 لایهای است - شکل - 2، که طراحی و پیادهسازی آن با استفاده از نرمافزار MATLAB انجام شد. شایان ذکر است که به منظور آمادهسازی دادههای آموزش، چک و تست مدل، نرمالسازی هر یک از پارامترها صورت گرفت. همچنین در آموزش سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی پژوهش از روش ترکیبی پس انتشار خطا و برای ایجاد قوانین از روش خوشهبندی کاهشی استفاده شد. ارزیابی مدل نیز با بررسی ضریب همبستگی میان تراکم خروجی مدل و تراکم بدست آمده از مطالعات میدانی صورت پذیرفت.
-3 یافتههای پژوهش
بررسیهای آماری حاکی از آن است که از میان پارامترهای فیزیکی- شیمیایی، سه پارامتر میزان PH آب، میزان اکسیژن محلول در آب و میزان شوری آب از رابطه آماری معناداری با تراکم جوامع ماکروبنتیک در محدوده مورد بررسی برخوردارند - p<0.01 - - جدول . - 1 بر اساس نتایج حاصل از درونیابی، توزیع هر یک از سه پارامتر PH، اکسیژن محلول در آب و شوری آب در سطح منطقه مطالعاتی همچنین تراکم جوامع ماکروبنتیک منطقه به ترتیب شکل 3 میباشد.
