بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق وضعیت کیفیت شیمیایی آب رودخانه سیکان طی یک دوره 20 ساله از سال آبی 65 تا سال 87 موردبررسی قرار 35 mm گرفته است . - داده های بازه زمانی 77تا 79 موجود نمی باشد - .روش مورد استفاده ،خوشه بندی فازی به روش -cمیانگین می باشد.
در این روش که روشی نوین و کار آمد برای طبقه بندی است،ابتدا یک ماتریس ورودی تحت چهار گام به یک ماتریس طبقه بندی فازی تبدیل می شود،سپس تحت برشهایی این ماتریس به ماتریس کلاسیک - غیر فازی - تبدیل شده ویک پهنه بندی زمانی از کیفیت شیمیایی این رودخانه ارائه می گردد.در این پهنه بندی ،پنج بازی چهار ساله تشکیل شد و پارامتر های مهم تاثیرگذار مشخص گردیدند.در این تحقیق از نرم افزار MATLAB برای برنامه نویسی استفاده شد.
1. مقدمه
زندگی بشر وادامه حیات او، بستگی مستقیم به محیط زیست و کره زمین دارد . بهره برداری های نا معقول از آن به همراه تخریبهای روز افزون ، نهایتا زندگی بشر را به صورت جدی مورد تهدید قرار می دهد. افزایش روز افزون جمعیت ،صنعتی شدن جوامع ، توسعه مناطق شهری و مصرف بیش از حد انرژی ،دخالت بشر در عوامل طبیعی از جمله "منابع آب " را افزایش داده است
هر گونه دخالت آدمی در چرخه این منبع حیاتی ، در کنار آثار مطلوب خود،اثرات نامطلوب نا خواسته ای را نیز بر جای می گذارد.به عبارت دیگر چنین دخالتهایی، علیرغم منافع حاصل،ممکن است اثرات نامطلوب و غیر قابل جبرانی به به محیط زیست وارد کنند که از ان جمله می توان تغییر رژیم های هیدرولیک،تاثیربر سلامت و بهداشت مردم منطقه و خطر حیات آبزیان به علت انواع آلودگی ها را نام برد.
حال که انسان،به ناچار برای برای رفع نیازهای روزافزون خود،مجبور به دست اندازی در طبیعت و بهره برداری از منابع محدود ان هست،لااقل باید به نحوی عمل مناید که کمترین ضرر و زیان را به محیط اطراف و در واقع به خود وارد سازد.[4]در این راستا، مشکل آلودگی رودخانه ها به عنوان یکی ازمهمنترین منابع آبی در دسترس بشر،همواره یکی از سرفصل های مهم تحقیقاتی و مطالعاتی وی بوده است.برای اعمال روشهایی موثر برای مقابله با این معضل،شناخت واقعیت مسئله واستفاده از مدل ها و روشهایی که به واقعیت مسئله نزدیک باشند،ضروری است.
.2 خوشه بندی -Cمیانگین فازی
این روش که توسط بزدک پیشنهاد گردید،یک روش بسیار کارآمدبرای خوشه بندی فازی داده هاست،و در واقع شکل گسترش یافته ای از خوشه بندی -cمیانگین سخت می باشد که در بخش قبل بیان شد.فرض کنید بخواهیم مسئله پروانه را که در بخش قبل ارائه گردید با استفاده از روش های موجود در تئوری مجموعه های فازی اصلاح نماییم.برای توسعه این روش ها در دسته بندی ، یک خانوار از مجموعه های فازی را به صورت ,i=1,2,..} {،به عنوان یک -cافراز روی یک مجموعه مرجع X تعریف می کنیم.
از آنجایی که مجموعه های فازی نیز همانند مجموعه های کلاسیک ،مفهوم درجه عضویت را در خوشه بندی فازی توسعه دهیم.به طور کلی تفاوت نتایج حاصل از خوشه بندی فازی یک نقطه می تواند درجه عضویت جزئی در بیشتر از یک دسته داشته باشد،یعنی درجه عضویت یک داده به یک دسته می تواند، یک عدد متعلق به بازه [0,1] باشد.به عنوان مثال در یک خوشه بندی فازی که تعداد دسته ها برابر 3 می باشد، درجه عضویت یک داده خاص به دسته های اول ،دوم و سوم،می تواند به ترتیب برابر 0,1، 0,2 و0,7 باشد به طوری که درجه عضویت داده kام به خوشه iام می باشد.بنابراین خواهیم داشت
از آنجایی که در خوشه بندی فازی هر داده می تواند،درجه عضویت جزئی در بیشتر از یک دسته داشته باشد،محدودیت موجود در رابطه 8-6 که برای خوشه بندی -cمیانگین کلاسیک مطرح گردید، در اینجا وجود ندارد.ولی روابط زیر برقرار می باشند.
حال ما می توانیم یک خانواده از ماتریس های افرازی فازی را برای دسته بندی n داده به c دسته به صورت زیر تعریف نماییم.
هر یک -cافراز فازی می باشدکه از ویژگی همپوشانی دسته ها تبعیت می کند و برای توصیف درجه عضویت های یک دسته بی شمار مقدار ممکن می توان در نظر گرفت.بدین ترتیب دارای بیشمار زیر مجموعه می باشد.حال روشی جهت تعیین -cافراز فازی برای خوشه بندی داده در c دسته ارائه می کنیم.برای این کار یک تابع هدف به صورت زیر تعریف می کنیم به طوری که فاصله اقلیدسی بین مرکز خوشه iام و داده kام می باشد.
به طوریکه برابر درجه عضویت داده kام به خوشه iام می باشد.کمترین مقدار مربوط بهترین حالت خوشه بندی خواهد بود.در اینجا یک پارامتر جدید به نام پارامتر وزنی معرفی می شود.که بازه تغییرات آن [0,1] می باشد.این پارامتر میزان فازی بودن را در فرآیند دسته بندی مشخص می کند. همچنین مانند حالت قبل نشان دهنده مختصات مرکز iامین خوشه می باشد.بنابراین ={ ،که m تعداد ابعاد یا به عبارتی تعداد معیارهای تشابه می باشد.مختصات مرکز خوشه از رابطه زیر به دست می آید به طوری که j متغیری است برای نشان دادن فضای معیارها. مانند حالت کلاسیک در اینجا نیز -cافراز فازی بهینه، زمانی به دست می آید که مقدارJ در رابطه بالا مینیمم گردد.
مانند اکثر روش های بهینه سازی ،در اینجا نیز جواب بهینه ای که به دست می آیدممکن است بهترین بهترین ها نباشد؛ولی آن چیزی که ما به دنبالش هستیم ،بهترین جواب قابل دسترس در یک سطح دقت معین می باشد.در ادامه الگوریتم کار آمدی که توسط بزدک برای حل مسا ئل خوشه بندی -cمیانگین فازی براساس بهینه سازی تکراری پیشنهاد گردید ارائه خواهد شد.
گام اول:مقدار cرا مشخص کرده - و یک مقدار برای انتخاب می کنیم.ماتریس افراز اولیه، را حدس می زنیم.هر گام از این الگوریتم با یک r مشخص می گردد...,r=1,2
گام دوم:مرکز خوشه ها را در هر گام محاسبه می کنیم - .
گام سوم:ماتریس افراز را برای تکرار rام ، به صورت زیر به هنگام می کنیم
گام چهارم:اگر آن گاه محاسبات به پایان می رسد.در غی این صورت به گام دوم بر می گردیم.علامت میتواند هر شکل ماتریس، مثل شکل اقلیدسی باشد.و سطح دقت مورد پذیرش را نشان می دهد. در واقع مقدار مجموع همه مربعات خطاهای وزنی می باشد ،و همان طور که قبلا نیز ذکر گردید،باید بر اساس مینیمم کردن مجموع مربعات خطاها در هر خوشه و به طور هم زمان ماکزیمم کردن فاصله بین مراکز خوشه ها،مینیمم گردد.
اگر ، الگوریتم خوشه بندی -cمیانگین فازی به خوشه بندی -cمیانگین سخت تبدیل می گردد و خروجی مدل به صورت صفر ویک خواهد بود.اگر به سمت بینهایت میل کند آنگاه به سمت صفر میل می کند.بنابراین با افزایش فازی بودن سیستم افزایش می یابد.به طور کلی اگر بقیه پارامترها ثابت بمانند با افزایش مقدار کاهش می یابد.هیچ راه حل تئوری برای پیدا کردن مقدار بهینه در مقالات وجود ندارد،ولی در تعداد زیادی از آن ها در نظر گرفته شده است.با افزایش همگرایی الگوریتم کندتر می شود.
3. مواد و روشها
رودخانه سیکان یک رودخانه دایمی در شش کیلومتری غرب دره شهر یکی از مهمترین سر شاخه حوزه آبریز سیمره محسوب می شود. این رودخانه توانسته بیشترین مصرف آب شرب و کشاورزی در شهرستان دره شهر را به خود اختصاص دهد. سرچشمه اصلی این رودخانه سراب سیکان در دهستان شاه کرمی میباشد که از دامنههای شمال شرقی طاقدیس کبیرکوه، حدود 10 کیلومتری جنوب غربی دره شهر سرچشمه میگیرد. همچنین به این رودخانه، شاخههای فرعی در طول مسیر افزوده میشودرودخانه. مذکور پس از طی مسافت نسبتاً طولانی از مسیر روستاههای سیکان، پلنگ آباد، چم کلان، دشت آباد، اشرف آباد و بخش آباد عبور می کند و نهایتاً در غرب روستای سرور آباد وارد رودخانه سیمره میشود
در ابتدای تحقیق، اطلاعات و گزارشات موجود و مورد نیاز - دبی، نتایج آنالیز شیمیایی آب رودخانه، گزارشات زمین شناسی منطقه، مصارف در بخش شرب و کشاورزی و نیاز آبی منطقه - گردآوری شده و مورد ارزیابی قرار گرفت. همزمان بازدیدهای صحرایی از منطقه انجام شد و سپس میزان دبی ماهانه، تخلیه سالانه، سطح زیرکشت منطقه و دیگر اطلاعات از شرکت آب منطقه ای ایلام تهیه گردید.
