Applications of Multivariate Adaptive Regression Spline (MARS) for Modeling and Explaining Long Term Salinity and Total Dissolve Solid (TDS) river water Case study: Basins of khorasan jonobi

Document Type : Research Article

Authors

Abstract

Salinity (Ec) and Total Dissolve Solid (TDS) are considered as quality factor s of drinking water, agriculture and industry. First relation between Debite-Ec and Debite-TDS (rating function) of taken samples doing with the fitted regression models, exponential, power and the neural network. The long-term analysis of Ec and TDS of water river (day, month and annual scales) did with the selected model.  Almost analytical samples taken from  normal flow and small flood. River floods and low floods have important effects in analyzing and explaining the volatility Ec and TDS. Therefore it is need to estimate Ec and TDS of these flood and low flood (extrapolation). Through Ec and TDS are bounded, so current models can not be well in Extrapolation.  Propose of this paper is implementation a new model multivariate adaptive regression spline (MARS) to solve this problem. Also South Khorasan province basins were selected for case study. MARS is a piecewise linear regression model (or nonlinear) that better perform in extrapolation and observe in bound. Three models exponential, power, and MARS (with transform) were fitted on the statistics of Debit-Ec and Debit-TDS stations in South Khorasan  province. Two views of the physical and statistical model are superior selection criteria that MARS show superiority in these models. The results of  models fitting were compared with two modes of interpolation and extrapolation. The MARS model extrapolation represented the reasonable values, while extrapolation of other models represented very big values (infinite). Analysis showed that  the MARS model with transform can be suitable replacement for rating curve modeling of Ec and TDS

Keywords


  1.  اسدالله فردی، غلامرضا، قنبری، علی، کنعانی، شهیر، 1387. پیش بینی شوری با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی مطالعه موردی: حوضه آبریز رودخانه آجی چای، چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه تهران.
  2.  اسدالله فردی، غلامرضا، تکلیفی، آیدین و قنبری، علی، 1388، استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی در پیشبینی مقادیر TDS در رودخانه تلخه رود، سومین همایش تخصصی مهندسی محیط زیست.
  3. آرشیو سازمان مدیریت منابع آب وزارت نیرو.
  4. بختیاری، مرتضی، کاشفی پوردزفولی، سید محمود، عزیزی مبصر، جوانشیر ،1386،  استفاده از شبکه‌های عصبی در ارزیابی کیفی رودخانه کرخه، ششمین کنفرانس هیدرولیک ایران.
  5. رضائی پژند حجت و جانفدا مجید، 1390، کاربرد رگرسیون مارس در براورد نسبت جذب سدیم مثال کاربردی: خراسان شمالی، حوضه آبریز دربند سملقان، چهارمین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران، دانشگاه امیر کبیر.
  6. قاسمپور، لیلا، مصطفوی، رویا و دانشور، نرگس، 1389، تعیین رابطه بین مواد جامد در اب TDS با دبی در محدوده ایستگاههای هیدرومتری بلده و رزن رودخانه نور، اولین همایش ملی مدیریت منابع آب اراضی ساحلی.
  7. قبادیان، رسول، مشایخی، حسن، 1387، شبیه‌سازی پارامترهای کیفی آب رودخانه قره سو در محل ایستگاه قرباغستان با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی، سومین کنفرانس مدیریت منابع آب.
  8. کرمی، مهدی، کاشفی پور، محمود، معاضد، هادی، فروغی، حسن، 1385، پیش بینی کیفیت آب رودخانه کارون با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی. هفتمین سمینار بین المللی مهندسی رودخانه، دانشگاه اهواز.
  9. محجوبی، عماد و تجریشی، مسعود، 1389، مقایسه عملکرد الگوریتم های شبکه عصبی مصنوعی و درختان تصمیم گیری درپیش بینی تغییرات شوری آب رودخانه‌ها - مطالعه موردی : رودخانه کارون، چهارمین همایش و نمایشگاه تخصصی مهندسی محیط زیست.
  10. Lo. Shuh-shiaw. (1992). “Glossary of  hydrology”, Water resources Pub.
  11. Barnet. V. Lewis. T. (1994). “Outliers in statistical data”, John Wiley & Sons.
  12. Sarmad, M. (2012), “Detecting Outliers in Data from Exponential Distribution”, Heber International Conference on Applications of Mathematics and Statistics.
  13.  Weisberg. S. (2005). “Applied Linear Regression, John Wiley & Sons”, INC. PUB.
  14.  Freedman, D. A. (2009), “Statistical Models: Theory and Practice”, Cambridge.
  15.  Sheather. S. J. (2009). “A modern approach to regression with R”, Springer.
  16.  Ryan. S.E. et al. (2002), “difining phase of bedlood transport using piecewise regression”, J. Earth Surf. Process, Landforms, 27, 971-999.
  17. Friedman. J.H. (1991), “Multivariate adaptive regression splines (with discussion)”. J. Annals of Statistics, 19, 1–141.
  18.  Hastie, T, et al, (2009), “The elements of Statistical Learning Data Mining, Inference and Prediction”, 2th Ed., Univ. Press.
  19. Palani S. et al, (2008), “An ANN Application for Water Quality  Forecasting”, J. of Marine Pollution Bulletin.
  20. Chavez P., Chang F., (2006), “Simulation of Multiple Water Quality Parameters Using Artificial Neural Networks”, 7th International Conference on Hydro information, 2006
  21. www.R-project.com.
Volume 1, Issue 2 - Serial Number 2
The second issue was published in the Winter 2012
December 2012
Pages 49-62
  • Receive Date: 29 June 2012
  • Revise Date: 01 September 2012
  • Accept Date: 06 October 2012
  • First Publish Date: 18 February 2013
  • Publish Date: 18 February 2013