سیاست گذاری پیشرفت شهری

سیاست گذاری پیشرفت شهری

هوش مصنوعی و استراتژی بومی سازگاری با تغییر اقلیم قنات(مطالعه موردی ارزیابی کارایی XGBoost در برآورد دبی قنوات قاین)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، منابع آب، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بیرجند، ایران
2 گروه مهندسی محیط زیست و پایش آلاینده ها، پژوهشکده محیط زیست و توسعه پایدار، تهیران ایران
3 دکتری، منابع آب، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بیرجند، ایران
10.22034/judpm.2026.579182.1096
چکیده
تغییر اقلیم به عنوان چالشی بنیادین، با تحت تأثیر قرار دادن منابع آب مناطق خشک، بازنگری در راهبردهای سازگاری و توسعه ابزارهای پیش‌بینی دقیق را برای سیاستگذاران شهری اجتناب‌ناپذیر کرده است. قنوات به عنوان زیرساخت‌های استراتژیک در تأمین آب سکونتگاه‌های مناطق خشک ایران، امروزه با تهدیدات ناشی از کاهش تراز آب‌های زیرزمینی روبرو هستند که این امر لزوم به‌کارگیری سیستم‌های پشتیبان تصمیم‌گیری مبتنی بر هوش مصنوعی را دوچندان می‌کند. پژوهش حاضر با هدف تقویت مبانی برنامه‌ریزی مدیریت منابع آب، به بررسی عملکرد مدل یادگیری ماشین XGBoost در پیش‌بینی دبی قنوات دشت قاین می‌پردازد. در این راستا، از داده‌های ۱۲ ساله آبدهی (۱۳۸۶–۱۳۹۷)، متغیرهای اقلیمی و ویژگی ارتفاع استفاده شد. پس از پیش‌پردازش، داده‌ها به دو بخش آموزش (۷۰٪) و آزمون (۳۰٪) تقسیم و فراسنجه‌های مدل با روش RandomizedSearchCV و هدف بهینه‌سازی RMSE تعیین گردیدند. نتایج نشان داد که XGBoost با مقادیر $R^2 \approx 0.88$ و معیار $NS \approx 0.76$، از قابلیت اعتماد بالایی برخوردار است. تحلیل حساسیت، ترکیب بهینه فراسنجه‌ها شامل n_estimators=500، max_depth=6، learning_rate=0.08 و min_child_weight=4 را مشخص کرد. با این وجود، مدل در پیش‌بینی دبی‌های فراتر از ۲۰ لیتر بر ثانیه به دلیل تابع خطای RMSE و عدم تعادل داده‌ها دچار ضعف است. یافته‌های این پژوهش ضمن تأیید کارایی یادگیری ماشین در هوشمندسازی مدیریت آب، بر ضرورت احتیاط در سیاستگذاری‌های مبتنی بر جریان‌های حدی تأکید داشته و چارچوبی عملیاتی برای ارتقای تاب‌آوری زیرساخت‌های سنتی آب ارائه می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Artificial Intelligence and Qanat Indigenous Strategy for Adapting to Climate Change (Case Study of Evaluating the Efficiency of XGBoost in Estimation of Qain Qanat Discharge)

نویسندگان English

Mohamad Fouladi Nasrabad 1
mohammad reza farzaneh 2
Sepideh zeraati neyshabouri 3
1 Ph.D. Student, Water Resources, Department of Water Science and Engineering, University of Birjand, Iran.
2 RCESD
3 Ph.D. , Water Resources, Department of Water Science and Engineering, University of Birjand, Iran
چکیده English

Climate change has fundamentally altered the hydrological balance in arid regions, necessitating robust predictive tools to inform urban adaptation strategies. Qanats, as vital strategic water infrastructures in Iran’s arid zones, face complex management challenges due to climate-induced groundwater depletion, highlighting the need for AI-driven decision-support systems. This study evaluates the performance of the XGBoost machine learning model in predicting qanat discharge in the Qaen Plain as a tool for evidence-based water resource management. The dataset comprised 12 years of discharge records (2007–2018), alongside climatic variables and topographical elevation. The data were partitioned into training (70%) and testing (30%) sets, with hyperparameters optimized via RandomizedSearchCV targeting RMSE minimization. The results demonstrate that the XGBoost model exhibits high reliability for policy-making, achieving an $R^2 \approx 0.88$ and a Nash-Sutcliffe efficiency of $NS \approx 0.76$. Sensitivity analysis identified the optimal configuration as n_estimators=500, max_depth=6, learning_rate=0.08, and min_child_weight=4. However, the model showed limitations in predicting peak discharge (exceeding 20 L/s), likely due to the RMSE loss function and data imbalance. These findings suggest that while machine learning significantly enhances the predictability of water resources for smart governance, policy frameworks must account for predictive uncertainties in extreme flow scenarios to ensure sustainable climate adaptation and infrastructural resilience.

کلیدواژه‌ها English

Machine Learning in HydrologyوClimate Change Adaptation
Sensitivity Analysis
Qanat Management
XGBoost Modeling

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 21 تیر 1405

  • تاریخ دریافت 31 فروردین 1405
  • تاریخ بازنگری 02 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 21 تیر 1405
  • تاریخ انتشار 21 تیر 1405