توسعه یک چارچوب ترکیبی مبتنی بر یادگیری ماشین برای پایش و پیش‌بینی بوی نامطبوع در کانال‌های آب سطحی شهری: مطالعه موردی کانال غیاثوند تهران

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی منابع آب و محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 گروه مدیریت منابع آب، دانشکدة مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

3 گروه مهندسی محیط‌زیست، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

4 گروه مهندسی محیط‌زیست، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف ، تهران، ایران

5 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران.

10.24200/j30.2025.66941.3433

چکیده

این مطالعه چارچوبی عملیاتی برای پایش، کمی‌سازی و پیش‌بینی شدت بوی نامطبوع در کانال‌های جمع آوری آب سطحی ارائه می‌دهد که در قالب یک پروژه پایلوت در کانال غیاثوند در تهران اجرا شد. شاخص‌های کیفیت آب، متغیرهای هواشناسی و شدت بوی نامطبوع در داده‌برداری میدانی هفتگی جمع‌آوری شدند. روابط میان متغیرهای کیفی آب و هواشناسی با شدت بو ابتدا با استفاده از تحلیل‌های همبستگی بررسی و سپس با الگوریتم رگرسیون جنگل تصادفی برای پیش‌بینی کمی شدت بو مدل‌سازی شد. نتایج نشان می‌دهد دمای آب، هدایت الکتریکی و دمای هوا همبستگی مثبت و اکسیژن محلول همبستگی منفی با شدت بو داشته و مدل توسعه داده شده عملکرد مطلوبی در پیش‌بینی شدت بو دارد (0.83=R2 برای داده‌های آموزش و آزمون). این پژوهش نشان می‌دهد ترکیب داده‌های میدانی و روش‌های یادگیری ماشین می‌تواند ابزاری موثر برای پیش‌بینی شدت بو و توسعه سامانه‌های پایش هوشمند و مدیریت کیفیت آب در بسترهای شهری فراهم آورد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Development of a Hybrid Machine Learning-Based Framework for Monitoring and Predicting Odor Pollution in Urban Surface Water Canals: A Case Study of the Ghiyasvand Canal, Tehran

نویسندگان [English]

  • Ammar Safaie 1
  • Mohammad Khanjani 2
  • Zahra Karimi Shavaki 3
  • Alireza Hadian 4
  • Amirhossein Haddadi 5
  • Hediye Rahmani 5
1 Department of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.
2 Water Resources Management, Group, Department of Civil Engineering, Sharif University of Technology.
3 Environmental Engineering Group, Department of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.
4 Environmental Engineering Group, Department of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.
5 Department of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Unpleasant odors emitted from urban surface‐runoff canals pose a significant environmental and public health challenge in large cities such as Tehran. These odors, primarily caused by anaerobic decomposition of organic matter and the inflow of untreated wastewater, degrade water quality, generate public dissatisfaction, and reduce the environmental health and livability of urban areas. Despite their widespread impact, the spatial distribution and intensity of odor emissions in such canals are rarely monitored systematically. To fill this gap, this study introduces a practical framework for monitoring, quantifying, and predicting odor intensity in urban surface water canals. The proposed framework was implemented and evaluated in a pilot project along the Ghiasvand Canal in Tehran. Weekly field sampling was carried out at ten critical locations over a ten‐week period, during which key water‐quality parameters (including pH, electrical conductivity (EC), total dissolved solids (TDS, and dissolved oxygen (DO), and water temperature) and meteorological variables (such as air temperature, wind speed, and relative humidity) were collected. In addition, odor intensity was measured with a portable Odor meter. Pearson, Spearman, and Kendall correlation analyses, along with a random forest regression model, were employed to examine and predict the relationships between physicochemical and atmospheric variables and the odor intensity. Correlation analyses indicated that water temperature, electrical conductivity, and air temperature were positively correlated with odor intensity, whereas DO showed a negative correlation, indicating its critical role in odor suppression. The developed model performed well in predicting odor intensity, achieving an accuracy of 83% for both training and testing data. This study demonstrates the potential of integrated field monitoring and machine learning approaches to support practical odor management in urban water systems, leading to improved environmental quality and public well-being. While the framework was applied to a specific case in Tehran, the results and approach are broadly applicable to similar urban settings facing odor-related challenges.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Unpleasant odor
  • Urban Surface Water Canals
  • Water Quality
  • Random Forest Algorithm