پهنه بندی حساسیت فرسایش خندقی با استفاده از مدل های CART, ANN و RF
Publish place: Watershed Engineering and Management، Vol: 15، Issue: 2
Publish Year: 1402
Type: Journal paper
Language: Persian
View: 230
This Paper With 17 Page And PDF Format Ready To Download
- Certificate
- I'm the author of the paper
این Paper در بخشهای موضوعی زیر دسته بندی شده است:
Export:
Document National Code:
JR_JWEM-15-2_001
Index date: 3 July 2023
پهنه بندی حساسیت فرسایش خندقی با استفاده از مدل های CART, ANN و RF abstract
مقدمهفرسایش خندقی یکی از انواع فرسایش آبی است که سهم زیادی در تخریب اراضی دارد و به عنوان یکی از مهمترین مخاطرات محیطی در جهان و به خصوص در ایران شناخته شده است. در سال های اخیر، فن های یادگیری ماشینی و سامانه اطلاعات جغرافیایی در زمینه تعیین مناطق حساس به فرسایش خندقی دارای کارایی بالایی بودهاند و باعث افزایش دقت و سرعت در زمینه ارزیابی، پتانسیل فرسایش خندقی شده اند که این فن ها در تعیین عوامل موثر بر فرسایش خندقی نیز موثر بوده اند. اراضی لسی استان گلستان به دلیل عمق کافی و دانه بندی تقریبا یکنواخت سیلتی، استفاده مفرط، کشت در اراضی شیبدار و مدیریت غلط اراضی، فرسایش پذیری آبی بیشتری دارند، به طوری که همه انواع فرسایش را در این مناطق می توان مشاهده کرد. متداول ترین نوع فرسایش در این مناطق، فرسایش خندقی است. حوزه آبخیز مورد مطالعه در استان گلستان، با افزایش زمین های دیم و رها شده، تغییر کاربری اراضی، حضور دام مازاد در جنگل ها و همچنین، افزایش جمعیت روبه رو است. لذا، این حوضه با افزایش حساسیت فرسایش خندقی مواجه است و باید مناطق دارای پتانسیل فرسایش خندقی شناسایی و مدیریت شوند. مواد و روش هاحوزه آبخیز مورد مطالعه با مساحت ۲۲۲ هزار هکتار و دامنه ارتفاعی ۵۸ تا ۲۱۶۸ متر، در شمال شرقی استان گلستان قرار دارد. میانگین بارندگی حوضه بین ۲۲۴ تا ۷۳۶ میلیمتر است. در این پژوهش، ابتدا موقعیت خندق ها از اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان گلستان دریافت شد. سپس، از مجموع ۱۱۲۷ موقعیت خندق، به صورت تصادفی ۷۰ درصد به عنوان داده های آموزش و ۳۰ درصد به عنوان داده های اعتبارسنجی طبقه بندی شدند. به منظور تعیین متغیرهای موثر در حساسیت فرسایش خندقی، ۱۴ عامل شناسایی شد و در مرحله بعد تست همخطی بین متغیرها با استفاده از نرم افزار SPSS انجام شد. با استفاده از شاخص های ضریب تحمل و عامل تورم واریانس در صورت وجود همخطی بین متغیرها از روند مدلسازی حذف شدند. با توجه به اهمیت نقشه مدل رقومی ارتفاع و کاربرد آن در تهیه عوامل مختلف پژوهش حاضر، مدل رقومی ارتفاع (با اندازه سلول ۱۲.۵ متر) با استفاده از تصاویر ماهواره ALOS تهیه شد. لایه های شیب و جهت شیب با استفاده از مدل رقومی ارتفاع و به ترتیب از توابع Slope و Aspect تهیه شده اند. شاخص طول شیب در نرم افزار SAGA GIS، لایه های فاصله از آبراهه بر اساس نقشه آبراهه ها (استخراج از نرم افزار SAGA GIS) و فاصله از جاده بر اساس جاده های موجود و با استفاده از تابع فاصله اقلیدسی در نرم افزار ArcGIS تهیه شدند. لایه های تراکم آبراهه و تراکم جاده، بر اساس نقشه آبراهه ها و جاده های موجود در منطقه و با استفاده از تابع Line Density در نرم افزار ArcGIS بهدست آمدند. لایه سنگ شناسی از نقشه زمین شناسی منطقه (مقیاس ۱:۱۰۰۰۰۰) استخراج شده است و لایه کاربری اراضی از اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان گلستان دریافت شد. نقشه بارندگی با استفاده از اطلاعات ۳۵ ایستگاه باران سنجی تهیه شده است. ابتدا، میانگین بارندگی ۲۶ ساله (دوره آماری مشترک) برای هر ایستگاه محاسبه شد و سپس، با استفاده از روش کریجینگ جهانی (به دلیل کمترین میزان RMSE) در نرم افزار ArcGIS پهنه بندی بارندگی انجام گرفت. لایه شاخص موقعیت توپوگرافیک، با استفاده از مدل رقومی ارتفاع و با کمک نرم افزار SAGA GIS تهیه شد. به منظور ارزیابی مدل ها، از منحنی تشخیص عملکرد نسبی (ROC) جهت قدرت پیشبینی مدل ها استفاده شد. نتایج و بحثنتایج نشان داد که بین متغیرها همخطی وجود ندارد و لذا، کلیه متغیرها در روند مدلسازی مورد استفاده قرار گرفتند. رابطه بین فرسایش خندقی و ارتفاع نشان داد که ارتفاعات پایینتر حساسیت بیشتری نسبت به ارتفاعات بالاتر دارند و نزدیک به آبراههها حساسیت فرسایش خندقی بیشتر است. نتایج نشان داد که با افزایش تراکم زهکشی، حساسیت فرسایش خندقی افزایش پیدا میکند. همچنین، پادگانههای قدیمی، شیل و لسها بیشترین تاثیر را بر حساسیت فرسایش خندقی دارند. نتایج نشاندهنده کاهش حساسیت فرسایش خندقی با کاهش شاخص HAND است. در واقع این نتیجه بیانگر این است که در مناطقی که میزان سطوح اشباع در سطح حوزه آبخیز افزایش مییابد، احتمال وقوع و حساسیت فرسایش خندقی افزایش پیدا میکند. نتایج نشان داد که در میان انواع کاربریها، مسیلها، مراتع فقیر و کاربری کشاورزی، دارای بیشترین حساسیت فرسایش خندقی هستند. این در حالی است که مناطق جنگلی دارای کمترین میزان حساسیت به این فرسایش بودهاند. نتایج نشان داد که در دامنه بارندگی ۲۲۰ تا ۴۲۰ میلیمتر، احتمال رخداد فرسایش خندقی افزایش پیدا کرده است و از دامنه ۴۲۰ تا ۵۰۰ میلیمتر، بالاترین میزان حساسیت را نشان داده است و با افزایش بارندگی از ۵۰۰ میلیمتر، حساسیت فرسایش خندقی کاهش یافته است. از دلایل کاهش حساسیت فرسایش خندقی در بارندگیهای بالاتر میتوان به افزایش پوشش گیاهی و ایجاد شرایط مناسب برای زمینلغزشها اشاره کرد. نتایج نشان داد که عمق دره تا ۲۳۵ متر، باعث افزایش احتمال فرسایش خندقی شده است و از ۲۳۵ متر به بالا، باعث کاهش احتمال رخداد فرسایش شده است. نتایج نشان داد که نزدیک به جادهها میزان حساسیت فرسایش خندقی افزایش پیدا میکند و این مورد اثرات جادهسازی و تشدید شرایط برای فرسایش خندقی را نشان میدهد. نتیجه گیریاین پژوهش با هدف تعیین عوامل موثر بر فرسایش خندقی و پهنهبندی توزیع مکانی آن در شمال شرق استان گلستان انجام شد. در این پژوهش، با در نظر گرفتن ۱۴ عامل مهم و با استفاده از مدلهای جنگل تصادفی، شبکه عصبی مصنوعی و درخت رگرسیون و طبقهبندی، نقشه حساسیت وقوع فرسایش خندقی تهیه شد. با توجه به اینکه شناسایی مناطق دارای حساسیت فرسایش خندقی مبتنی بر روشهای سنتی و نظرات کارشناسی از دقت قابل قبولی برخوردار نیست، استفاده از روشهای نوین یادگیری ماشینی امری ضروری است. نتایج نشان داد که عوامل فاصله از جاده و کاربری اراضی از مهمترین عوامل تاثیرگذار بر حساسیت فرسایش خندقی هستند که مدیریت کاربری اراضی را از سوی انسان می طلبد. منحنی ROC، نشان داد که دقت مدلها در برآورد مناطق دارای حساسیت فرسایش خندقی در مرحله آزمون عالی (ANN)، و در مرحله آزمون و اعتبارسنجی خیلی خوب (RF و CART) بوده است که به معنای عملکرد عالی مدلها است.
پهنه بندی حساسیت فرسایش خندقی با استفاده از مدل های CART, ANN و RF Keywords:
پهنه بندی حساسیت فرسایش خندقی با استفاده از مدل های CART, ANN و RF authors
امید اسدی نلیوان
دانش آموخته دکتری آبخیزداری، گروه آبخیزداری، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
علیرضا رابط
استادیار، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان زنجان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، زنجان، ایران
فرزانه وکیلی تجره
دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، گروه احیای مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران
مرضیه رمضانی
فارغ التحصیل کارشناسی مرتع و آبخیزداری، گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و کویرشناسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران
محمد مومنی
کارشناس آبخیزداری اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان البرز، البرز، ایران
کهزاد حیدری
دانش آموخته دکتری آبخیزداری، گروه آبخیزداری، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
مراجع و منابع این Paper:
لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این Paper را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود Paper لینک شده اند :