امید اسدی نلیوان؛ مجید رحمانی؛ فرزانه وکیلی تجره؛ اصغر بیات
چکیده
مقدمهشناخت نواحی مستعد وقوع زمینلغزش و خطرات ناشی از آن، یکی از اقدامات اولیه در مدیریت منابع طبیعی و برنامه‌‌‌ریزی‌‌های توسعه‌‌ای و عمرانی است. با توجه به تلفات جانی، خسارات مالی و تاثیرات محیط زیستی، زمینلغزش یکی از مهمترین بلایای طبیعی در جهان و به‌‌‌ویژه در ایران بوده است که هر ساله نقش بهسزایی در تخریب ...
بیشتر
مقدمهشناخت نواحی مستعد وقوع زمینلغزش و خطرات ناشی از آن، یکی از اقدامات اولیه در مدیریت منابع طبیعی و برنامه‌‌‌ریزی‌‌های توسعه‌‌ای و عمرانی است. با توجه به تلفات جانی، خسارات مالی و تاثیرات محیط زیستی، زمینلغزش یکی از مهمترین بلایای طبیعی در جهان و به‌‌‌ویژه در ایران بوده است که هر ساله نقش بهسزایی در تخریب جادههای ارتباطی، تخریب مراتع، باغ‌ها، مناطق مسکونی، ایجاد فرسایش و تولید حجم بالای رسوب در حوزه‌‌های آبخیز کشور دارد. این مسایل منجر به استفاده از مدلهای داده‌کاوی در مطالعات زمینشناسی و ژئوتکنیک شده است. در سالهای اخیر، بهره‌گیری از سامانه اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور، همراه با روشهای یادگیری ماشینی گامی نو در پهنهبندی وقوع زمینلغزش ایجاد کرده است و نقشه‌‌های حساسیت وقوع زمینلغزش با دقت مناسب و قابل قبولی تهیه می‌‌شوند. حوزه آبخیز سد کرج، به‌دلیل شرایط کوهستانی و پرباران و ساخت‌‌وسازهای فراوان به‌دلیل شرایط آب و هوایی مناسب و جاده‌‌‌سازی‌‌های غیراصولی از جمله مناطق مستعد وقوع زمینلغزش است. هدف از این پژوهش، اولویت‌‌بندی عوامل موثر بر زمینلغزش با استفاده از مدل بیشینه آنتروپی (مدل MaxEnt) و تعیین مناطق دارای پتانسیل حساسیت زمینلغزش است.مواد و روشهاحوزه آبخیز سد کرج، در شرق استان البرز و بین مختصات جغرافیایی بین 35 درجه و 51 دقیقه تا 36 درجه و 13 دقیقه عرض شمالی و 51 درجه و 5 دقیقه تا 51 درجه و 35 دقیقه طول شرقی، واقع شده است. بیشترین و کمترین مقدار بارندگی متوسط سالانه به‌ترتیب در معادل 1099 و 608 میلیمتر محاسبه شده است. در پژوهش حاضر، برای تعیین مناطق دارای حساسیت زمینلغزش از 11 عامل موثر بر پتانسیل زمینلغزش منطقه شامل ارتفاع، شیب، جهت شیب، فاصله از آبراهه، سنگ‌شناسی، بارندگی، کاربری اراضی، شاخص رطوبت توپوگرافی، انحنا سطح، فاصله از آبراهه و فاصله از جاده انتخاب و آزمون همخطی عوامل با آزمون عامل تورم واریانس (VIF) در نرمافزار SPSS بررسی شد. از مجموع 477 زمینلغزش، به‌صورت تصادفی، 70 درصد به‌عنوان دادههای آزمون (334 نقطه) و 30 درصد به‌عنوان دادههای اعتبارسنجی (143 نقطه) طبقهبندی شدند. در این پژوهش، از مدل بیشینه آنتروپی استفاده شده است. برای تعیین مهمترین پارامترها از نمودار جکنایف و از منحنی تشخیص عملکرد نسبی (ROC) برای قدرت پیشبینی مدل استفاده شد. نقاط زمینلغزش حوضه مورد مطالعه از بانک اطلاعاتی اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان البرز و بازدیدهای میدانی تهیه شده است.نتایج و بحثنتایج نشان داد که همخطی بین عوامل مورد استفاده وجود ندارد. بر اساس نمودار جکنایف لایههای بارندگی، فاصله از جاده، لیتولوژی و کاربری اراضی، به‌ترتیب مهمترین عوامل تاثیرگذار بر وقوع زمینلغزش در منطقه مورد مطالعه بودند. منحنی تشخیص عملکرد نسبی، نشاندهنده دقت 90 درصد (عالی) روش بیشینه آنتروپی در مرحله آموزش و 83 درصد (خیلی خوب) در مرحله اعتبارسنجی بود. بر اساس نقشه نهایی حساسیت زمینلغزش بیش از 35 درصد از پهنه حوضه مورد مطالعه دارای پتانسیل حساسیت زمینلغزش زیاد و خیلی زیاد است.نتیجه‌‌گیریبا توجه به نتایج بهدست آمده میتوان گفت که مدل MaxEnt، توانایی بالایی در تعیین مناطق دارای حساسیت زمینلغزش دارد و با توجه به سرعت و دقت بالای مدل پیشنهاد میشود که در تحقیقات مشابه به‌خصوص در کشورهای در حال توسعه به‌دلیل کمبود امکانات و منابع مالی و همچنین، زمان‌‌بر بودن شناسایی مناطق دارای حساسیت زمینلغزش مورد استفاده قرار بگیرد. علاوه‌‌بر عوامل طبیعی برخی عوامل انسانی نظیر جادهسازی، نقش مهمی بر وقوع زمینلغزش دارد که برای کاهش نسبی خطرات لازم است از تغییر اکوسیستم به‌عنوان محرک بلایای طبیعی اجتناب کرد. به‌طور کلی، میتوان بیان کرد که حوزه آبخیز سد کرج دارای پتانسیل حساسیت زمینلغزش بالایی است که بیشتر مناطق دارای حساسیت در نزدیکی جادهها واقع شدهاند و به‌دلیل اینکه در این مناطق دخالت‌‌های انسانی فراوانی صورت گرفته است، حساسیت زمینلغزش افزایش پیدا کرده است. ترکیب سامانه اطلاعات جغرافیایی با روش بیشینه آنتروپی بهمنظور تعیین مناطق دارای حساسیت زمینلغزش مخصوصا در کشورهای در حال توسعه مثل ایران که دسترسی به اطلاعات و دادههای زمینلغزش با محدودیت زمان و هزینه مواجه هستند، پیشنهاد میشود. نتایج این پژوهش در تصمیم‌‌گیری و آمایش سرزمین استانی و همچنین برنامه‌‌ریزی شهری قابل استفاده خواهد بود و نقش بهسزایی در پیشگیری و کاهش خسارات ناشی از وقوع زمینلغزش خواهد داشت.
امید اسدی نلیوان؛ علیرضا رابط؛ فرزانه وکیلی تجره؛ مرضیه رمضانی؛ محمد مومنی؛ کهزاد حیدری
چکیده
مقدمهفرسایش خندقی یکی از انواع فرسایش آبی است که سهم زیادی در تخریب اراضی دارد و به‌عنوان یکی از مهمترین مخاطرات محیطی در جهان و به‌خصوص در ایران شناخته شده است. در سالهای اخیر، فن‌های یادگیری ماشینی و سامانه اطلاعات جغرافیایی در زمینه تعیین مناطق حساس به فرسایش خندقی دارای کارایی بالایی بودهاند و باعث افزایش دقت و ...
بیشتر
مقدمهفرسایش خندقی یکی از انواع فرسایش آبی است که سهم زیادی در تخریب اراضی دارد و به‌عنوان یکی از مهمترین مخاطرات محیطی در جهان و به‌خصوص در ایران شناخته شده است. در سالهای اخیر، فن‌های 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 شدهاند که این فن‌ها در تعیین عوامل موثر بر فرسایش خندقی نیز موثر بودهاند. اراضی لسی استان گلستان به‌دلیل عمق کافی و دانه‌بندی تقریبا یکنواخت سیلتی، استفاده مفرط، کشت در اراضی شیبدار و مدیریت غلط اراضی، فرسایش‌پذیری آبی بیشتری دارند، به طوری که همه انواع فرسایش را در این مناطق میتوان مشاهده کرد. متداول‌ترین نوع فرسایش در این مناطق، فرسایش خندقی است. حوزه آبخیز مورد مطالعه در استان گلستان، با افزایش زمین‌های دیم و رها شده، تغییر کاربری اراضی، حضور دام مازاد در جنگل‌ها و همچنین، افزایش جمعیت روبه‌رو است. لذا، این حوضه با افزایش حساسیت فرسایش خندقی مواجه است و باید مناطق دارای پتانسیل فرسایش خندقی شناسایی و مدیریت شوند. مواد و روشهاحوزه آبخیز مورد مطالعه با مساحت 222 هزار هکتار و دامنه ارتفاعی 58 تا 2168 متر، در شمال شرقی استان گلستان قرار دارد. میانگین بارندگی حوضه بین 224 تا 736 میلیمتر است. در این پژوهش، ابتدا موقعیت خندق‌ها از اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان گلستان دریافت شد. سپس، از مجموع 1127 موقعیت خندق، به‌صورت تصادفی 70 درصد به‌عنوان دادههای آموزش و 30 درصد به‌عنوان دادههای اعتبارسنجی طبقهبندی شدند. بهمنظور تعیین متغیرهای موثر در حساسیت فرسایش خندقی، 14 عامل شناسایی شد و در مرحله بعد تست همخطی بین متغیرها با استفاده از نرمافزار SPSS انجام شد. با استفاده از شاخص‌های 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 12.5 متر) با استفاده از تصاویر ماهواره ALOS تهیه شد. لایههای شیب و جهت شیب با استفاده از مدل رقومی ارتفاع و به‌ترتیب از توابع Slope و Aspect تهیه شدهاند. شاخص طول شیب در نرمافزار SAGA GIS، لایههای فاصله از آبراهه بر اساس نقشه آبراههها (استخراج از نرمافزار SAGA GIS) و فاصله از جاده بر اساس جادههای موجود و با استفاده از تابع فاصله اقلیدسی در نرمافزار ArcGIS تهیه شدند. لایههای تراکم آبراهه و تراکم جاده، بر اساس نقشه آبراههها و جادههای موجود در منطقه و با استفاده از تابع Line Density در نرمافزار ArcGIS بهدست آمدند. لایه سنگ‌شناسی از نقشه زمینشناسی منطقه (مقیاس 1:100000) استخراج شده است و لایه کاربری اراضی از اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان گلستان دریافت شد. نقشه بارندگی با استفاده از اطلاعات 35 ایستگاه باران‌سنجی تهیه شده است. ابتدا، میانگین بارندگی 26 ساله (دوره آماری مشترک) برای هر ایستگاه محاسبه شد و سپس، با استفاده از روش کریجینگ جهانی (به‌دلیل کمترین میزان RMSE) در نرمافزار ArcGIS پهنهبندی بارندگی انجام گرفت. لایه شاخص موقعیت توپوگرافیک، با استفاده از مدل رقومی ارتفاع و با کمک نرمافزار SAGA GIS تهیه شد. بهمنظور ارزیابی مدلها، از منحنی تشخیص عملکرد نسبی (ROC) جهت قدرت پیشبینی مدلها 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 220 تا 420 میلیمتر، احتمال رخداد فرسایش خندقی افزایش پیدا کرده است و از دامنه 420 تا 500 میلیمتر، بالاترین میزان حساسیت را نشان داده است و با افزایش بارندگی از 500 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 235 متر، باعث افزایش احتمال فرسایش خندقی شده است و از 235 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. نتیجه‌گیریاین 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 14 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 می‌طلبد. 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.
