%0 Journal Article %T پهنه‌بندی حساسیت فرسایش خندقی با استفاده از مدل‌های CART, ANN و RF %J مهندسی و مدیریت آبخیز %I پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری %Z 2251-9300 %A اسدی نلیوان, امید %A رابط, علیرضا %A وکیلی تجره, فرزانه %A رمضانی, مرضیه %A مومنی, محمد %A حیدری, کهزاد %D 2023 %\ 06/22/2023 %V 15 %N 2 %P 155-171 %! پهنه‌بندی حساسیت فرسایش خندقی با استفاده از مدل‌های CART, ANN و RF %K استان گلستان %K شبکه عصبی مصنوعی %K فرسایش آبکندی %K یادگیری ماشینی %K ROC %R 10.22092/ijwmse.2022.356379.1920 %X 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. %U https://jwem.areeo.ac.ir/article_127932_5d8e79a4d8710d75d70ab6448ba250c9.pdf