مهندسی و مدیریت آبخیز

با همکاری انجمن آبخیزداری ایران

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

راهنمای نویسندگان

راهنمایی دریافت کد ORCID

داوران

راهنمای عضویت در Publons

تعیین عوامل مؤثر بر ایجاد فرسایش آبکندی با استفاده از روش‌های داده‌کاوی در حوزه آبخیز بیان، استان فارس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه مهندسی منابع طبیعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس

2 دانشیار گروه مهندسی منابع طبیعی، دانشکده‌ی کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس

3 استادیار بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان فارس، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، شیراز، ایران

4 استادیار گروه مهندسی منابع طبیعی، دانشکده‌ی کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس

چکیده

فرسایش آبکندی یکی از پدیده‌های مهم در تخریب سرزمین و بیابان­‌زایی است که باعث برهم زدن تعادل منابع زیست‌محیطی و پایداری آن می‌­شود. این پژوهش، با هدف تعیین عوامل مؤثر بر ایجاد فرسایش آبکندی، با استفاده از روش‌های داده‌­کاوی در حوزه­ آبخیز بیان در شمال استان فارس انجام شد. به­‌منظور مدل­‌سازی فرسایش آبکندی، ازالگوریتم­‌های خوشه‌­بندی K-Means و درخت تصمیم CART بهره برده شد. دقت تخمین زده شده بر اساس پارامترهای مؤثر بر مساحت آبخیز ایجاد آبکندها در مدل نهایی، برای مجموعه داده­‌های آموزشی برابر با 100 درصد و برای مجموعه داده­‌های آزمایشی 71.43 درصد می‌­باشد. نتایج این پژوهش که منتج از اندازه‌­گیری متغیرهای مختلف از 40 آبکند منتخب، شامل یک متغیر هدف (مساحت آبخیز ایجاد) و 12 متغیر پیشگو شامل شیب ایجاد، پوشش گیاهی، خاک لخت، سنگ­ریزه­ سطحی، لاشبرگ سطحی، هدایت الکتریکی عصاره­ اشباع، اسیدیته، نسبت جذبی سدیم، ماده­ آلی، رس، سیلت و شن، در عملیات میدانی و آزمایشگاهی و استفاده از فناوری­‌های داده­‌کاوی است، نشان می‌­دهد که ایجاد آبکندها در این حوزه­ آبخیز تابع عوامل سیلت، اسیدیته، خاک لخت، سنگ­ریزه و ماده­ آلی می‌­باشد. این نتایج تأثیر پوشش گیاهی و به ‌تبع آن، وجود ماده­ آلی مناسب در خاک به­‌عنوان مناسب‌ترین روش در امر کنترل آبکندها و اثر مخرب و تشدیدی اراضی لخت و فاقد پوشش گیاهی در تشدید فرسایش آبکندی را نشان می‌­دهد. بنابراین، ضروری است، حتی­‌المقدور با ایجاد و استقرار پوشش گیاهی دائم و سازگار، اقدام به پایداری و بهبود ساختمان خاک و افزایش ماده­ آلی شود و برنامه­‌های کنترلی و مدیریتی، در اراضی که دارای مقدار سیلت بیشتری هستند، با دقت بیشتری عملیاتی شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Determining the effective factors on creation of gully erosion using data mining methods in Bayan Watershed, Fars Province

نویسندگان [English]

  • mohammad hedayatfard 1
  • Hamid Gholami 2
  • Seyed Masoud Soleimanpour 3
  • Arashk Holisaz 4

1 PhD Candidate of Desert Management, Department of Natural Resources Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Hormozgan, BandarAbbas, Iran

2 Associate Professor, Department of Natural Resources Engineering, Faculty of Agriculture & Natural Resources, University of Hormozgan, BandarAbbas, Iran

3 Assistant Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Department, Fars Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Shiraz, Iran

4 Assistant Professor, Department of Natural Resources Engineering, Faculty of Agriculture & Natural Resources, University of Hormozgan, BandarAbbas, Iran

چکیده [English]

Gully erosion is one of the most important phenomenons in land degradation and desertification, which upsets the balance of environmental resources and its sustainability. The aim of this study was to determine the effective factors on creation of gully erosion using data mining methods in Bayan Watershed in the north of Fars Province. K-Means clustering algorithms and CART decision tree were used to model gully erosion. The estimated accuracy based on the parameters affecting the creation area in the final model is 100% for the educational data set and 71.43% for the experimental data set. Results from measuring different variables from 40 selected gullies, including a target variable (creation area) and twelve predictive variables, like creation slope, vegetation, bare soil, surface gravel, surface litter, EC, pH, SAR, OM, clay, silt and sand in field and laboratory operations and the use of data mining techniques, showed that the creation of gullies in this watershed is a function of silt, acidity, bare soil, gravel and organic matter. These results showed the effect of vegetation and consequently, the presence of adequate organic matter in the soil as the most appropriate method for controlling gullies and the destructive and intensifying effect of bare lands without vegetation in intensifying gully erosion. Therefore, it is necessary to establish and establish permanent and compatible vegetation, to stabilize and improve soil structure and increase organic matter, and control and management programs, in lands with more silt, to be operated more carefully.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bare soil
  • Desertification
  • Environmental resources
  • Land degradation
  • Vegetation cover
مراجع

  1. Akbari, M., M. Bashiri and A. Rangavar. 2017. Application of data-mining algorithms in the sensitivity analysis and zoning of areas prone to gully erosion in the indicator watersheds of Khorasan Razavi Province. Environmental Erosion Research Journal, 7(2): 16-42 (in Persian).

    1. Arabameri, A., H.R. Pourghasemi and A. Cerda. 2017. Erodibility prioritization of sub-watersheds using morphometric parameters analysis and its mapping: a comparison among TOPSIS, VIKOR, SAW and CF multi-criteria decision making models. Science of the Total Environment, 613–614: 1385-1400.
    2. Arabghashghaei, Z., D. Nikkami, S. Shadfar and A. Moeini. 2011. Gully erosion zonation in Torod, Firoozkooh Watershed. Town and Country Planning, 31(8): 107-119 (in Persian).
    3. De Luna, E., K. Vanderlinden, J.M. De haro, A. Laguna, J. Poesen and J.V. Giraldez. 2000. Monitoring of long term gully head advance in south-east Spain using GIS. International Symposium on Gully Erosion Under Global Change, 53 pages.
    4. Essein, O.E. 2013. Effect of disturbed soil properties on gully growth. Journal of Earth Sciences and Geotechnical Engineering, 3(1): 27-39.
    5. Evans, R. 1980. Mechanics of water erosion and their spatial and temporal controls: an empirical view point. Soil Erosion, Chichester, Wiley, 109-128.
    6. Ezechi, J.I. 2000. The influence of runoff, lithology and water table on the dimensions and rates of gulling processes in Eastern Nigeria. International Symposium on Gully Erosion Under Global Change, 60 pages.
    7. Ferreira, C.S.S., A.J.D. Ferreira, R.L. Pato, M.C. Magalhães, C.O. Coelh and C. Santos. 2012. Rainfall-runoff-erosion relationships study for different land uses, in a sub-urban area. Zeitschrift für Geomorphologie Supplementary, 56(3): 5-20.
    8. Foster, I.D.L. and J.A. Lees. 2000. Tracers in geomorphology: theory and applications in tracing fine particulate sediments. Tracers in Geomorphology, 3(20): 23-42.
    9. Gayen, A. and H.R. Pourghasemi. 2019. Spatial modeling of gully erosion: a new ensemble of CART and GLM data-mining algorithms. In book: Spatial Modeling in GIS and RS for Earth and Environmental Sciences, Elsevier, 653-669.
    10. Ghazanfari, M., S. Alizadeh and B. Teymourpour. 2011. Data mining and knowledge discovery. University of Science and Technology Press, 403 pages (in Persian).
    11. Ghodoosi, J. and M. Davari. 2005. The effect of soil physical and chemical properties on gully erosion and gully morphology. Proceedings of the Third National Conference on Erosion and Sediment, Tehran, 382-389 (in Persian).
    12. Harvey, A.M. 1997. Coupling between hillslope gully systems and stream channels in the Howgill Fells, north-west England: temporal implications. Géomorphologie, 3(1): 3-20.
    13. Larose, D.T. 2005. Discovering knowledge in data: an introduction to data mining. John Wiley and Sons, New York, 421 pages.
    14. Leh, M., S. Bajwa and I. Chaubey. 2013. Impact of land use change on erosion risk: an integrated remote sensing. Geographic Information System and Modeling Methodology, 24(5): 409-421.
    15. Morgan, R.P.C. and D. Mngomezulu. 2003. Threshold conditions for initiation of valley-side gullies in the middle veld of Swaziland. Catena, 50: 401-414.
    16. Ochoa, P.A., A. Fries, D. Mejía, J.I. Burneo, J.D, Ruíz-Sinoga and A. Cerdà. 2016. Effects of climate, land cover and topography on soil erosion risk in a semiarid basin of the Andes. Catena, 10: 31-42.
    17. Pimentel, D. 2006. Soil erosion: a food and environmental threat. Environment Development and Sustainability, 8: 119-137.
    18. Shahrabi, J. 2016. Data mining 2. Amir Kabir Industrial Unit of Jahade Daneshgahi Press, Tehran, 300 pages (in Persian).
    19. Soleimanpour, S.M. 2012. Investigation and comparison of thresholds controlling gully erosion in different climates of Fars Province. PhD Thesis, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, 595 pages (in Persian).
    20. Soleimanpour, S.M., B. Hedayati, M. Soufi and H. Ahmadi. 2015. Determination of threshold of effective factors on length expansion of gullies using data mining techniques in Mahourmilati region, Fars Province, Iran. Journal of Watershed Management Science and Engineering, 29: 47-56 (in Persian).
    21. Soleimanpoor, S.M., B. Hedayati, M. Soufi, M.J. Rousta and S. Shadfar. 2019. Determining the threshold of the most effective factors on increasing the length of gullies using data-mining algorithms and CART Decision Tree, case study: Ghazian Watershed in Fars Province. Journal of Range and Watershed Management, 72(2): 409-426 (in Persian).
    22. Soleimanpoor, S.M., M. Soufi, M.J. Rousta, S. Shadfa, L. Jowkar and H Keshavarzi. 2020. Investigation of permanent gullies extension trend in Khorrambid Watershed, Fars Province. Journal of Watershed Engineering and Management, 12(1): 318-329 (in Persian).
    23. Soufi, M. 2004. Investigation of morphoclimatic characteristics of gully in Fars Province. Research Final Report, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, 130 pages (in Persian).
    24. 25. Tan, P.N., M. Steinbach, A. Karpatne and V. Kumar. 2014. Introduction to data mining. Second Edition, Addison-Wesley Press, 839 pages.
    25. Yasrebi, B., M. Soufi, S.Kh. Mirnia and J. Mohamadi. 2013. Assessment the impact of topographic and soil characteristics on bank gullies advancement in croplands, case study: Ilam Province. Journal of Watershed Engineering and Management, 5(1): 31-40 (in Persian).
    26. Zabihi, M., F. Mirchooli, A. Motevalli, A. Khaledi Darvishan, H.R. Pourghasemi, M.A. Zakeri and F. Sadighi. 2018. Spatial modelling of gully erosion in Mazandaran Province, northern Iran. Catena, 161: 1-13.
    27. Zamanzadeh, S.M. and M. Ahmadi. 2013. The effect of soil physical and chemical properties on the formation and expansion of gully erosion, case study: Dashtekahoor region, Lamerd. Journal of Quantitative Geomorphological Researches, 2(2): 135-156 (in Persian).
مهندسی و مدیریت آبخیز
دوره 13، شماره 2
تیر 1400
صفحه 368-378
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار