کورش شیرانی
-
شناسایی عوامل موثر و پیش بینی مناطق حساس به فرسایش خندقی از عوامل کلیدی جهت مدیریت و حفاظت خاک در حوزه های آبخیز است. این پژوهش در حوزه آبخیز تخت دراز در استان کهگیلویه و بویراحمد انجام گرفته که سد مارون نیز در پایین دست آن قرار گرفته است. در این پژوهش ابتدا با بازدید میدانی موقعیت تعدادی از خندق های ایجاد شده در حوزه آبخیز تخت دراز با سامانه موقعیت یاب جهانی ثبت و شرایط ایجاد خندق ها از جمله نوع کاربری، نوع سازند، نزدیکی به جاده و رودخانه، شکل خندق و غیره مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور پیش بینی مناطق حساس یه فرسایش خندقی در سایر نقاط حوزه از مدل حداکثر آنتروپی استفاده شد که در این مدل داده های ثیت شده از نقاط خندقی به دو دسته داده های آموزشی (70 درصد کل داده ها) و آزمایشی (30 درصد کل داده ها) تقسیم شدند. بر اساس منابع علمی و شرایط کنونی حوزه آبخیز تخت دراز ، 23 عامل موثر بر وقوع فرسایش خندقی شناسایی و نقشه آن ها در محیط سامانه اطلاعات جغرافیایی تهیه شدند. وزن هر کدام از عوامل موثر بر فرسایش خندقی بر اساس نسبت فراوانی هر عامل تعیین گردید. در مرحله بعد همبستگی عوامل موثر بر فرسایش خندقی با استفاده از آزمون هم خطی بررسی و عواملی که دارای هم خطی بودند از چرخه مدلسازی حذف شدند و با استفاده از عواملی که هم خطی نداشتند مدلسازی صورت گرفت. به منظور تعیین آستانه های عوامل موثر در رخداد فرسایش خندقی و ارزیابی کارآمدی مدل های مورد بررسی از آزمون جک نایف استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل آنتروپی با سطح زیر منحنی 88/0 دارای دقت پیش بینی مناسبی در تهیه نقشه حساسیت فرسایش خندقی بوده است و کاربری اراضی و زمین شناسی بیشترین اهمیت را در رخداد فرسایش خندقی به ترتیب با سهم مشارکت 24 و 18 درصد داشته اند.
کلید واژگان: آنتروپی, حوزه آبخیز تخت دراز, فرسایش خندقی, سد مارونIntroductionSoil erosion is one of the most important environmental issues in the world; so that, soils that are affected by degradation processes such as compaction, loss of nutrients and water retention capacity lead to soil erosion and loss in fertile agricultural lands. Gully erosion is the most severe type of water erosion, which is one of the main factors of land degradation. Spatial forecasting of gully erosion using models that are based on land sensitivity to gully erosion and their output leads to the preparation of gully erosion risk maps in the form of gully erosion is the most suitable strategy for land management planning in watersheds to prevent gully erosion. If there is a zoning map of gully erosion in watersheds, economic and social damages could be controlled through appropriate measures and strategies in addition to preventing heavy costs to control gully erosion. According to the available models and relationships, it can be concluded that the most efforts in gully erosion modeling have been focused on the location of gullies as well as predicting the possibility or non-possibility of gully occurrence; So that, only a part of the effective factors have been investigated due to variability of factors affecting the gully. While the present research aims to determine the most important factors affecting the gully erosion and prioritize the factors and finally zoning the gully points and sensitivity to the gully in Maroon watershed.Maroon watershed is located in the southern and southwestern slopes of the Middle Zagros. The area of the watershed is 3837 km2, the maximum height from the sea level is 3420.3 m and the minimum is 372.8 m. The average annual rainfall is 815 mm, the long-term average annual temperature in te representative stations of the plains is and the stations located in the highlands are 19 and 16 ºC respectively. According to the Dumarten system, the climate type is Mediterranean to semi-arid.In summary, the present research was carried out as follows: 1) Selecting the area, preparation of the distribution map of gully occurrence (dependent variable) and its random division into two training or calibration (70 percent) and experimental or forecasting (30 percent) categories, 2) preparation of the maps of 23 effective factors (independent variables), 3) selecting the effective factors using alignment test between the effective factors and the occurrence of gullies, 4) running the model, 5) validation and evaluation of the model, and 6) preparation of a zoning map of susceptibility to gully erosion.In the present study, the location of gullies created in the Takht Daraz watershed was first recorded by field visit, and based on the recorded points, they were divided into two groups of training data (70%) and experimental data (30%) respectively in order to calibrate and validate the models. 23 factors affecting the occurrence of gully erosion were identified based on scientific references and watershed conditions, and their maps were prepared in ARCGIS environment. The weight of these factors was determined based on the frequency ratio, and then the correlation of the effective factors was investigated using the collinearity test. In the next step, the maximum entropy model was calibrated and validated using the weighted data of the effective factors and the spatial training and experimental data of the gully distribution. The Jackknife test and the receiver operating characteristic index were respectively used to determine the thresholds of effective factors in the occurrence of gully erosion as well as evaluating the efficiency of the studied models.
ResultsAccording to the collinearity analysis, the variance inflation rate of the investigated variables was less than 0.5, which indicates the non-collinearity between the investigated variables and all the variables were included in the modeling process. Based on the results of MaxEnt model (maximum entropy), a gully erosion sensitivity map was obtained, based on which the very high sensitivity class with 52 percent of gully occurrences has the highest density of gullies; So that the ratio of the frequency of gullies in this class was 6.73 and the Seed Cell Index area was 0.15. The very low sensitivity class has the lowest amount and frequency ratio of gully by 0.02 and nuclear cell surface index at the rate of 46.8. According to the information obtained from the map, the highest percentage of the area is related to very low sensitivity class (46%), which has eight pixels of gullies, and the lowest area of the watershed is related to the very high sensitivity class (8%) which has 420 pixels of gully. In general, based on the maximum entropy method, 34% of the watershed is in the medium to very high sensitivity class. Also, the validation results of the maximum entropy model based on the index of the area under the curve (AUC) showed that the area under the curve in this method was 0.85, which indicates the high accuracy of the maximum entropy model.
Discussion & ConclusionsIn the present study, the spatial distribution of gullies and its relationship with the effective environmental parameters of the Takht Daraz basin have been used in order to evaluate the sensitivity of gully erosion. For this purpose, different methods and models including witness weight, belief model and entropy method have been used to prepare a gully erosion sensitivity map. Google Earth image interpretation, past research and extensive field visits were used to prepare the gully distribution map, and 70% of the gullies were used for modeling and 30% for validation. In the field of effective parameters in gully erosion, 23 effective parameters were identified and prepared using research literature, access to data and environmental conditions of the study area. The results showed that the entropy model with the area under the curve (AUC) of 0.86 had high prediction accuracy. The results of the effective factors on gully erosion showed that according to the Jackknife test, the lithological factor had the greatest effect on the areas under the curve. The results of determining the parameters weight also showed that different parameters have different participation rates in the gully erosion occurrence; so that, the parameters of land-use and geology had the largest share of participation in the occurrence of gully erosion, with a contribution of 24% and 18% respectively.
Keywords: Entropy, Takht Deraz Watershed, Gully Erosion, Maroon Dam -
فرسایش گالی یکی از اشکال پیشرفته فرسایش خاک است که تحلیل و شناسایی آن در جهت حفاظت خاک ضرورت دارد. هدف این تحقیق تعیین آستانه عوامل موثر در فرسایش گالی می باشد بنابراین براساس سوابق تحقیقات دیگران عوامل تاثیر گذار بر فرسایش گالی انتخاب شدند. جهت دستیابی به هدف تحقیق از دو مدل معروف دمپستر شیفر و مدل آنتروپی استفاده شده است. جهت تعیین مهم ترین متغیرها از آزمون جک نایف و برای مشخص نمودن قدرت پیش بینی مدلها از منحنی ROC استفاده شد. با استفاده از تصاویر گوگل ارث و همچنین بازدیدهای میدانی 331 نقطه گالی شناسایی، ثبت و نقشه پراکنش گالی تهیه شد. داده های مکانی پراکنش فرسایش گالی در قالب دو دسته تصادفی آموزشی (70 درصد) و آزمایشی (30 درصد) تقسیم شدند. نتایج خروجی لایه ها، وزن دهی و کلاس بندی و تلفیق در دو مدل دمپستر شیفر و آنتروپی، استخراج نقشه پهنه بندی حساسیت فرسایش پذیری گالی و آستانه حساسیت فرسایش پذیری گالی برای هر عامل می باشد. بر اساس آزمون جک نایف به ترتیب متغیرهای شاخص کاربری اراضی 33درصد، شاخص تراکم آبراهه 17درصد، لیتولوژی 13درصد، اقلیم 10درصد، بارش 5 درصد شاخص پوشش گیاهی 4 درصد و شاخص ارتفاع 2 درصد که در مجموع 84 درصد می باشند، بیشترین تاثیر را در فرسایش خندقی داشتند. سطح زیر منحنی مشخصه عملکرد سیستم ROC و مساحت سطح زیر نمودار AUC مدل دمپستر شیفر با ضریب تبیین 934/0 و مدل حداکثر آنتروپی با ضریب تبیین 936/0 موفقیت هر دو مدل را نشان می دهد. نتایج علمی تحقیق قابل ترویج و آموزش می باشد و از لحاظ کاربردی دستگاه اجرایی ذی ربط جهت کنترل فرسایش گالی می تواند تمهیدات لازم را با استفاده از نتایج این تحقیق بکار گیرد.
کلید واژگان: حوضه ایلام, فرسایش خندقی, شاخص های توپوگرافی, مدل حداکثر آنتروپی, مدل دمپسترشفرGully erosion is one of the advanced forms of soil erosion, which needs to be analyzed and identified in order to protect the soil. In this research, according to the complex system of factors influencing the creation of ditch erosion, 23 factors were analyzed in the two famous Dempster-Schiffer models and the entropy model, and using Google Earth images and field visits, 331 ditch points were identified, recorded, and a ditch distribution map was prepared. Spatial data of gully erosion distribution were divided into two random training (70%) and experimental (30%) groups. In this research, two indicators of tolerance coefficient and variance inflation factor were used to check the collinearity test, and as a result, two indicators of waterway density and relative humidity index were removed and 21 factors were used in the modeling process. The output results of the layers, weighting and classification and integration in two Dempster-Schiffer and entropy models are the extraction of the zoning map of the gully's erodibility sensitivity. and 30% of the calibration and validation of the models, the area under the ROC system performance characteristic curve and the area under the AUC diagram of the Dempster-Schiffer model with an explanation factor of 0.934 and the maximum entropy model with an explanation factor of 0.936, both models have an acceptable percentage of the area under the curve were that this issue shows the high performance of both models in the region. Among other results of statistical analysis, the prioritization of the impact of 21 factors in causing ditch erosion in the region was determined. The scientific results of the research can be promoted and taught, and from the practical point of view, the relevant executive body to control ditch erosion can take the necessary measures using the results of this research.
Keywords: Ilam Basin, Gully Erosion, Topographical Indicators, Maximum Entropy Model, Dempster Shafer Model -
مقدمه و هدف
در سال های اخیر مشکلات ناشی از دخالت های بشری در دشت سلماس شامل افزایش استفاده ی غیرمنطقی از منابع آب های سطحی، افزایش روند تخلیه ی آب زیرزمینی و تغییر کاربری زمین موجب فشار بر منابع آب زیرزمینی منطقه شده است که فرونشست زمین حداقل واکنش طبیعی در مقابل کاهش تراز آب های زیرزمینی است. ازاین رو، مطالعه و شناسایی مناطق فرونشست در دشت سلماس ضروری است.
مواد و روش هادر این پژوهش از اطلاعات آب زیرزمینی و تصویر های راداری سنتینل یک استفاده شد. اطلاعات آب زیرزمینی (شامل سطح ایستابی چاه های مشاهده ای از شرکت آب منطقه ای استان آذربایجان غربی دریافت شد. در این پژوهش، با روش تداخل سنجی تفاضلی راداری با دریچه ی مصنوعی جابجایی سطح زمین اندازه گیری شد و سپس با استفاده از روش های تداخل تکرار گذر، اختلاف فاز نشانک های SAR تعیین شد. در نهایت با بهره گیری از دستورالعمل تداخل سنجی تفاضلی راداری با دریچه ی مصنوعی و 52 عدد زوج تصویر سنتینل یک، فرونشست در دشت سلماس در طی سال های آبی 94-1393 تا 98-1397 تعیین شد. اعتبارسنجی روش تداخل سنجی راداری با استفاده از داده های ایستگاه زمین پویای (ژئودینامیک) قره قشلاق و همچنین تغییرات سطح ایستابی، افت آب زیرزمینی و بازدیدهای میدانی انجام شد.
نتایج و بحثنتایج بررسی فرونشست با روش دریچه ی مصنوعی نشان داد که در منطقه میانگین سرعت جابجایی ناشی از فرونشست 5 سانتی متر بود. بررسی تغییر آب های زیرزمینی نیز بیان گر روند کاهشی اکثر چاه های مشاهده ای بود. بیشترین اندازه ی افت آب زیرزمینی در چاه های مناطق شرقی و جنوب شرقی (مانند کنگرلو، قره قشلاق، یوشانلو و...) بود. در دوره ی بررسی (1397-1393) دلیل افزایش سطح آب در چاه ها نزدیکی به آبگیر سد زولا و گستردگی کانال های آبرسانی بود. بیشترین کاهش سطح آب به ترتیب در چاه های قزلجه، شرق قره قشلاق و میدان دواب مشاهده شد. چون که این چاه ها از آب سد بهره کافی نمی برند و از آن دور بودند. بیشترین افزایش نیز به ترتیب در چاه های مهلم، غرب تازه شهر و ایان در قسمت غربی دشت و نزدیک به دریاچه ی سد مشاهده شد. بررسی نقشه های فرونشست نشان داد که بیشترین فرونشست در مناطق جنوبی به ویژه جنوب شرقی دشت سلماس بود که در مقایسه با بخش های دیگر دشت ژرفای آبرفت نیز در این مناطق بیشتر بود. این روند فرونشست در سال های آبی 94-1393 تا 98-1397 ادامه داشته و در نقشه ی نهایی نیز این روند حاکم است. در دوره ی مزبور میانگین تغییرات سطح ایستابی در آبخوان دشت سلماس روند نزولی داشت که این روند با فرونشست زمین هماهنگی داشت. با بررسی نقشه ی افت آب های زیرزمینی، مشخص شد که مناطق با افت بیشتر روی مناطق فرونشست منطبق بود. افت بیشتر آب های زیرزمینی بیان گر برداشت آب بیشتر بود. ازاین رو تخلیه ی آب های زیرزمینی منطقه سبب فرونشست شده است.
نتیجه گیری و پیشنهادهاشناسایی محل دقیق فرونشست زمین در هر منطقه به ویژه در مناطق مسکونی، مهمترین وظیفه، قبل از هرگونه برنامه ی عملیاتی و سیاست گذاری برای اجر است. در تمام مراحل تصویرهای راداری سنتینل 1 به اندازه ی کافی قادر به حل این مشکل هستند. با این حال، بازدید زمانی طولانی تر برای اجرای هرگونه تصمیم مفیدتر خواهد بود. فرونشست زمین در دشت سلماس با تغییر سطح آب های زیرزمینی و بازدیدهای میدانی، کاملا تایید می شود. با توجه به رویکرد DInSAR، میانگین نرخ جابجایی ناشی از فرونشست در منطقه ی 5 سانتی متر بود که از نظر مشاهده ی تغییر سطح آب زیرزمینی کاملا قابل تایید بود. داده های مشاهده ای نشان دهنده ی کاهش سطح ایستابی در اکثر چاه ها در مقایسه با گذشته بود و برداشت بیش از اندازه از آب های زیرزمینی را تایید کرد. همچنین با بازدید های میدانی مناطق مختلفی از دشت سلماس که فرونشست داشتند، ثبت شد. روند فرونشست در منطقه ی مطالعه شده ادامه دار است و برای کاهش خسارت های ناشی از این پدیده و تعدیل آسیب های احتمالی به توجه و رسیدگی مسئولان مربوطه نیاز است. بر اساس نتایج این پژوهش پیشنهاد می شود مردم را از تبعات برداشت بی رویه آگاه کرد و جایگزینی کشت های با نیاز آبی سالانه ی کم و زود بازده به آنها توصیه شود.
کلید واژگان: افت آب زیرزمینی, دشت سلماس, رادار, سنتینل یک, فرونشستIntroduction and GoalIn recent years, problems caused by human interference in the Salmas Plain, such as an increase in the irrational use of surface water resources, an increase in the process of groundwater discharge, and a change in land use have caused pressure on the groundwater resources of the region; hence, land subsidence is at least a natural response to the decrease in groundwater level. Therefore, it is important to study and identify subsidence areas in the region.
Materials and MethodsIn this research, groundwater information and Sentinel 1 radar images were used. Groundwater information was obtained from the regional water company of West Azarbaijan province. In the present research, the DInSAR algorithm was used to measure the ground surface displacement, and the phase difference of the SAR signals was determined using the repeated-pass interference methods. Finally, by using the manual of differential radar interferometry with synthetic aperture and 52 even numbers of Sentinel 1 image, the subsidence in the Salmas Plain was determined between 2014 and 2015 and 2018 and 2019. Validation of the radar interferometry method using Qareqeshlaq Geodynamic station data, as well as groundwater level changes, underground water drop and field observations was conducted.
Results and DiscussionThe results of the subsidence study using the DInSAR method showed that the average annual displacement rate is about 5 cm. Investigation of groundwater changes also indicated a decreasing trend in most of the wells. The wells located in the eastern and southeastern regions (e.g., Kangarlu, Qareqeshlaq, Yushanlu, etc.) have the highest amount of groundwater drop. In the study period (2014 to 2019), where the wells with an increase in groundwater level were affected by their proximity to the Zola dam reservoir and the water supply channels. The wells of Qezeljeh, East Qareqeshlaq, and Maidan Doab have the highest water level reductions, but they do not have sufficient water supply from the dam. Mahlam, West Tazeshahr, and Ian wells, which are in the western part of the plain and close to the dam lake, respectively, have a suitable increase. Checking the subsidence maps of the Salmas plain showed that most of the subsidence is concentrated in the southern areas, especially in the southeast of the plain, in comparison to other parts of the plain the depth of alluvium is also greater in these areas. This subsidence trend continued from 2014 to 2019 and this trend is also prevalent in the final map. During this period, the average water level changes in the Salmas plain aquifer had a downward trend, which was in harmony with land subsidence. By reviewing the groundwater drop map, it was found that the areas with the highest drop coincided with the subsidence areas. More drop in underground water indicated more water extraction. Therefore, the discharge of underground water in the region has caused subsidence.
Conclusion and SuggestionsBefore adopting any operational plan and policy for implementation, it is the most important task to identify the exact location of land subsidence in any area, in particular residential areas. Sentinel1 radar images are sufficiently capable of solving this problem at all stages; however, a longer observation time would be more useful for decision making and implementation. Land subsidence in the Salmas plain is fully confirmed by the change of the underground water level and field visits. According to the DInSAR approach, the average displacement rate due to subsidence in the region was 5 cm, which can be fully verified in terms of observations of changes in the groundwater level. The piezometric data show a reduction of in the water level in most wells compared to the past, which depicts the occurrence of excessive extraction of groundwater. In addition, field surveys have been conducted in different areas of the Salmas Plain and the subsidence areas have been recorded. The process of subsidence in the studied area is ongoing, and the attention and care of the relevant authorities is needed to reduce the damage caused by this phenomenon and adjust the possible damages. It is recommended that people should be aware of the consequences of excessive harvesting and recommend alternative crops with a low annual demand for water and early yields.
Keywords: Groundwater drop, radar, Salmas plain, Sentinel 1, subsidence -
مقدمه و هدف
فرسایش خندقی یکی از عوامل تهدیدکننده تعادل محیط زیست و پایداری آن بوده و نقش برجسته ای در بالابردن توان رسوب زایی حوزه های آبخیز و تغییر خصوصیات هیدرولوژیکی جریان های سطحی دارد. هدف از این تحقیق ارزیابی کارایی مدل یادگیری ماشین بیشینه ی بی نظمی به منظور تهیه نقشه ی حساسیت فرسایش خندقی در حوزه آبخیز سمنان است. شناسایی مهمترین عامل های زیست محیطی موثر بر رخداد فرسایش خندقی با روش جک نایف و بررسی اهمیت هر یک از عامل های زیست محیطی در منطقه ی مورد مطالعه با تحلیل منحنی های پاسخ از دیگر اهداف این پژوهش است.
مواد و روش هااین پژوهش در پنج گام اصلی شامل، گام نخست انتخاب محدوده مورد مطالعه، جمع آوری و آماده سازی نقشه های عوامل موثر، گام دوم تهیه نقشه پراکنش رخداد فرسایش خندقی، گام سوم آزمون هم خطی چندگانه با شاخص ضریب تحمل و فاکتور تورم واریانس به منظور بررسی هم پوشانی اطلاعاتی عوامل موثر و بررسی اهمیت عوامل، گام چهارم اجرای مدل بیشینه بی نظمی یا حداکثر بی نظمی، تهیه نقشه پهنه بندی حساسیت نسبت به رخداد فرسایش خندقی و طبقه بندی آن به پنج رده خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد، گام پنجم ارزیابی دقت طبقه بندی و اعتبارسنجی نقشه پهنه بندی و پیش بینی حساسیت نسبت به رخداد فرسایش خندقی می باشد.
یافته هاطبق نتایج حاصله، از بین 23 عامل یا متغیر اولیه، عوامل شاخص طول شیب آبراهه، انحنای سطح و شاخص توان آبراهه دارای هم خطی یا هم پوشانی اطلاعاتی بوده و در مراحل بعدی از ورود به فرایند مدل سازی حذف و مدل سازی با 20 عامل یا متغیر مستقل اجرا گردید. نقشه حساسیت فرساش خندقی منطقه مورد مطالعه نشان داد بخش های خروجی و جنوبی حوزه آبخیز سمنان مستعد وقوع فرسایش خندقی می باشد. همچنین نتایج پهنه بندی حاصل از اجرای مدل بیشینه بی نظمی بیانگر آن است که مناطق مستعد فرسایش خندقی در مناطق مرتفع، واحدهای سنگی حساس (پهنه های رسی و مارنی کواترنری)، بارش متوسط سالانه، نوع خاک اریدسویل، اقلیم فراخشک، طبقات تراکم زهکشی بالا، شیب کم، اراضی پست و بدون وجه شیب جغرافیایی، شاخص رطوبت توپوگرافی بالا، کاربری اراضی مرتعی و سطح زمین با بافت کم مشاهده میشوند. همچنین مدل بیشینه بی نظمی در مراحل واسنجی و اعتبارسنجی بهترتیب دارای دقت 91 و 89 درصد است که از نظر کارایی در رده خیلی خوب برای پیش بینی مناطق مستعد فرسایش خندقی قرار می گیرد.
نتیجه گیریحدود 35 درصد مساحت پهنه های با حساسیت زیاد و خیلی زیاد حاصل از اجرای مدل بیشینه بی نظمی، بیش از 90 درصد خندق های منطقه را در بر می گیرند. هم چنین مدل بیشینه بی نظمی در مراحل اجرا و پیش بینی با سطح زیر منحنی ویژگی عمل گر گیرنده بالاتر از 90 درصد در پهنه بندی و پیش بینی رخداد فرسایش خندقی کارامد می باشد. این نتیجه برای مدیران و برنامه ریزان محلی و هم چنین کارشناسان اجرایی به منظور شناسایی مناطق مستعد فرسایش خندقی و تعیین بهترین روش های اجرایی عملیات آبخیزداری برای رویکردهای حفاظت از خاک مفید خواهد بود.
کلید واژگان: آزمون هم خطی چندگانه, حداکثر آنتروپی, سمنان, مدل ماشین یادگیریIntroduction and ObjectiveGully erosion is one of the factors threatening the environmental balance and its stability and plays a prominent role in increasing the sedimentation capacity of watersheds and changing the hydrological characteristics of surface streams. The purpose of this research is to evaluate the effectiveness of the maximum disorder machine learning model in order to prepare a gully erosion sensitivity map in the Semnan watershed. Identifying the most important environmental factors affecting the occurrence of gully erosion using the jackknife method and examining the importance of each environmental factor in the study area by analyzing the response curves are other goals of this research.
Material and MethodsThis research consist of five main steps: the first step is choosing the study area, collecting and preparing maps of the effective factors, the second step is preparing the distribution map of the ditch erosion event, the third step is the multiple collinearity test with the index of the tolerance coefficient and the variance inflation factor in order to check the information overlap of the effective factors. and checking the importance of the factors, the fourth step is to implement the maximum irregularity or maximum irregularity model, prepare a zoning map of sensitivity to the event of gully erosion and classify it into five categories: very low, low, medium, high and very high, the fifth step is to evaluate the classification accuracy and validate the zoning map and Prediction of sensitivity to gully erosion.
ResultsAccording to the results, among the 23 initial factors or variables, the factors of the waterway slope length index, surface curvature, and waterway power index had colinearity or overlapping information, and in the next stages, they were removed from entering the modeling process, and modeling was carried out with 20 independent factors or variables. The gully erosion sensitivity map of the studied area showed that the southern and southern parts of the Semnan watershed are prone to gully erosion. Also, the zoning results obtained from the implementation of the maximum irregularity model indicate that the areas prone to gully erosion are in high areas, sensitive rock units (quaternary clay and marl zones), average annual rainfall, Eridesville soil type, ultra-arid climate, high drainage density classes, low slope, low lands without geographical slope, high topographic moisture index, pasture land use and low land surface texture are observed. Also, the maximum irregularity model has 91% and 89% accuracy in the calibration and validation stages, respectively, which in terms of efficiency is in the very good category for predicting gully erosion prone areas.
ConclusionAbout 35% of the area of high and very high sensitivity areas resulting from the implementation of the maximum irregularity model include more than 90% of the ditches in the region. Also, the maximum irregularity model in the stages of implementation or development and prediction or validation with the area under the receiver operating characteristic curve with the values of 0.91 and 0.89, respectively, is effective in zoning and predicting the occurrence of gully erosion. This result will be useful for local managers and planners as well as executive experts in order to identify areas prone to gully erosion and determine the best implementation methods of watershed operations for soil protection approaches.
Keywords: Machine learning model, Maximum entropy, Multicollinearity, Semnan -
امروزه فرونشسست به عنوان عامل مهمی در از بین رفتن منابع آب و خاک هم از لحاظ کمی و هم از لحاظ کیفی به شمار می رود. پیشتر این رویداد در مناطق خشک و نیمه خشک به علت برداشت آب زیرزمینی و تغذیه ناکافی منابع زیرسطحی، امری عادی بود. اما در حال حاضر این رویداد در دشت-های مناطق معتدل، با ورودی آب تغذیه ای مناسب اتفاق می افتد. دشت خانمیرزا از جمله دشت های مناطق سرد و معتدل ایران است که با میانگین بارش 500 میلیمتر در سال و تغذیه کافی از لحاظ وجود منابع سطحی، رویداد فرونشست هم اکنون در آن با روند سریعی در حال اتفاق است. بدین منظور با هدف ارزیابی فعالیت تکتونیکی منطقه در ایجاد پدیده فرونشست از برخی شاخص های ژیومورفیک مانند شاخص شکل حوضه (BS)، گرادیان طولی رودخانه (SL)، عدم تقارن حوضه زهکشی (AF)، شاخص تقارن توپوگرافی معکوس (T)، شاخص انتگرل هیپسومتری (H) فرونشست منطقه از لحاظ تکتونیکی مورد مطالعه قرار گرفت. همین طور با استفاده از تداخل سنجی راداری نرخ فرونشست مشخص شد. بررسی این شاخص ها نشان داد که شاخص های، شکل حوضه (BS)، گرادیان طولی رودخانه (SL)، عدم تقارن حوضه زهکشی (AF)، شاخص تقارن توپوگرافی معکوس (T) ، بیانگر تکتونیک فعال در منطقه است. فعالیت های زمین ساخت باعث کشیدگی دشت و نامتقارن شدن دو طرف رود اصلی شده است. همین طور نتایج مربوط به تداخل سنجی راداری در بازه دوساله بیانگر این است که به موازات فرونشست (با نرخ 9 سانتیمتر) در بخش هایی از دشت، بخش های دیگر با بالاآمدگی (با نرخ 21 سانتیمتر) مواجه است.
کلید واژگان: تداخل سنجی رادرای, دشت خانمیرزا, زمین ساخت فعال, شاخص ژئومورفیک, فرونشستIntroductionKhanmirza plain is one of the plains of cold and temperate regions of Iran, with an average rainfall of 500 mm per year and sufficient nutrition in terms of surface resources, the subsidence event is currently happening in it with a rapid trend. In terms of geostructure, Khanmirza plain is located in the folded Zagros zone in the south of the Dana fault, and the presence of piezometers protruding from the soil, as well as the presence of springs, etc., are signs of crustal movement on the surface of this plain. For this purpose, with the aim of evaluating the tectonic activity of the region in creating the phenomenon of subsidence from some geomorphic indices such as basin shape index (BS), river longitudinal gradient (SL), drainage basin asymmetry (AF), reverse topography symmetry index (T), integral index Hypsometry (H) of the region's subsidence was studied tectonically. Likewise, the subsidence rate was determined using radar interferometry. Examining these indicators showed that the indicators of basin shape (BS), river longitudinal gradient (SL), drainage basin asymmetry (AF), reverse topography symmetry index (T) are active tectonics in the region. Earth construction activities have caused the plain to stretch and become asymmetric on both sides of the main river. Likewise, the results of radar interferometry in the two-year period indicate that parallel to subsidence (at a rate of 9 cm) in some parts of the plain, other parts are facing uplift (at a rate of 21 cm).Collapse and subsidence can be caused by natural geological phenomena such as earthquakes, dissolution of limestone, chalk and salt rocks, melting of ice and compaction of deposits, slow movements of the crust and the release of lava from the solid crust of the earth, or activities human activities such as mining, extracting underground fluids such as underground water, oil or gas (Galloy and Barbie, 2011: 1459). Radar interferometry has been widely used by Earth researchers since the early 1990s (Shirani et al.: 2013). This technique can be used to measure displacements resulting from many phenomena such as earthquakes, landslides and subsidence. In general, there are nearly six hundred plains in Iran, and it is likely that more than half of them are subject to subsidence (Kia Sharifi, 2010: 58).
MethodologyIn order to evaluate the tectonic situation of the region, from topographic maps 1:50000 and geological map 1:100000 to calculate basin shape index (BS), river longitudinal gradient (SL), drainage basin asymmetry (AF), symmetry index Inverted topography (T), hypsometric integral index (H) from (DEM) 30 meters and topographic map were used, which were processed in GIS environment. D-InSAR radar images were used in the period from 2003 to 2005, which were processed in ENVI 5.3 software. Radar interferometry technique
Results and DiscussionHow to calculate the SL river gradient index: The SL index is calculated for the middle point between two flow curves. Symmetry index of transverse topography (T): this index can also specify the state of symmetry and, as a result, the active or inactive state of the region. Drainage basin asymmetry index (AF): The asymmetry index is a method to evaluate the existence of tilts caused by tectonic activities at the scale of the drainage basin. Basin Shape Ratio Index (BS): Basins that have an elongated shape are tectonically active. And the shape of basins that are tectonically inactive tends to be round. Integral Hypsometric Index: Integral Hypsometric is an index that calculates the height of the entire area in relation to the area of the entire area. The values of this index show the transformation stages of the landscape in the erosion cycle. Today, radar interferometry, as a technique that estimates the displacement of the earth's surface with high accuracy and resolution, is a common tool for investigating the change of the earth's surface due to various factors, including land subsidence. In this technique, an interferogram can be prepared using two satellite images. So that by using the interferometric tool, the phases of the return signal from the ground are subtracted from each other in two time-delayed satellite images of the same region to extract changes in the ground surface. The radar interferometry technique uses Sarscape software as one of the powerful tools in the digitization of satellite images to survey the changes in the earth's surface. In this research, 12 Envisat satellite images from the European Space Agency were prepared
ConclusionThe amount of subsidence calculated from 10 paired images is 9 cm drop in a two-year period, and the amount of elevation obtained from the images was calculated as 21 cm in a two-year period. By comparing these two numbers, it can be concluded that in this basin, the uplift rate is twice as high as the subsidence rate.The obtained values show that in addition to groundwater extraction as one of the main and common causes of subsidence, considering the tectonic factor in areas such as the Khanmirza watershed with high rainfall input is one of the main reasons for its formation.
Keywords: Radar interferometry, Khanmirza plain, Active Tectonics, Geomorphic index, subsidence -
مقدمه و هدف
سیل و زلزله، شایع ترین و غیرقابل پیش بینی ترین رویدادهای طبیعی هستند که با تاثیر بر جان و مال به جوامع آسیب وارد کرده و شکل زمین را تحت تاثیر قرار می دهند. برای انجام اقدام های پیش گیرانه قبل از رخ داد حادثه های ناهنجار و راه کارهای کاهش آثار این حادثه ها، هدف اصلی آگاه سازی عمومی با تاکید بر امر اطلاع رسانی مردم تغییرکرده است. هدف از این پژوهش بررسی عامل های شکل سنجی، آب شناسی و اقلیمی موثر بر رخ داد سیل، مدل سازی و ارزیابی ظرفیت حساسیت زمین ها در آبخیز گرگان رود نسبت به رخ داد سیل است. هم چنین، مهم ترین نوآوری پژوهش حاضر در مقایسه با پژوهش های انجام شده مرتبط با پهنه بندی خطرها در داخل کشور، مقایسه ی دو روش احتمالاتی آنتروپی شانون و وزن شاهد بیزین به منظور تعیین کارآمدترین مدل و افزایش دقت نقشه های پیش بینی رخ داد سیل است.
مواد و روش هاابتدا منطقه ی پژوهش انتخاب و سپس جمع آوری و آماده سازی نقشه های عامل های موثر انجام شد. در این پژوهش 15 عامل به عنوان متغیرهای مستقل انتخاب شدند. با استفاده از اطلاعات دریافتی از سازمان وزارت نیرو و بازدیدهای میدانی به عنوان متغیر وابسته، نقشه ی پراکنش رخ داد سیل تهیه شد و به دو دسته ی نقاط آزمایشی (30%) و آموزشی (70%) تقسیم شد. کمی کردن عامل های موثر با کاربرد شاخص نسبت فراوانی انجام شد و آزمون چندخطی برای استقلال عامل های موثر اجرا شد. اجرای مدل های آنتروپی و وزن شاهد، تهیه ی نقشه های پهنه بندی حساسیت به رخ داد سیل و طبقه بندی آن ها به پنج رده ی خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد انجام شد. ارزیابی دقت طبقه بندی و اعتبارسنجی نقشه های پهنه بندی و پیش بینی حساسیت نسبت به رخ داد سیل انجام شد. اهمیت عامل های موثر تعیین و مناسب ترین مدل انتخاب شد.
نتایج و بحث:
براساس وزن های محاسبه شده از هر دو مدل شاخص آنتروپی و وزن شاهد بیزین به ترتیب عامل های کاربری زمین، بلندی، شاخص پوشش گیاهی، خاک، شاخص رطوبت پستی بلندی، تراکم شبکه ی زهکشی، شاخص توان آبراهه، شیب، شاخص موقعیت پستی بلندی، سنگ شناسی، میانگین بارش سالانه، ضریب نفوذ، شکل انحنا، فراوانی آبراهه و بیشینه ی بارش روزانه در رخ داد سیل موثر بودند. در این پژوهش عامل کاربری زمین و پوشش گیاهی به خاطر تغییرات کاربری زمین ها در رخ داد سیل از اولویت بالایی برخوردار بودند. شدت بارش در رتبه ی آخر قرار داشت ولی اهمیت و تاثیرگذاری آن در کنار دیگر عامل ها را نباید نادیده گرفت. نقشه های تهیه شده از پهنه بندی خطر رخ داد سیل با کاربرد هر دو مدل، نشان دهنده ی دقت بالای طبقه بندی پهنه ها و توزیع مناسب نقاط سیلابی در رده های زیاد و خیلی زیاد بود. همچنین براساس منحنی ویژگی عمل گر گیرنده و سطوح طبقه بندی دقت، کارآمدی هر دو مدل در طبقه ی خیلی خوب (0/9-0/8) قرار داشت. نتایج اندازه ی مساحت زیر منحنی (AUC) مدل آنتروپی شانون نشان دهنده ی دقت امتیاز بالاتر در هر دو وضعیت آزمایشی و آموزشی (0/94 و 08/98) نسبت به روش وزن شاهد بیزین (0/830 و 0/88) بود که این موضوع بیان گر همبستگی بالا بین نقشه های حساسیت و پراکنش رخ داد سیل است.
نتیجه گیریدر این پژوهش برای تهیه ی نقشه ی پهنه بندی رخ داد سیل، از 368 پهنه ی سیلابی با 782 تکرار رخ داد سیل و 15 عامل موثر بر آن استفاده شد. با برازش هر دو مدل، عامل های موثر بر رخ داد سیل اولویت بندی شدند. در منطقه ی پژوهش عامل های کاربری زمین، بلندی و پوشش گیاهی به ترتیب دارای بیشترین اهمیت و اولویت در رخ داد سیل بودند و عامل های شکل انحنا، فراوانی آبراهه و شدت بارش در رده های آخر قرار گرفتند. نتایج نشان داد مدل آنتروپی شانون ضمن دارابودن آستانه ی طبقه های مناسب در طبقه بندی و به کارگیری 30% پهنه های رخ داد سیل از اولویت بیش تری برای پهنه بندی و پیش بینی رخ داد سیل برخوردار است. اما درمجموع هر دو مدل در پهنه بندی و پیش بینی رخ داد سیل کارآمد و مناسب بودند.
کلید واژگان: پهنه بندی, سیل, شاخص آنتروپی شانون, گرگان رود, وزن شاهد بیزینIntroduction and ObjectiveFloods and earthquakes are the most common and unpredictable natural events that harm communities by affecting life and property and affect the landforms of the basin. Therefore, in ways to reduce the effects of natural events, The main goal has changed to public awareness and emphasis on informing the people in line with preventive measures before the occurrence of abnormal events. Considering these explanations and the need to compare and evaluate the effectiveness of probabilistic statistical methods, The main goal of this research is to investigate the morphological, hydrological and climatic factors affecting the occurrence of floods, Modeling and evaluation of land sensitivity potential in Gorganrood watershed to flood occurrence. Also, the most important innovation of the current research compared with to the previous researches related to risk zonation in the country, the comparison of two probabilistic methods of Shannon entropy and weight of evidence in order to determine the most efficient model and increase the accuracy of flood prediction maps.
Materials and Methods1- Selection of the study area, Collecting and preparing maps of effective factors as independent variables, 15 factors were considered in this research. 2- The flood event distribution map was prepared using the information received from the Ministry of Energy and field observations as a dependent variable, and it was divided into two groups of test points (30%) and training points (70%). 3- Quantifying the effective factors with the help of the frequency ratio index and also performing the multilinear test (independence of the effective factors). 4- Implementation of entropy and weight of evidence models, Preparation of flood sensitivity zoning maps and classifying them into five categories: very low, low, medium, high and very high. 5- Assessing the accuracy of classification and validation of zoning maps and predicting sensitivity to flood events. 6- Determining the importance of effective factors and choosing the most suitable model.
Results and DiscussionIn total, based on the calculated weights of both entropy index and weight of evidence models, in the order of factors land use, altitude, Normalized difference vegetation index (NDVI), soil, Topographic Wetness Index (TWI), Drainage density, Stream power index, slope (SPI), Topographic position index (TPI), lithology, average annual precipitation, Infiltration number, Profile curvature, Stream frequency and Intensity of daily rainfall are effective in flood occurrence. In this research, the land use factor and then the vegetation cover factor have a high priority in the occurrence of floods due to land use changes. The intensity of rainfall is in the last rank, but its importance and influence should not be ignored along with other factors. The maps resulting from flood risk zonation by both models indicate the high accuracy of zone classification and proper distribution of flood points in high and very high zone. Also, based on the receiver operator characteristic (ROC) curve and accuracy classification levels, the efficiency of both models is in the very good category (0.8-0.9) In terms of comparing the models to each other, the results of the area under the curve (AUC) values of the Shannon entropy model show a higher score accuracy in both testing and training situations (0.94 and 0.98) than the Bayesian weighting method (83.83). 0 and 0.88) which indicates a high correlation between the prepared flood sensitivity map and the distribution map of the number of flood events.
Conclusion and Suggestions:
In this research, in order to prepare a map of flood event zoning, 368 flood zones with a repetition number of 782 flood events and 15 factors affecting flood events were used. Based on the fitting of both models and the prioritization of the factors affecting the occurrence of floods, it was determined altogether that land use, altitude and vegetation factors have importance and priority in the occurrence of floods in the study area and Profile curvature, Stream power index and Intensity of daily rainfall factors were placed in the last priorities. The results showed that Shannon's entropy model has the appropriate class threshold in classification, and by using 30% of flood occurrence zones, it has more priority for zonation and flood occurrence prediction. But in general, both models are effective in zoning and predicting flood occurrences.
Keywords: flood, Gorganrood, Shannon entropy index, Weight of evidence, zonation -
مقدمه
دشت سگزی در 40 کیلومتری شهر اصفهان با وسعت حدود 40 هزار هکتار، عامل تهدیدی جدی برای این شهر تاریخی محسوب می شود. این دشت که تا چند دهه پیش نیزار و مرغزاری نسبتا آباد بوده، اکنون به خطری عظیم به لحاظ تخریب طبیعت و آلودگی محیط زیست تبدیل شده است. دو عامل طبیعی و انسانی در بیابان زایی این منطقه نقش دارند. از عوامل طبیعی، بارندگی کم، تبخیر زیاد، وجود لایه های محدود کننده در خاک و بادهای شدید و از عوامل انسانی، چرای بیش از حد دام، بوته کنی، رشد شدید جمعیت و بهره برداری بی رویه از منابع موجود، افت آب های زیرزمینی و مهم تر از همه، بهره برداری از معادن سطحی موجود به ویژه معادن گچ را می توان نام برد. هدف اصلی این پژوهش، ارزیابی کارایی الگوریتم SEBAL برای تخمین تبخیر و تعرق واقعی دشت سگزی با توجه به موقعیت خشک و نیمه خشک بودن منطقه با استفاده از تصاویر لندست 8 بود.
مواد و روش هادر این پژوهش، استخراج اطلاعات مورد نیاز از این تصاویر طی سه مرحله اصلی یعنی پیش پردازش، پردازش و پس پردازش صورت گرفت. در مرحله پیش پردازش، پس از انجام تصحیحات اتمسفریک، هندسی و سایر تصحیحات لازم، اقدام به زمین مرجع کردن تصاویر شد. در محله پردازش داده ها، روش های مختلف بارزسازی و تحلیل های آماری و سنجش از دوری به منظور دستیابی به لایه های اطلاعاتی صورت گرفت. به منظور ارزیابی نتایج در مرحله پردازش تصاویر، پس پردازش داده ها بر اساس تحلیل های مختلف ارزیابی لایه های قابل اعتماد از لحاظ صحت و دقت، انجام گرفت. در مرحله بعد، الگوریتم SEBAL اجرا شد که در این مرحله، ابتدا میزان تابش خالص (Rn) با توجه به دمای سطح زمین و پوشش گیاهی و میزان انرژی های رسیده به زمین محاسبه شد. سپس، شار گرمایی خاک (G) به دست آمد تا میزان قابلیت انتقال گرما به داخل خاک مشخص شود. سپس، میزان شار گرمای محسوس (H) که تعیین کننده هدررفت انرژی از خاک به سمت فضا است، تعیین شد. در نهایت، پس از تعیین مقدار شار گرمای محسوس، تبخیر و تعرق محاسبه شد. الگوریتم SEBAL، معادله بیلان انرژی را به منظور محاسبه تبخیر و تعرق واقعی گیاه محاسبه می کند.
نتایج و بحثپارامترهای آلبیدوی سطحی (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی 0.85 و 0.16)، دمای سطح خاک (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی 326 و 299 درجه کلوین)، شاخص پوشش گیاهی NDVI (بیشترین وکمترین مقادیر به ترتیب مربوط به نواحی با پوشش گیاهی خوب با 1+ و پیکره های آبی با 1-)، میزان انرژی خالص رسیده به سطح زمین (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود 703 و 210 وات بر متر مربع)، شار گرمایی خاک (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود 130 و 35 وات بر متر مربع)، شار گرمای محسوس (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود 323 و 23 وات بر متر مربع)، تبخیر و تعرق لحظه ای (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود 0.842 و 0.225 میلی متر) و تبخیر و تعرق روزانه (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود 20.2 و 5.4 میلی متر) از جمله مهم ترین پارامترهای موثر در الگوریتم SEBAL بود که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفتند. یافته های پژوهش در رابطه با نتیجه کاربرد الگوریتم SEBAL با داده های ماهواره ای لندست 8 نشان داد که الگوریتم SEBAL تبخیر و تعرق را در محدوده هایی که دارای پوشش گیاهی غالبا کشاورزی و باغ هستند، به خوبی پیش بینی کرده است، به طوری که میزان هدررفت آب از طریق بخار را نزدیک به مقادیر ثبت شده ایستگاه سینوپتیک شرق اصفهان (فرودگاه شهید بهشتی) پیش بینی کرده است. میزان خطای به دست آمده در محاسبه الگوریتم مورد نظر 0.1 درصد بوده است. میزان تبخیر و تعرق لحظه ای واقعی در محدوده بین 0.22 تا 0.84میلی متر محاسبه شده است که با توجه به شرایط آب و هوایی منطقه و دمای هوای نزدیک به سطح (27 تا 50 درجه کلوین) و مقدار تبخیر و تعرق ثبت شده به روش پنمن-مانتیث (0.3 میلی متر در ایستگاه سینوپتیک شرق اصفهان)، این مقدار در محدوده معقولی قرار دارد.
نتیجه گیریمقایسه خروجی های الگوریتم SEBAL با مقدار تبخیر و تعرق به دست آمده در ایستگاه سینوپتیک شرق اصفهان که RMSE مقدار 0.1 را نشان می دهد، بیانگر مناسب بودن این الگوریتم در محاسبه تبخیر و تعرق در منطقه سگزی است. با توجه به نیاز روزافزون کشور برای جلوگیری از هدررفت یا مصرف مازاد آب در بخش کشاورزی، چه از طریق تغییر الگوی کشت و چه تغییر در روش های آبیاری، به کارگیری الگوریتم SEBAL در این پژوهش، می تواند اطلاعات ارزشمندی را در اختیار متخصصین و مدیران بخش آب و کشاورزی قرار دهد. نتایج به دست آمده از اجرای این پژوهش، نشان داد که سنجش از دور با در دست داشتن الگوریتم های متفاوت از جمله الگوریتم SEBAL و کمینه اطلاعات زمینی، دارای پتانسیل مناسبی برای تخمین تبخیر و تعرق واقعی است.
کلید واژگان: آلبیدوی سطحی, پیکسل سرد, پیکسل گرم, شاخص NDVI, معادله توازن انرژی سطحEvaluation of actual daily evapotranspiration with SEBAL algorithm, case study: Segzi Plain, IsfahanIntroductionSegzai plain, 40 kilometers from Isfahan city, with an area of about 40,000 ha, is considered a serious threat to this historical city. This plain, which until a few decades ago was a relatively prosperous reed and meadow, has now become a huge danger in terms of nature destruction and environmental pollution. Two natural and human factors play a role in the desertification of this region. Among the natural factors are low rainfall, high evaporation, the presence of limiting layers in the soil and strong winds and from human factors, excessive grazing and overgrazing of livestock as well as bush-cutting, rapid population growth and excessive exploitation of existing resources decline Underground water and most importantly, exploitation of surface mines, especially gypsum mines, can be mentioned. The main goal of this research was to evaluate the effectiveness of the SEBAL model for estimating the actual evaporation and transpiration of the Segazi Plain, considering the arid and semi-arid location of the region using the landsat 8 image.
Materials and methodsTo do this research, first, landsat 8 images were processed. Extraction of required information from satellite images in this research was done during three main stages, i.e. pre-processing, processing and post-processing. In other words, in the pre-processing stage, after performing atmospheric, geometric and other necessary corrections, the image was referred to the ground. In the area of data processing, different highlighting methods and statistical analyzes and remote sensing were done in order to achieve the information layers of the plan. In order to evaluate the results in the image processing stage, the post-processing of the data based on various analyzes was used to evaluate the reliable layers in terms of accuracy and precision. After that, the SEBAL algorithm was implemented. first the amount of net radiation (Rn) was calculated according to the temperature of the earth's surface and vegetation and the amount of energy reaching the earth, then the heat flux of the soil (G) was obtained to determine the amount of transfer capability The heat into the soil was determined, then it was determined to calculate the amount of sensible heat flux (H), which determines the loss of energy from the soil to space. Finally, after determining the sensible heat flux, evaporation and transpiration were calculated. The SEBAL algorithm calculates the energy balance equation in order to calculate the actual evaporation and transpiration of the plant.
Results and discussionSurface albedo parameters (the highest and lowest weighted values are around 0.85 and 0.16), soil surface temperature (the highest and lowest weighted values are around 326 and 299 degrees Kelvin), NDVI vegetation index (the highest and lowest weight values related to areas with good vegetation close to +1 and related to water and water bodies close to -1), the amount of net energy reaching the surface of the earth (the highest and lowest weight values are about 703 and 210 Wm-2, soil heat flux (the highest and lowest weight values are about 130 and 35 Wm-2), sensible heat flux (the highest and lowest weight values are about 323 and 23 Wm-2 , momentary evaporation and transpiration (the highest and lowest weight values are about 0.842 and 0.225 mm) and daily transpiration evaporation (the highest and lowest weight values are about 20.2 and 5.4 mm) are among the most important effective parameters in this Sabal algorithm which were investigated in this research. Changes in actual transpiration evaporation (the highest weight values about 0.85 mm and the lowest weight values about 0.16 mm). The obtained results showed that the SEBAL model has well predicted evaporation and transpiration in areas that have vegetation, mostly agriculture and gardens, so that the amount of water loss through evaporation has been predicted close to the values found in the eastern synoptic station of Isfahan (airport Shahid Beheshti) is registered.
ConclusionThe amount of error obtained in SEBAL calculation was 0.1%. The amount of real momentary evaporation and transpiration has been calculated in the range between 0.22 and 0.84 mm, according to the weather conditions of the region and the temperature of the air near the surface (27 to 50 degrees) and the amount of evaporation and transpiration recorded by the Penman-Monteith equation (30.0 mm in the east of Isfahan synoptic station), this value is in a reasonable range. Comparing the outputs of Sabal model with the amount of evaporation and transpiration obtained in the same station, which shows the root mean square error (RMSE) value of 0.1, indicates the suitability of this algorithm in calculating evaporation and transpiration in Segazi region. Considering the growing need of the country to prevent the wastage or excess consumption of water in the agricultural sector, either through changing the cultivation pattern or changing the irrigation methods, the application of the developed tool of the Sabal algorithm in this research can provide valuable information to the experts and managers of the water sector put agriculture. The results obtained from this implementation of this research showed that remote sensing has a good potential for estimating actual evapotranspiration (ETA) by having different algorithms such as SEBAL algorithm and minimum ground information.
Keywords: Cold pixel, Hot pixel, NDVI vegetation index, Surface albedo, Surface energy balance equation -
مارن به انواع رسوب مخلوط کربناته - سیلیکاته حاوی کانی های رسی و کربناته گفته می شود که در محیط های مختلف نهشته می شود. مارن های دریایی به عنوان نهشته های عمیق دریایی و پلاژیک عمدتا حاوی آهک اند؛ در حالی که مارن های قاره ای در محیط های رودخانه ای و حوضه های تبخیری تشکیل می شوند و حاوی گچ و نمک اند. تعاریف رسوب شناسی مارن و سنگ مارن به خوبی مشخص نشده است؛ بنابراین در بیشتر گزارش های علمی، نقشه های زمین شناسی تولیدشده و مقالات منتشرشده، ناهمگونی مشخصی در نام گذاری واحدهای رسوبی و سنگ شناسی با نام مارن وجود دارد. به همین منظور در این تحقیق با هدف تجدید نظر در نام گذاری و طبقه بندی رسوبی نهشته های مارنی، از واحدهای مختلف مارنی نوع قاره ای و دریایی نمونه برداری شد که شامل 99 نمونه از مناطق مختلف جنوب ورامین، جنوب حسن آباد، ایوانکی و پاکدشت از واحدهای مارنی قرمز بالایی (M1،M2،(M3، واحدهای قرمز زیرین (OLg،OLS)، واحدهای مارن ایوسن سازند کند (Ek)، واحد مارن پلیوسن (PlM)، واحد مارن سازند قم (OMq) و آبرفت های مارنی (QtM) است. دانه بندی و میزان درصد آهک و املاح نمکی موجود در مارن های منطقه اندازه گیری شد. در طبقه بندی به روش فولک، بیشتر نمونه ها در محدوده سیلت ماسه ای، گل ماسه ای، سیلت، گل، ماسه گلی و ماسه سیلتی قرار دارند. میزان آهک در نمونه های مارنی سازندهای دریایی مانند سازند قم نسبت به سازندهای مارنی قاره ای بالاتر است و حتی تا میزان 53/68% نیز می رسد؛ اما در سازندهای مارنی خشکی زاد منطقه شامل سازند قرمز زیرین و بالایی، دامنه تغییرات آن 1/5% تا 34/33% است که میانگین آن 98/20% است. در همین سازندها، میزان رس در دامنه 5/2% تا 49% متغیر است و میانگین رس در کل نمونه ها 49/25% است. براساس پارامتر هدایت الکتریکی (EC)، همگی دارای املاح نمکی بالا بودند و در زمره خاک های شور و بسیار شور طبقه بندی شدند. حضور نمک در سطح، آثار لکه های سدیمی و پف کردگی خاک سطحی، از دیگر شواهد شوری رسوبات شناسایی شد. نتایج طبقه بندی به روش Haldar و Tisljar هم موید این موضوع است که به جز یک نمونه مربوط به سازند کند که در محدوده مارن قرار گرفته است، عمده نمونهها در رده «سیلت سنگ های رسی کلسیت»، «سیلت سنگ آهکی رسی» و «رس سیلت آهکی» هستند و معدود از نمونه ها «رس سیلتی - آهکی» و «آهک سیلتی رسی» هستند. نسبت درصد ذرات تخریبی و شیمیایی در یک مارن، ملاک عمل در نام گذاری به روش پتی جان است که ممکن است از 35% تا 65% متغیر باشد. با توجه به اینکه مجموع درصد رس و آهک نمونه ها به 100درصد نمی رسد، بنابراین اطلاق نام مارن خالی از اشکال نیست؛ زیرا در نمونه ها به خصوص مارن های قاره ای، بخش شیمیایی منحصر به آهک نیست و املاح گچی و نمکی علاوه بر آهک نیز حضور دارند و در ضمن ازنظر بافتی، نمونه ها بیشتر سیلتی و گلی اند و اطلاق نام سیلت سنگ و گل سنگ های گچی - نمکی برای نهشته های مارنی قاره ای بررسی شده در این تحقیق مناسب تر تشخیص داده شد و بنابراین بازنگری در نام گذاری و طبقه بندی نهشته های مارنی کشور، امری اجتناب ناپذیر است.
کلید واژگان: دانه بندی, طبقه بندی مارن, مارن دریایی, مارن قاره ای, میزان آهک, میزان شوریMarl is a type of mixed carbonate–silicate sediment and contains clay and carbonate minerals deposited in different environments. The terms marl and marlstone are still imprecisely used in geology. I n this study, to revise the nomenclature and sedimentary classification of marl deposits, 99 samples were taken from different terrestrial and marine marl formations. The texture and percentage of carbonate and salt contents in the marls were measured. According to Folk's classification, the majority of the samples are in the range of sandy silt, sandy mud, silt, muddy sand, and silty sand. Based on the electric conductivity parameter (EC), all samples have a high content of salt and are classified in saline and very saline classes. The results based on the classification method of Haldar and Tisljar also confirm that most of the samples are in the category of "calcite clayey siltstone", clayey calcite siltstone, and “calcite-silt clay” and a few examples are "calcite – silt clay” and clayey- silt limestone, except for one sample of the Kond Formation, which is within the marl field. The main samples are not classified by the Pettijohn method and samples are mostly silty, and muddy and the name chalk-salt siltstone and mudstone were found to be more suitable for the terrestrial marl deposits under investigation in this research.
Keywords: Continental marl, Carbonate content, Marine marl, Marl Classification, Salinity -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و ششم شماره 4 (پیاپی 102، زمستان 1401)، صص 261 -280
آب زیرزمینی یکی از منابع مهم آبی به خصوص در مناطق خشک و نیمه خشک جهان مانند ایران بوده و در سال های اخیر به دلیل برداشت های بی رویه به شدت رو به کاهش رفته است. هدف این پژوهش تعیین بهترین مدل درون یابی و بررسی تغییرات زمانی و مکانی سطح آب زیرزمینی در دشت صحنه - بیستون استان کرمانشاه طی سه دهه بین سال های 1370 تا 1399 است. بدین منظور نخست چهار نیم تغییرنمای گوسی، خطی، کروی و توانی برای مشاهدات به دست آمد. در مرحله بعد بهترین نیم تغییرنما و روش میان یابی از بین روش های مورد بررسی برای پهنه بندی سطح آب زیرزمینی در منطقه انتخاب شد. به منظور ارزیابی و تعیین مناسب ترین نیم تغییرنما و روش میان یابی برای پهنه بندی، کمترین مقدار مجموع معیارهای خطای RMSE، MBE، MAE و بیشترین مقدار ضریب تعیین (R2) بین مشاهدات و برآوردها در هر سه دهه و میانگین کل دوره محاسبه و درنظر گرفته شد. نتایج نشان داد که روش کریجینگ معمولی با وریوگرام گوسی بهترین روش برای میان یابی عمق سطح آب زیرزمینی در دشت صحنه - بیستون است. اختلاف بین حداقل و حداکثر سطح ایستابی آب زیرزمینی بر مبنای چاه های مشاهده ای و مدل پهنه بندی به ترتیب بین 1279 تا 1372 متر و 1289 تا 1409 متر در دوره مورد بررسی است و با نزدیکی به نواحی مرکزی و جنوبی، سطح آب زیرزمینی در عمق بیشتری قرار می گیرد. بیشترین میزان کاهش و افزایش تغییرات سطح آب زیرزمینی در طول سه دهه نسبت به همدیگر به ترتیب 12 و 19 متر بوده است. همچنین تغییرات سطح آب زیرزمینی در طی این سه دهه نشان می دهد سطح تراز آب زیرزمینی در هر دو دهه دوم و سوم نسبت به دهه اول و دهه سوم نسبت به دهه دوم در بیشتر از 50 درصد منطقه افزایش یافته است. این موضوع می تواند ناشی از ترسالی و مدیریت بهینه برداشت آب زیرزمینی در این سال ها باشد. بنابراین نتایج پایش تغییرات آب زیرزمینی در سه دهه اخیر کمک موثری برای کارشناسان و بهره برداران در برنامه ریزی و مدیریت بهینه آب زیرزمینی به منظور توسعه پایدار منابع آبی را به همراه دارد.
کلید واژگان: دشت صحنه- بیستون, آب زیرزمینی, نیم تغییرنما, میان یابیGroundwater is always considered one of the important water resources, especially in arid and semi-arid regions of the world, such as Iran. In recent decades, it has decreased drastically due to excessive use. The objective of this study was to determine the best interpolation method and evaluation of the spatiotemporal variations for the groundwater level in the Sahneh-Biston plain of Kermanshah province during three decades from 1991 to 2020. At first, four Gaussian, linear, spherical, and power semi-variograms were obtained for observations. Then, the best semi-variogram and interpolation methods were selected among the evaluated methods for zoning the groundwater level in the region. The lowest value of the sum of RMSE, MBE, and MAE error criteria and the highest coefficient of determination (R2) between observations and estimates in all three decades and the average of the entire period were calculated and considered to evaluate the most appropriate semi-variogram and interpolation methods for spatial distribution. The results showed that the ordinary kriging method with Gaussian semi-variogram is the best method to estimate the groundwater level in the Sahneh-Biston plain. The average difference between the minimum and maximum groundwater levels based on the observation wells of the study area and the zonation method is from 1279 to 1372 meters and 1289 to 1409 meters during the studied period time, respectively. The groundwater level is placed in more depth with the proximity to the central and southern regions. The maximum decrease and increase of groundwater level variations have been 12 and 19 meters during three decades, respectively. Also, the underground water level variations during these three decades showed that both the second and third decades compared to the first decade and the third decade compared to the second decade have increased in more than 50% of the region. This increase can be caused by the optimum management and water use in these years. Therefore, groundwater level monitoring provides effective help for experts and users in planning and optimal management of groundwater for the sustainable development of water resources.
Keywords: Sahneh-Biston plain, Groundwater, Semi-variogram, Interpolation -
یکی از دشواری های آبخیز تحلیل رابطه های آماری و کمی عامل ها و ویژگی های تاثیرگزار بر تولید رسوب و هدررفت خاک است. هدف این تحقیق مدلسازی رابطه ی میان اندازه ی تولید بار معلق با عامل های مدل تجربی MPSIAC و اندازه ی بار معلق مشاهدهشده با ویژگیهای شکل زمین و ارتباط آن ها با تولید بار معلق در آبخیز است. حوزه ی رستمآباد استان ایلام با چهار زیرحوزه ی مشخص و مجهز به ایستگاه آب سنجی از حوزههای جنوبی استان ایلام به روش تصادفی ساده انتخاب شد. برای برآوردکردن اندازه ی تولید رسوب مدل تجربی به کار برده شد. آمار آب دهی و بار معلق چهار ایستگاه آب سنجی و 12 ایستگاه هواشناسی 30 سال از 1370 تا 1399 تهیه شد. اطلاعات گیتاشناسی زیرحوزه ها از نقشه های پستی بلندی محاسبه و ویژگی های شکل زمین زیرحوزه ها از مدل رقومی بلندی استخراج شد. با تحلیل عاملی و تحلیل خوشه یی، عامل ها و متغیرهای تاثیرگزار مشخص شد، و زیرحوزه ها رده بندی و به منطقه های همگن تقسیم کرده شد. برای بررسی همبستگی میان متغیرهای مستقل و وابسته، بهنجاربودن داده ها با آزمونهای شاپیرو-ویلک و کولموگروف-اسمیرنوف در نرم افزار اس پی اس اس انجام شد. برای تحلیل ارتباط میان عامل های مدل تجربی و متغیرهای شکلزمین با بار معلق هر زیرحوزه روش وایازی چندگانه به کار برده شد. نتیجه نشان داد که اندازه ی بار معلق تولیدشده با عامل زمینشناسی، کاربری زمین، وضعیت فعلی فرسایش در سطح آبخیز، فرسایش رودخانهیی و پستی بلندی حوزه همبستگی مثبت داشت و در تراز 0/001 معنی دار بود. اندازه ی بار معلق مشاهده شده با شاخص شیب، ضریب گردی، بارندگی، ناهمواری و مساحت حوزه همبستگی مثبت داشت و در تراز 0/001 معنی دار بود. برای تاثیرگزاری عامل ها و متغیرها بر اندازه ی بار معلق زیرحوزه ها روش تحلیل مولفه های اصلی و تحلیل خوشه یی به کار برده شد. کاربری حوزه 25/24% از پراش همه ی متغیرهای پژوهش را تبیین کرد. سه عامل کاربری حوزه، وضعیت فعلی فرسایش در سطح حوزه، و زمین شناسی، و دو سنجه ی ضریب گردی و شیب توانست 86% از پراش همه یی متغیرهای پژوهش را تبیین کند.
کلید واژگان: چندمتغیره, مولفه های اصلی, رسوب, وایازی, ویژگی شکل زمینAnalysis of statistical relationships and quantitative factors and parameters affecting the production of sediment and soil loss is one of the problems of the watershed. The purpose of this study is to model the relationship between sediment production rate using MPSIAC experimental model factors and observed sediment rate using geomorphic parameters and their relationship with sediment yield in the watershed. Rastamabad watershed of Ilam province was selected by a simple random method with four sub-watersheds identified and equipped with a hydrometric station from the southern basins of Ilam province. In this study, an experimental model was used to estimate the sediment yield. Flow and sediment data of four hydrometric stations and 12 meteorological stations from 1991 to 2020 for 30 years were prepared by the Regional Water Company and the General Meteorological Office of Ilam Province. Physiographic information of the sub-watersheds was calculated from topographic maps with a scale of 1.25000 and the geomorphic features of the sub-watershed were extracted from the digital elevation model. Using factor analysis and cluster analysis, influential factors and variables were identified and sub-domains were classified and divided into homogeneous regions. In order to investigate the correlation between independent and dependent variables, the data normality test was performed by Shapiro-Wilk and Kolmogorov-Smirnov tests in SPSS software. The statistical multiple regression method was used to analyze the relationship between experimental model factors and geomorphic variables with sediment yield of each watershed. The results showed that the sediment yield had a positive correlation with geological factors, land use, upland erosion, river erosion and topography of the watershed and was significant (P≤ 0.001). The amount of observed sediment had a positive correlation with slope, circulatory ratio, rainfall, topography, and area of the watershed and was significant (P≤ 0.001). In order to influence the factors and variables on the amount of sediment in the sub-watersheds, the method of principal component analysis and cluster analysis were used. The results showed that the land use explained 25.24% of the variance of all research variables. Finally, the three factors of land use, upland erosion, and geology, and two parameters of circulatory ratio and slope were explained at 86%. Of the variance of all research variables.
Keywords: Geomorphic properties, Main components, Multivariate regression, Sediment -
هدف این پژوهش الویت بندی عوامل موثر، پهنه بندی و ارزیابی حساسیت نسبت به رخداد زمین لغزش با استفاده از روشهای احتمالاتی دومتغیره حداکثر آنتروپی و دمپسترشفر در حوزه آبخیز دوآب صمصامی استان چهارمحال و بختیاری میباشد. بدین منظور پس از شناسایی، تهیه و آماده سازی نقشه 15عامل موثر بر رخداد زمینلغزش به عنوان متغیرهای مستقل و نقشه پراکنش زمینلغزش بهعنوان متغیر وابسته با استفاده از شاخص نسبت فراوانی (FR) و نقشه پراکنش زمینلغزشها در محیط ArcGIS®10.8 اقدام به وزندهی یا کمی کردن آنها گردید. دادههای پراکنش زمینلغزش به دو دسته داده آموزشی و آزمایشی با نسبت 70 و 30 درصد بهترتیب به منظور اجرا و اعتبارسنجی بصورت تصادفی تقسیم شدند. با استفاده از 15 عامل موثر و نقشه پراکنش زمین لغزشها مدلهای حداکثر آنتروپی و دمپسترشفر اجرا و نقشههای پهنهبندی حساسیت نسبت به رخداد زمینلغزش تهیه و هر کدام به پنج رده حساسیت از خیلیکم تا خیلیزیاد تقسیم شدند. ارزیابی دقت طبقهبندی و اعتبارسنجی مدلها به ترتیب از نمودار شاخصهای نسبت فراوانی-سطح سلول هسته (FR&SCAI) و سطح زیر منحنی ویژگی عملکرد گیرنده (AUC-ROC) استفاده گردید. با توجه به نتایج اجرای مدل حداکثر آنتروپی، عوامل بارش سالیانه، سنگشناسی، فاصله از جاده و آبراهه، به ترتیب بیشترین اهمیت را در رخداد زمینلغزشها دارند. در هر دو مدل، بیش از 50 درصد زمینلغزشها در رده های حساسیت زیاد و خیلی زیاد رخ داده اند. نهایتا نتایج اعتبارسنجی مدلها نشان داد مدل دمپسترشفر با شاخص AUC-ROC معادل 95/0 و دقت طبقه بندی با شاخص FR&SCAI بالاتر، کارآمدی و مطلوبیت بیشتری برای پهنه بندی، مدلسازی و پیشبینی رخداد زمین لغزشها در منطقه مورد مطالعه دارا میباشد.
کلید واژگان: زمینلغزش, منطقه دوآب صمصامی, پهنهبندی, حداکثر آنتروپی, دمپسترشفرThe aim of this study is to prioritize effective factors, landslide susceptibility zonation assessment using maximum entropy (MaxEnt) and dempster shafer models in Doab Samsami watershed of Chaharmahal and Bakhtiari province. For this purpose, 15 factor maps affecting landslide occurrence as independent variables and landslide distribution map as a dependent variable were prepared and weighted using frequency ratio index (FR) and landslide distribution map in the environment ArcGIS® 10.8 . In order to implementation and validation of models, landslide distribution data were randomly divided into two categories of training and test data in the proportion of 70 and 30%, respectively. Maximum Entropy (MAXENT) and Dempster Shaffer models are performed and landslide susceptibility zonation maps are prepared and each model is divided into five very low to very high. In order to evaluate the classification accuracy and validation of the models, the frequency ratio and seed cell area index (FR&SCAI) and the area under receiver characteristic curve (AUC-ROC) were used, respectively. According to the results of the maximum entropy model, annual precipitation factors, lithology, distance to road and drainage land use are important in landslide occurrence, respectively. According to landslide susceptibility zonation maps in both models, more than 50% of landslides occurred in high and very high susceptibility categories. Finally, the validation results of the models showed that the Demester shafer model with AUC-ROC index of 0.95 and classification accuracy with higher FR & SCAI index, greater efficiency and desirability for zoning, modeling and landslide prediction in the study area.
Keywords: Landslide, Doab Samsami watershed, Zonation, Maximum entropy, dempster shafer -
نشریه سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، سال سیزدهم شماره 1 (بهار 1401)، صص 62 -90پیشینه و هدف
لندفرم به هر عارضه فیزیکی سطح زمین با ساختار و شکل قابل تشخیص اطلاق می شود. عناصر لندفرمی و ساختارهای وابسته به فرم که بر روی سطح زمین قرار دارند، به صورت مستقیم و یا غیر مسیتقیم بسیاری از متغیرهای محیطی دیگر را کنترل می کنند. نمایش عددی سطح و الگوی ناهموار زمین، موضوعی مشترک در مطالعات جغرافیایی، ژیومورفولوژیکی، نقشه کشی مخاطرات زمین و ژیوفیزیک و همچنین اکتشافات کف دریا است. ترکیب علوم زمین و کامپیوتر به همراه ریاضیات و مهندسی ژیومورفومتری در تعامل با لندفرمهای گسسته و پیوسته قرار دارد. ژیومورفومتری به حدود 150 سال قبل و کارهای الکساندر فون همبلت و زمین ریخت شناسان برمی گردد و امروزه با انقلاب در علوم کامپیوتر و خصوصا مدل های رقومی کامپیوتری به شدت در حال توسعه است. تشخیص و طبقه بندی لندفرم ها یکی از اهداف توسعه دهندگان GIS، محققین علوم زمین و ژیومورفولوژیست ها است. در این مسیر، انتظار می رود که استخراج این واحدها با سرعت و دقت بیشتری انجام گرفته و نتایج به صورت نقشه های برداری و رستری ارایه گردد. رویکردهای موجود عمدتا بر اساس ارتفاع، مشتق سطح زمین، گرادیان، انحنا، جهت جریان، موقعیت شیب، نمایه های مورفومتریکی و مواردی از این قبیل قرار دارد. همچنین به چالش تناسب مقیاس تشخیصی با مقیاس لندفرمی کمتر توجه شده و بیشتر مدل ها دارای این نقیصه هستند. از طرف دیگر به امکان برداریسازی نتایج خروجی از مدل ها و همچنین به تحلیل حساسیت و پاسخ زمانی الگوریتم ها به پردازش های ماشینی کمتر توجه شده است. در این پژوهش با استفاده از الگوریتم های پایه ای آنالیز رستری و کدنویسی، روش ها و الگوریتم های جدیدی در تشخیص خودکار عوارض زمین ارایه گردیدهاست. همچنین آنالیز های رستری از نوع کانونی (Focal) مورد تاکید قرار گرفته است و از تکنیک پنجره متحرک به منظور پیاده سازی الگوریتم ها استفاده شده است. مواجه با چالش مقیاس، آنالیز حساسیت و پاسخ الگوریتم ها به تغییرات ورودی و نیز ارزیابی صحت نیز از جنبه های دیگری است که در این پژوهش به آن پرداخته شده است.
مواد و روش هادر این پژوهش از دادههای ارتفاعی سطحی (DSM) منتشر شده توسط آژانس فضایی ژاپن در ماه می و اکتبر 2015 با رزولوشن افقی در حدود 30 متر برای بررسی توپوگرافی منطقه، مورد استفاده قرار گرفت. این دادهها از تصاویر ماهواره ALOS به دست آمده است. این پایگاه بر اساس دادههای DSM (نسخه شبکه 5 متری) توپوگرافی سه بعدی از جمله دقیقترین دادههای ارتفاعی در مقیاس جهانی بهدست آمده است. مدل رقومی ارتفاعی در محیط کدنویسی پایتون به ساختار ماتریسی تبدیل شد. سپس ساختار آنالیز رستری با استفاده از تکنیک پنجره متحرک پیادهسازی گردید. الگوریتم پنجره متحرک به صورتی کدنویسی شد که ابعاد پنجره متحرک به صورت آزاد قابل تعیین و تغییر باشد. متناسب با اندازه پنجره متحرک، الگوریتم مواجه با اثر حاشیهای کدنویسی گردید تا تصحیح و سازماندهی اثر حاشیهای متناسب با اندازه پنجره متحرک، به صورت خودکار انجام گیرد. در گام بعدی سه الگوریتم تشخیص درجه شباهت به قلل در ساختارهای شبکه رستری تک باند با استفاده از مدلسازی الگوهای کرنلی انجام گرفت. هر سه الگوریتم قابلیت انطباق با تغییرات اندازه پنجره متحرک را داراست که از نقاط قوت این سه الگوریتم به حساب میآید. ابعاد سلولهای شبکه رستری و اندازه پنجره متحرک، فاکتورهای تغییر مقیاس در هر یک از این سه الگوریتم هستند. در نهایت حساسیت سنجی زمانی هر یک از این سه الگوریتم به نسبت تغییرات اندازه پنجره متحرک، تغییرات دقت مکانی شبکه رستری و تغییرات وسعت شبکه رستری انجام گرفت. تمامی پروسه به صورتی طراحی گردید که به سادگی قابلیت به کارگیری در یک نرم افزار رسمی را داشته باشد و به طور کامل با ساختار پردازش ماشینی هماهنگی و سازگاری داشته باشد در ضمن اتوماتیک بودن و قابلیت اجرا بر روی پلاتفرم های مختلف نیز از اولویت های ما در این بخش مورد نظر قرار داشت.
نتایج و بحثدر تشخیص خودکار قلل و خط الراس ها با استفاده از مدل رقومی زمین، از آنالیز الگوی مکانی کرنل استفاده شد. در این راستا سه الگوریتم پیشنهادی در این زمینه طراحی، طرح بندی، کدنویسی و اجرا گردید. نتایج خروجی از هر یک از الگوریتم ها به صورت ساختار های رستری و برداری ارایه شد. ارزیابی صحت و حساسیت سنجی به نسبت تغییرات اندازه پنجره متحرک، رزولوشن و وسعت شبکه رستری برای هر یک از الگوریتم ها انجام گرفت. الگوریتم MLMSR، در ابعاد پایین تر پنجره متحرک تمایل به تفکیک باینری داشته، در صورتی که الگوریتم های CMLSR و SPSR اینگونه عمل نمی کنند. در تمامی الگوریتم ها، افزایش ابعاد پنجره متحرک باعث کلی سازی نتایج و حذف جزییات می گردد. الگوریتم های CMLSR و SPSR به دلیل درجه استدراج بیشتر در تفکیک عوارض، برای مقاصد کارتوگرافیکی و نمایشی مناسب تر هستند. از لحاظ عملکرد زمانی یا حساسیت به تغییرات ورودی، الگوریتم SPSR عملکرد بهتری از خود نشان می دهد. این موضوع خصوصا در مواردی که حجم فایل ورودی پرحجم و تعداد سطر و ستون ها زیاد باشد، اهمیت بیشتری خواهد داشت. با توجه به نتایج اعتبارسنجی و ارزیابی صحت، الگوریتم MLMSR و سپس SPSR عملکرد بهتری داشته اند و الگوریتم CMLSR به نسبت سایر روش ها عملکرد ضعیف تری از خود نشان داده است. در طراحی و اجرای تمامی الگوریتم ها و نیز در بخش حساسیت سنجی و اعتبارسنجی، به طور گسترده از زبان برنامه نویسی پایتون استفاده شده است و مجموعا بیش از 500 خط کدنویسی بدین منظور انجام گرفت. تمامی الگوریتم ها به طور خودکار بوده و با استفاده از پردازش ماشینی قادر به اجرا و ذخیره سازی نتایج به فرمت رستر و بردار می باشند.
نتیجه گیرینتایج نشان می دهد که الگوریتم MLMSR، در ابعاد پایین تر پنجره متحرک تمایل به تفکیک باینری داشته، در صورتی که الگوریتم های CMLSR و SPSR اینگونه عمل نمی کنند. در تمامی الگوریتم ها، افزایش ابعاد پنجره متحرک باعث کلی سازی نتایج و حذف جزییات می گردد. الگوریتم های CMLSR و SPSR به دلیل درجه استدراج بیشتر در تفکیک عوارض، برای مقاصد کارتوگرافیکی و نمایشی مناسب تر هستند. از لحاظ عملکرد زمانی یا حساسیت به تغییرات ورودی، الگوریتم SPSR عملکرد بهتری از خود نشان می دهد. این موضوع خصوصا در مواردی که حجم فایل ورودی پرحجم و تعداد سطر و ستون ها زیاد باشد، اهمیت بیشتری خواهد داشت. با توجه به نتایج اعتبارسنجی و ارزیابی صحت، الگوریتم MLMSR و سپس SPSR عملکرد بهتری داشته اند و الگوریتم CMLSR به نسبت سایر روش ها عملکرد ضعیف تری از خود نشان داده است.
کلید واژگان: کرنل, الگوی همسایگی, تشخیص خودکار, خط الراسBackground and ObjectiveLandform refers to any physical feature of the surface with a recognizable structure and shape. Landform elements and structural forms of the terrain surface could, directly and indirectly, drive many other environmental variables. Numerical representation of the surface and uneven pattern of the earth is a common topic in geographical, geomorphological, geological, and geophysical hazard mapping as well as sea-bed exploration. The combination of the earth and computer science with mathematics and geomorphometric engineering interacts with discrete and continuous landforms. Geomorphometry dates back to about 150 years ago and the work of Alexander von Humboldt and geomorphologists, and today with the revolution in computer science and especially digital computer models is developing rapidly. Detection and classification of landforms are of interest to GIS developers, geoscientists, and geomorphometry researchers. In this way, the desired work units are extracted with higher speed and accuracy and used in the form of vector and raster maps. Existing approaches are mainly based on height, terrain derivative, gradient, curvature, flow direction, slope position, morphometric indices, and the like. Also, less attention has been paid to the challenge of matching the diagnostic scale with the Landform scale, and most models have this shortcoming. On the other hand, less attention has been paid to the possibility of vectorization output results and also to the analysis of sensitivity and temporal response algorithms to machine processing. In this research, we attempted to recover and resolve the mentioned shortcoming and problems in the previous works. In this research, using basic algorithms of raster analysis and coding, new methods and algorithms for the automatic detection of landforms have been developed. Focal raster analysis is also emphasized and the moving window technique is used to implement the algorithms. Facing the scale challenge, sensitivity analysis, and the response algorithms to input changes as well as accuracy assessment are other aspects that have been addressed in this research.
Materials and MethodsIn this study, the Digital Surface Model (DSM) published by the Japan Space Agency in May and October 2015 with a horizontal resolution of about 30 meters was used to work on the topography of the region. These data are obtained from ALOS satellite images. This database is based on DSM data (5m network version) 3D topography, one of the most accurate elevation data on a global scale. The digital elevation model was transformed into a matrix structure using a Python coding environment. Then, raster analysis was implemented using the moving window technique. The moving window algorithm was coded in a way that the dimensions of the moving window could be freely determined and changed. In proportion to the size of the moving window, some adaptive algorithms are implemented to automatically correct and organize the edge effect in proportion to the size of the moving window. In this study, automatic landform detection was performed using spatial analysis of kernel patterns in the raster grid of digital elevation models and the results were presented in the form of three algorithms applied in the detection of topographic peaks and ridges. These algorithms include Multilevel Mean Summit Recognition Algorithm (MLMSR), Complex Multilevel Summit Recognition Algorithm (CMLSR), and Single Point Summit Recognition (SPSR). Each of these three algorithms was first conceptually designed and then coded and executed using the Python programming language. In the next step, the sources of error and specific scenarios of the algorithms were examined. The sensitivity of each algorithm related to the dimensions of the moving window, the resolution, and the size of the raster file, was evaluated, and finally, the accuracy and validation of the three models, using reference layers that were manually prepared and plotted, were assessed. All the procedures were designed in a way that could easily be implemented in an official software and were completely compatible with the structure of machinery processing. Also, being automatic and working on different platforms where one of our priorities.
Results and DiscussionIn the automatic detection of peaks and ridges using a digital terrain model, kernel spatial pattern analysis was used. In this regard, three proposed algorithms in this field were designed, coded, and executed. The output results of each of the algorithms were presented in the form of a raster and vector data model. Accuracy and sensitivity assessments were performed by considering changes in moving window size, resolution, and raster grid size (row x column) for each of the algorithms. The MLMSR algorithm tends to be in a more binary result in the lower dimensions of the moving window, while the CMLSR and SPSR algorithms do not. In all algorithms, increasing the size of the moving window causes a more generalization ratio. CMLSR and SPSR algorithms are more suitable for cartographic and visual purposes due to the higher degree of grading in the results. Regarding the temporal performance (Runtime) or sensitivity to input changes, the SPSR algorithm performs better. This is especially important when the input file size (number of rows and columns) is large. According to the results of validation and accuracy evaluation, MLMSR and SPSR had better performance than, the CMLSR algorithm. Python programming language has been widely used in the design and implementation of all algorithms, as well as in the field of sensitivity evaluation and validation. Totally more than 500 lines of codes were done for this purpose. All algorithms are automated and are able to execute and store results in raster and vector format using machine processing.
ConclusionThe results show that the MLMSR algorithm in smaller dimensions of the moving window is tending to more binary results, which is problematic in some graphical and cartographic applications, but the CMLSR and SPSR algorithms showed more gradual trends in their outputs and so, they performed better in this respect. Researchers who intend to study and develop in this field are advised to focus on adaptive algorithms and optimize the dimensions of the moving window in relation to the volume of input information and so, in this way, they increase the flexibility of algorithms in relation to input changes.
Keywords: Kernel, Neighborhood pattern, Automatic detection, Ridgeline -
زمین لغزش از جمله خطرهای زمینشناسی است که امروزه روشهای داده کاوی مبتنی بر یادگیری ماشین برای مدلسازی و پیش بینی آن توسعه داده شده است. هدف های این پژوهش اولویت بندی عامل های موثر، پهنهبندی و پیشبینی حساسیت به رخ داد زمینلغزش با مدلهای شبکه ی عصبی مصنوعی و جنگل تصادفی، و معرفی مناسبترین آنها در منطقه ی دوآب صمصامی استان چهارمحال و بختیاری است. برای پهنه بندی و مدلسازی از 15 عامل زمین شناسی، ریخت شناسی، آب شناسی، انسانساخت (متغیرهای مستقل) و 174 رخ داد زمینلغزش شناسایی و ثبت شده (متغیر وابسته) بهره گیری شد. رخ دادهای زمینلغزش به دو دسته ی داده ی آموزشی (70%) و آزمایشی (30 %) برای مدلسازی و اعتبارسنجی به شکل تصادفی تقسیم شد. ارتباط میان عامل های موثر و رخ دادهای لغزشی با نسبت فراوانی کمی و وزندار شد. برای کاهش اثر همپوشانی اطلاعاتی عامل های موثر، با تحلیل وایازی چندمتغیره ی خطی، استقلال دادهها آزموده شد. برای مدلسازی و پهنهبندی حساسیت زمین لغزش، مدلهای جنگل تصادفی و شبکه ی عصبی مصنوعی برازش و توسعه داده شد. نقشه های پهنه بندی حساسیت به دست آمده از برازش دو مدل با شاخصهای نسبت فراوانی-سطح سلول هسته، نرخ توفیق، و سطح زیر منحنی ویژگی عمل کرد گیرنده (AUC-ROC) ارزیابی، اعتبارسنجی و مقایسه کرده شد. نتیجه های بررسی عامل های موثر در هر دو مدل نشان داد که عامل های سنگ شناسی، کاربری و وجه شیب تاثیر بسزایی در رخ داد زمین لغزشها دارند و بخش زیادی (بیش از 82%) از زمینلغزشها در رده های حساسیت خیلیزیاد و زیاد قرار می گیرند. نتیجه ارزیابی طبقه بندی و اعتبارسنجی مدلها نشان داد که دقت و کارآمدی مدل جنگل تصادفی (0/919=AUC-ROC) در پیشبینی رخ داد زمین لغزشها بیش تر از شبکه ی عصبی مصنوعی (0/845=AUC-ROC) است. نتیجه های این پژوهش ممکن است برای بهره گیری دستگاه های اجرایی در مدیریت و برنامه ریزی کردن طرح های توسعه یی و اجرایی عمرانی، توسعه ی شهری، و روستایی، برآورد دقیق تر در مدل های فرسایش و رسوب در آبخیزها، حفاظت خاک و عرصه های منابع طبیعی کشور سودمند باشد.
کلید واژگان: پهنهبندی, جنگل تصادفی, دوآب صمصامی, زمینلغزش, شبکه ی عصبی مصنوعیNowadays, landslides are among the geological hazards that data mining methods based on machine learning have been developed to model and predict. This paper addresses the development of a landslide susceptibility assessment that uses machine learning techniques and GIS. Artificial Neural Network (ANN) and Random Forest (RF) were compared for the landslide spatial modeling. The landslide susceptibility zoning maps consider 15 layers including geologic, morphologic, hydrologic, man-made parameters (independent variables) for landslide susceptibility assessment, and Doab Samsami watershed in Chaharmahal Bakhtiari province was chosen for the application of models due to data availability and the 174 total landslide occurrences (dependent variables). The relationship between effective factors and landslide occurrences was quantified and weighted using frequency ratio. Data independence was tested using linear multivariate regression analysis, tolerance, and VIF indices. In order to implement and validate the model, the landslide locations were randomly divided into two subsets, namely, training (70% of the total) and testing (30%), respectively. Subsequently, RF and ANN models were developed and the landslide susceptibility zonation map was produced. Maps were evaluated and validated using frequency ratio & seed cell area index, success rate, area under of receiver Operating characteristic (AUC-ROC). Results illustrated that the two factors of slope length and topographic wetness index have multicollinearity or information overlap and were removed from the modeling process in later stages. Effective factor analysis in both models showed that lithology, land use, and aspect slope factors had a significant effect on landslides, respectively. Also, the results of classification and validation of models showed that the random forest (RF) model (AUC-ROC = 0.919) was more accurate and efficient than the artificial neural network (AUC-ROC = 0.845) for landslide occurrence prediction. The results of this study can be used by executive administrations for management and planning in development and executive plans, including rural-urban development, accurate estimation in erosion models in watersheds, soil conservation, and natural resources protection.
Keywords: Artificial Neural Network, Doab Samsami, Landslide, random forest, zonation -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و پنجم شماره 2 (پیاپی 96، تابستان 1400)، صص 151 -174
شناسایی مناطق حساس و مستعد فرسایش خندقی با استفاده از مدل های آماری و همچنین استفاده حداکثری از داده ها و اطلاعات موجود با صرف هزینه و زمان کمتر و دسترسی به دقت بیشتر از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد. هدف این پژوهش تعیین مناطق حساس به فرسایش خندقی و تهیه نقشه حساسیت نسبت به آن با استفاده از داده کاوی روش های آماری دو متغیره دمپسترشفر و چندمتغیره خطی و تلفیق آنها به منظور ارتقاء قابلیت ها و مرتفع نمودن معایب آنها در حوزه آبخیز سمیرم در جنوب استان اصفهان میباشد. بدین منظور با استفاده از نقشه پراکنش مکانی 156 خندق و14 پارامتر موثر در رخداد خندق، مقادیر شاخص ضریب تحمل (TOL) و فاکتور تورم واریانس (VIF) آزمون همخطی چندگانه (Multicollinearity) عوامل موثر تعیین شدند. مدل سازی و اعتبارسنجی به ترتیب با استفاده از نسبت 70 و 30 درصد خندق های شناسایی شده انجام شد. نقشه های حساسیت تهیه شده به 5 طبقه حساسیت خیلی کم تا خیلی زیاد تقسیم شدند. شاخص سطح سلول هسته (SCAI) و سطح زیر منحنی ویژگی عملگر گیرنده (AUC-ROC) به ترتیب به منظور تعیین آستانه های طبقات و اعتبارسنجی نقشه های پهنه بندی حساسیت مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج روش رگرسیون چند متغیره نشان داد که پارامترهای کاربری اراضی، شیب و فاصله از آبراهه بیش ترین تاثیر را در رخداد خندق داشته اند. مدل تلفیقی با AUC-ROC معادل 0/942، نسبت به مدل های نظریه شواهد دمپسترشفر (0/924) و رگرسیون چند متغیره (0/864) از دقت بیشتری برخوردار میباشد. همچنین مقدار SCAI در مدل تلفیقی از رده های حساسیت خیلی کم به خیلی زیاد دارای روند نزولی میباشد که بیانگر تفکیک مناسب رده بندی حساسیت در این مدل می باشد.
کلید واژگان: پهنه بندی, حساسیت, حوضه پایاب سمیرم, خندق, رگرسیون چندمتغیره, دمپسترشفر, عدم قطعیتDelineation of gully erosion susceptible areas by using statistical models, as well as optimum usage of existing data and information with the least time and cost and more precision, is important. The main objective of this study is to determine the areas accuracy to gully erosion and susceptibility mapping by using data mining of the bivariate Dempster-Shafer, linear multivariate statistical methods and their integration in Semirom watershed, southern Isfahan province. First, the geographical location of a total of 156 randomly gullies were mapped using preliminary reports, satellite imagery interpretation and field survey. In the next step, 14 conditioning parameters of the gullies in the study area were selected including the topographic, geomorphometric, environmental, and hydrologic parameters using the regional environmental characteristics and the multicollinearity test for modeling. Then, the Dempster-Shafer statistical, linear regression, and ensembled methods were developed using 70% of the identified gullies and 14 effective parameters as dependent and independent variables, respectively. The remaining 30% of the gully distribution dataset were used for validation. The results of the multivariate regression model showed that land use, slope and distance to drainage network parameters have the most significant relation to gully occurrence. The gully erosion susceptibility maps were prepared by individual and ensemble methods and they were divided to 5 classes of very low to very high rate. The area under the curve (AUC) of the receiver operating characteristic (ROC) curve was used to validate gully erosion susceptibly maps. The verification results showed that the AUC of ensemble method (0.948) is higher than Dempster-Shafer (0.924) and Multivariate regression (0.864) methods. Also, the the seed core area index (SCAI) value of the ensembled model from very low to very high susceptible classes have a decreasing trend that indicating a proper separation of susceptible classes by this model.
Keywords: Zonation, Susceptibility, Semirom riffle, Gully, Multivariate regression, Dempster-Shafer, Uncertainty -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و پنجم شماره 1 (پیاپی 95، بهار 1400)، صص 105 -127
امروزه پایش و مطالعه فرونشست زمین به عنوان پدیده ای هیدروژیومورفولوژی به علت برداشت بی رویه آب از آبخوان های کشور ضروری است. در این پژوهش نرخ فرونشست سطح زمین در آبخوان نجف آباد اصفهان با استفاده از پردازش تداخل سنجی راداری تفاضلی (DInSAR) دادههای سنجندههای ASAR و PALSAR تعیین و توسط مقایسه با داده های ترازیابی و افت سطح آب زیرزمینی اعتبارسنجی شده است. پردازش داده های رقومی ماهوارهای راداری سنجنده ASAR میزان فرونشست زمین در دشت نجف آباد را با نرخ متوسط سالیانه 6/7 سانتی متر و در مجموع 41 سانتی متر در مدت 6 سال برآورد کرده و پردازش داده های سنجنده PALSAR نرخ سالیانه 7/7 سانتی متر و درمجموع 30 سانتی متر فرونشست در مدت 4 سال را نشان میدهد. بیشترین جابه جایی های رخ داده مربوط به شهرهای تیرانچی، کوشک، قهدریجان، گلدشت و فلاورجان است که داده های ترازیابی دقیق نیز آن را تایید میکند. داده های سطح آب زیرزمینی آبخوان نجف آباد همزمان با دوره زمانی اخذ داده های تصاویر ماهوارهای راداری در بین سال های 1381 تا 1393 میزان افت سطح آب زیرزمینی را بین 0/5 تا 46/5 متر در منطقه جنوب، شرق تا شمال شهر نجف آباد متناسب با مناطق برآورد فرونشست زمین نشان می دهد. به طور کلی داده های راداری سنجنده PALSAR در پردازش به روش DInSAR از دقت مکانی و کیفیت مناسبتری برخوردار هستند. نتایج حاصل از داده های ماهوارهای راداری مذکور در زمینه تهیه نقشه پهنه بندی خطر، پیشبینی و روند فرونشست زمین از نظر رخداد مکانی می تواند به طور مستقیم مبنای مدیریت و برنامه ریزی برای الویت بندی اقدامات کنترلی و پیشگیرانه قرار گیرد.
کلید واژگان: فرونشست زمین, آبخوان نجف آباد, تداخل سنجی راداری, ترازیابی, ASAR, PALSARLand subsidence as a hydrogeomorphology event is currently occurring dangerously in many plains of the country due to uncontrolled groundwater extraction from water bearing layers, and accordingly monitoring and studying this phenomenon seems to be necessary. In this study, land subsidence rate of the Najafabad aquifer was determined through the Differential Radar Interferometry (DInSAR) processing of the ASAR and PALSAR radar data and the results were validated by comparying with the differential leveling and groundwater level drowdown data. Processing of the ASAR sensor data estimates the land subsidence in the Najafabad plain at an average annual subsidence rate of 6.7 cm and a total of 41 cm during 6 years period and processing of the PALSAR data suggests an annual rate of 7.7 cm and total subsidence of 30 cm during 4 years period. Most of the occured displacements are related to the Tiranchi, Koushk, Ghahderijan, Goldasht and Falavarjan cities. The simultaneous groundwater level data with acquisition date of the radar satellite images between 2002 and 2014 shows a drawdown ranging from 0.5 to 46.5 meters in the south and east to north of the Najafabad city consistent with the estimated land subsidence areas.The DInSAR processing of the PALSAR data has led to a more accurate results with higher spatial resolution. Results of the radar data processing can be employed for the hazard zonation directly utilized for management and planning of control and preventive measures.
Keywords: The Najafabad aquifer, Land subsidence, Radar interferometry, Differential leveling, ASAR, PALSAR -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و چهارم شماره 3 (پیاپی 93، پاییز 1399)، صص 269 -289
انتخاب تابع توزیع مناسب و تخمین پارامترهای آن دو گام اساسی در برآورد دقیق تناوب سیلاب است. در این مقاله برای بهبود تخمین پارامترهای توابع توزیع، از مفهوم بهینه سازی الگوریتم فرا ابتکاری استفاده شده است. هدف از این مقاله استفاده از الگوریتم کلونی زنبور عسل (ABC) در راستای برآورد پارامترهای توابع توزیع رایج در تخمین سیلاب است. در این راستا از سه آماره برازندگی، ضریب همبستگی، ضریب تشخیص و مجذور میانگین مربعات خطا، برای مقایسه عملکرد این الگوریتم با روش های متعارف تخمین پارامتر، حداکثر درست نمایی(ML)، گشتاورها (MOM) و گشتاور وزنی احتمال (PWM)، استفاده شده است. منطقه مورد مطالعه حوضه آبخیز بابل رود در حاشیه جنوبی دریای مازندران است که دارای سوابق وقوع سیلاب است. تعداد شش ایستگاه هیدرومتری دارای آمار مشاهداتی دبی حداکثر سیلاب در منطقه شناسایی و داده های آنها در تحلیل تناوب سیل شش تابع توزیع نرمال، گمبل، گاما، پیرسون نوع 3، مقادیر حد و لجستیک مورد استفاده قرار گرفت. مقایسه عملکرد روش های ABC، ML، MOM و PWM در برآورد سه آماره برازندگی نشان می دهد که تابع توزیع پیرسون نوع 3 دارای بیشترین مقدار میانگین ضریب همبستگی (0/97) با کمترین دامنه تغییرات (0/05-0/04) و تابع توزیع گاما دارای بیشترین مقدار ضریب تشخیص (0/93) با کمترین دامنه تغییرات (0/10) و همچنین کمترین مقدار مجذور میانگین مربعات خطا (8/61) با کمترین دامنه تغییرات (14/33) است. درنهایت با جمع بندی نتایج به دست آمده است می توان نتیجه گرفت که الگوریتم کلونی زنبور عسل عملکرد بهتری (مقادیر بالاتر ضریب همبستگی و ضریب تشخیص و مقدار کمتر مجذور میانگین مربعات خطا) از سایر روش های رایج در تخمین پارامترهای توابع توزیع مطالعاتی در منطقه دارد.
کلید واژگان: تناوب سیل, تخمین پارامتر, الگوریتم فرا ابتکاری, الگوریتم کلونی زنبور عسلSelection of the appropriate distribution function and estimation of its parameters are two fundamental steps in the accurate estimation of flood magnitude. This study relied on the concept of optimization by meta heuristic algorithms to improve the results obtained from the conventional methods of parameter estimation, such as maximum likelihood (ML), moments (MOM) and probability weighted moments (PWM) methods. More specifically, this study aimed to improve flood frequency analysis using the Artificial Bee Colony algorithm (ABC). The overall performance of this algorithm was compared to the conventional methods by employing goodness of fit statistics, correlation coefficient (CC), coefficient of efficiency (CE) and root mean square error (RMSE). The study area, Babolrood catchment located in southern bank of Caspian Sea, has been subjected to annual flooding events. A total of 6 hydrometry stations in the study area were delineated and their data were used in the analysis of 6 distribution functions of Normal, Gumbel, Gamma, Pearson Type 3, General Extreme Value and General Logistic. This analysis indicated that Gamma and Pearson Type 3 were the most appropriate distribution functions for flood appraisal in the study area, according to the ABC and conventional methods, respectively. Also, the results showed that ABC outperformed ML, MOM and PWM; so, Gamma could be recommended as the most reliable distribution function for flood frequency analysis in the study area.
Keywords: Flood frequency, Parameter estimation, Metaheuristic algorithm, Artificial bee colony -
دشت سگزی از مناطق بیابانی کشور است که به دلیل هموار بودن و وجود خاک های حساس به فرسایش ، استعداد فراوانی برای فرسایش بادی دارد. هدف این پژوهش، بررسی امکان استفاده از شورابه های دشت سگزی و تاثیر آن بر خصوصیات مقاومتی خاک، تشکیل سله های سطحی و پایداری آن در برابر فرسایش بادی می باشد. برای انجام این پژوهش، پنج نمونه خاک با بافت های متفاوت از سطح خاک جمع آوری و همراه با شورابه برداشت شده از زهکش های منطقه به آزمایشگاه منتقل و پس از تعیین برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نمونه ها، به منظور بررسی امکان استفاده از شورابه در کنترل فرسایش بادی، برای ایجاد بادهایی با سرعت و زمان مشخص از دستگاه تونل باد استفاده شد. نمونه بافت خاک، با پاشش نسبت های متفاوت (شورابه به آب) بر سطح آن ها مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا، پارامترهایی مانند شوری، سرعت آستانه فرسایش تیمارها پس از خشک شدن، ضخامت، مقاومت و تراکم سله های تشکیل شده اندازه گیری و میزان خاکدانه ای شدن سله ها مشخص شد. نتایج نشان می دهد که با افزایش شوری محلول ها، تراکم و ضخامت سله تشکیل شده، سرعت آستانه فرسایش در مدل انجام شده، افزایش می یابد. تجزیه واریانس داده ها، برای بررسی تاثیر بافت، شوری شورابه، ضخامت سله و سرعت آستانه بر کنترل فرسایش بادی، اختلاف معنی دار در سطح یک درصد را نشان داد. نمونه C با بیشترین درصد ریزدانه و مجموع یون های کلسیم و منیزیم برای هماوری ذرات، دارای سرعت آستانه 11 متر بر ثانیه و نمونه E با کمترین درصد ریزدانه و مجموع یون های کلسیم و منیزیم دارای سرعت آستانه 6.23 متر بر ثانیه بود. سرعت آستانه فرسایش بادی نمونه های D ،A و B نیز به ترتیب با کاهش میزان ذرات ریزدانه کاهش یافت. وجود مقدار زیاد سدیم از نظر علمی و کاربردی محدودیت هایی در امکان استفاده از شورابه به عنوان مالچ ایجاد می کند، ولی نتایج نشان می دهد که کاربرد شورابه برای افزایش تراکم جاده های خاکی می تواند نتیجه بخش باشد.
کلید واژگان: تثبیت گرد و غبار, تراکم خاک, تونل باد, جاده های خاکی, سلهEast of Isfahan City, especially around Segzi Plain is one of the desert areas of the country that due to the flatness and soils sensitivity to wind erosion, there is high susceptibility to wind erosion. The aim of this study is to evaluate the possibility of using saline water of Segzi Plain and its effect on the soil strength properties, crust formation and its stability against wind erosion. In order to conduct this research, five soil samples with different textures were collected from top soil surface and were transferred to the laboratory along obtained saline water sample from surface aquifer. After determining some of the physical and chemical properties of samples, they were examined in wind tunnel with specified velocity for soil erosion tests. The first soil sample was flooded with saline water and the rest were treated with either spraying of undiluted saline water or spraying of diluted saline water with 2 to 1, 1 to 1 and 1 to 2 ratios of saline water to water. In this regard, parameters such as salinity of saline water, erosion threshold velocity of dried treated soil samples, maximum dry density, thickness, strength and sieve analysis of the crusts were determined. The results indicated that, as the salinity of saline water increases, the strength, thickness and maximum dry density of forming crust and wind erosion threshold velocity also increases in the model. Analysis of variance used to investigate the effects of soil texture, salinity of saline water, crust thickness and threshold velocity to control wind erosion showed significant difference in 1% level. Sample C1 with the highest percentage of fine grains had threshold velocity of 11 m.s-1, but sampleE1 with the lowest percentage of fine grains had threshold velocity 6.23 m.s-1. The presence of a high amount of sodium makes restrictions on the possibility of using saline water as mulch scientifically and practically but the results showed that the use of saline water can increase the density of dirt roads.
Keywords: Consolidation dust, Crust, Dirt roads, Soil compaction, Wind tunnel -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و سوم شماره 4 (پیاپی 90، زمستان 1398)، صص 411 -427
مدیریت منابع آبی مستلزم ارزیابی دقیق ذخایر آبی و میزان دسترسی به آن در هر منطقه و شناخت فرایندهای محیطی حاکم بر این منابع است. بنابراین هدف اصلی در این مقاله شناسایی زونهای بالقوه ذخیره آبهای زیرزمینی با استفاده از روش فرایند تحلیل سلسله مراتبی فازی FAHP، تهیه نقشه پهنهبندی و ارزیابی آن است. بر این اساس نقشههای موضوعی مانند ژیومورفولوژی، تراکم زهکشی، تراکم خطواره، شیب و کاربری اراضی برای تجزیه و تحلیل FAHP آماده و وزن لایههای انتخاب شده با استفاده از روش FAHP محاسبه شد. درنهایت نقشه پهنهبندی بالقوه آبهای زیرزمینی به پنج اولویت ضعیف، متوسط، خوب، بسیار خوب و عالی ردهبندی شد. از آنجا که تعداد و تراکم چاهها و چشمههای موجود در محدوه مورد بررسی بیانگر پتانسیل ذخیره آب زیرزمینی مناطق است، بنابراین از منحنی ویژگی عملگر نسبی یا گیرنده (ROC) با به کارگیری نقشه پراکنش نقاط چشمه به عنوان پتانسیل بالفعل منابع آب زیرزمینی برای ارزیابی صحت و اعتبارسنجی آن استفاده شد. نتایج نشان داد مساحت الویتهای پتانسیل منابع آب زیرزمینی به ترتیب الویت از اول یا بسیار خوب (7/37 کیلومترمربع)، دوم یا خوب (55 کیلومترمربع)، سوم یا متوسط (40 کیلومترمربع)، چهارم یا ضعیف (107 کیلومترمربع) و الویت پنچم یا بسیار ضعیف (4/98 کیلومترمربع) به عنوان مناطق پیشنهادی مشخص شدند.
کلید واژگان: ارزیابی, پهنه بندی, آب زیرزمینی, وزن دهی, FAHPWater resources management depends on the precise assessment of water storage and access in each region, as well as environmental interactions of these resources. The man objective of this study was to delineate the potential zones of groundwater storage using FAHP. Mapping and assessment of it required maps of geomorphology, drainage, density, lineament density, slope and vegetation, which were initially prepared as the input layers in FAHP; the appropriate weights were attributed to them based on FAHP. Potential zones of ground water were classified into five classes of poor, average, good, very good and excellent. The number and density of available wells and springs in the study area dealt with the potential of the region for groundwater storage. So, ROC was used to assess the validation of results, considering spring points as signs of water resources. According to the results, classes of very good, good, average, weak, and very weak were ranked as the first to the last in terms of privilege order with an area of 37.7, 55, 40, 107, and 98.4 square kilometers, respectively.
Keywords: Prioritization, Groundwater, Weighting, AHP -
شناسایی مناطق در معرض فرونشست و برآورد نرخ آن نقش مهمی در مدیریت کنترل این پدیده دارد. تکنیک تداخل سنجی تفاضلی راداری با دقت بالا از مناسب ترین روش های شناسایی و اندازه گیری میزان فرونشست می باشد. در این پژوهش، به منظور شناسایی و اندازه گیری فرونشست در دشت مهیار از تکنیک تداخل سنجی تفاضلی راداری در بازه زمانی 2004 تا 2010 استفاده شده است. بدین منظور تعداد هشت زوج تصویر سری زمانی از سنجنده ASAR در نوار C راداری، در عبور صعودی به کار گرفته شد. روش مورد استفاده در این پژوهش مبتنی بر روش آزمایشگاهی-پیمایشی است. به منظور صحت سنجی روش از داده های پیمایشی، نقشه های کاربری اراضی، زمین شناسی و اطلاعات چاه های مشاهده ای در منطقه استفاده شد. طبق نتایج بیشینه نرخ متوسط فرونشست سالانه در منطقه حدود 6.4 سانتی متر در سال برآورد شده است. نتایج نشان داد که بیشترین میزان فرونشست در مناطق تحت کشت و در نتیجه استحصال بیش از حد آب و فرونشست سطح سفره آب های زیرزمینی رخ داده است. رابطه بین فرونشست و مقدار تغییرات سطح چاه پیزومتری نشان داد که به ازای هر دو سانتی متر افت سطح چاه پیزومتری، دشت دچار 0.384 سانتی متر فرونشست خواهد شد.کلید واژگان: استان اصفهان, چاه پیزومتری, روش آزمایشگاهی-پیمایشی, سنجنده ASAR, صحت سنجیIdentification of areas that prone to subsidence and estimation of its rate plays an important role in the control management of this phenomenon. Differential interferometry radar technique (D-InSAR) with very high accuracy is one of the most suitable ways for identify and measure the rate of subsidence. In this study, to identify and measure the subsidence in Mahyar Plain differential radar interferometry techniques have been used in the period of 2004 to 2010. For this purpose, eight pair images of time series were used from ASAR sensor in C-band radar in ascending passage. The method used in this study is based on laboratory-field surveys. For validation of technique, survey data such land use and geology maps and data of observation wells in the region were used. As a result, maximum rate of annual subsidence in the area was 6.4 cm yr-1. Also, results showed that the highest amount of subsidence occurred in areas under cultivation and due to excess extraction of groundwater and subsidence of aquifer surface. The rate of subsidence was obtained 0.384 cm for each two cm drop of water table according to the relationship between subsidence and the changes of piezometric wells surface.Keywords: ASAR sensor, Isfahan province, Laboratory-field survey method, Piezometric well, Validation
-
امروزه تامین آب به منظور تحقق اهداف توسعه پایدار یکی از مهم ترین دغدغه ها و چالش ها در بیشتر کشورهای جهان است. به همین دلیل تعیین مناطق دارای پتانسیل آب زیرزمینی، از ابزارهای مهم در حفاظت، مدیریت و بهره برداری از منابع آب به شمار می رود. هدف این پژوهش تهیه و ارزیابی نقشه پتانسیل چشمه های آب زیرزمینی در شهرستان نهاوند، در استان همدان با استفاده از مدل وزن شاهد و ترکیب آن با رگرسیون لجستیک است. بدین منظور عوامل زاویه شیب، وجه شیب، طول شیب، ارتفاع، انحنای سطح، انحنای آبراهه، شاخص رطوبت توپوگرافی، شاخص توان آبراهه، فاصله از گسل، تراکم گسل، فاصله از آبراهه، تراکم زهکشی، سنگ شناسی و کاربری اراضی به عنوان عوامل موثر بر پتانسیل آب زیرزمینی شناسایی و در نرم افزار ArcGIS رقومی و تهیه شدند. پس از تهیه نقشه پتانسیل آب های زیرزمینی با این دو مدل، از سطح زیر منحنی (AUC) منحنی تشخیص عملکرد نسبی (ROC) برای ارزیابی نتایج استفاده شد. از 273 چشمه معرفی شده در این پژوهش، 191 چشمه (70 درصد) برای اجرای مدل ها (تهیه نقشه پتانسیل آب زیرزمینی) و 82 چشمه (30 درصد) برای ارزیابی مدل استفاده شد. نتایج اعتبارسنجی نشان داد مدل تلفیقی وزن شاهد- رگرسیون لجستیک (5/82 درصد AUC=) نسبت به مدل وزن شاهد (4/80 درصد AUC=) کارایی بهتری در شناسایی مناطق مستعد آب زیرزمینی دارد لذا مدیرن و برنامه ریزان اجرایی به منظور پی جویی محل های مناسب با پتانسیل بالای آب زیرزمینی در مطالعات نیمه تفصیلی خود از نتایج این پژوهش به منظور کاهش زمان و افزایش دقت می توانند استفاده کنند.
کلید واژگان: پیش بینی مکانی, چشمه, مدل های آماری, شهرستان نهاوندToday, supplying water to meet the sustainable development goals is one of the most important concerns and challenges in most countries. Therefore, identification of the areas with groundwater potential is an important tool for conservation, management and exploitation of water resources. The purpose of this research was to prepare the potential groundwater map in Nahavand, Hamedan Province, using the weight of evidence model and combining it with logistic regression. For this purpose, the information layers of slope angle, slope aspect, slope length, altitude, plan curvature, profile curvature, TWI, SPI, distance from fault, fault density, distance from river, drainage density, lithology and land use were identified as the factors affecting groundwater potential and digitized in the ArcGIS software. After designing the groundwater potential map with these three methods, ROCs were used to evaluate the results. Of 273 springs identified in this study, 191 (70%) were used to prepare the groundwater potential map and 82 springs (30%) were used to evaluate the model. The area under curve (AUC) obtained from the ROC curve showed an accuracy of 80.4% for the weight of evidence model and 82.5% for the weight of the evidence- regression combined model
Keywords: Spatial prediction, Spring, Statistics models, Nahavand town -
ولین و کلیدی ترین گام در زمینه کاهش خسارات و مدیریت فرسایش خندقی که باعث هدر رفت منابع آب و خاک می گردد، تهیه نقشه حساسیت فرسایش آبکندی می باشد. در پژوهش حاضر پتانسیل وقوع فرسایش آبکندی در حوضه طرود- نجارآباد با استفاده از عدم قطعیت روش نظریه شواهد و رگرسیون چند متغیره خطی و هم چنین ترکیب روش های فوق الذکر مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. به این منظور در ابتدا نقشه موقعیت مکانی خندق ها با استفاده از منابع مختلف تهیه گردید و از 217 خندق شناسایی شده به طور تصادفی 70 درصد (152 خندق) برای مدل سازی و 30 درصد (65 خندق) برای اعتبارسنجی در نظر گرفته شد. در گام بعد 14 پارامتر موثر در رخداد خندق در منطقه مطالعاتی شامل پارامترهای توپوگرافیک، ژئومورفومتریک، محیطی و هیدرولوژیک برای مدل سازی انتخاب گردید. نتایج روش رگرسیون چند متغیره نشان داد که پارامترهای کاربری اراضی، شیب و فاصله از آبراهه بیشترین تاثیر را در رخداد خندق داشته اند. نقشه های حساسیت تهیه شده به 5 کلاس حساسیت خیلی کم تا خیلی زیاد گردید. روش های مساحت زیر منحنی و شاخص سطح سلول هسته به منظور اعتبار سنجی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج صحت سنجی نشان داد که مدل ترکیبی دارای مقدار مساحت زیر منحنی (AUC) بیشتر (933/0) نسبت به مدل های نظریه شواهد دمپستر-شفر (914/0) و رگرسیون چند متغیره (890/0) می باشد و هم چنین مقدار SCAI در مدل ترکیبی از حساسیت خیلی کم به سمت حساسیت خیلی زیاد دارای روند نزولی می باشد که بیانگر تفکیک مناسب کلاس های حساسیت در این مدل می باشد. با توجه به دقت عالی روش ترکیبی ارائه شده در این پژوهش، نتایج این پژوهش می تواند مورد استفاده تصمیم گیران و مدیران محلی به منظور کاهش خسارات و روش شناسی ارائه شده در این پژوهش می تواند در مناطق مشابه جهت تعیین مناطق حساس به فرسایش آبکندی مورد استفاده قرار گیرد.
کلید واژگان: فرسایش آبکندی, عدم قطعیت, رگرسیون چند متغیره, نظریه شواهد دمپستر-شفر, حوضه طرود- نجارآبادThe first and most important step in reducing damages and management of gully erosion, which leads to waste of water and soil resources, is the gully erosion susceptibility mapping. In present study, the potential of gully erosion in the Toroud-Najarabad basin were evaluated using the uncertainty of the theory of evidence method and linear multivariate regression as well as the combination of the above-mentioned methods. In view of this the gully erosion inventory map was prepared using various resources, and from 218 identified gullies, 70% (154 gullies) and 30% (64 gullies) were selected randomly for modeling and validation respectively. In the next step, 14 controling factors in the gully occurrence in the study area including topographic, geomorphometric, environmental and hydrologic parameters were determined for modeling. The results of multivariate regression model showed that land use parameters, slope and distance from the road had the greatest impact on gully occurrence. Susceptibility maps classified to five susceptibility classes of very low to very high. The area under curve (AUC) and Seed Cell Area Index (SCAI) were used to validate the susceptibility maps. The results of the validation showed that the combined model has a higher area under the curve (AUC) (0.933) toward the evidence-based (0.914) and multivariate regression (0.890) models, as well as, the SCAI value in the combined model showed that very low susceptibility to a very high susceptibility has a downward trend that indicating a proper separation of susceptibility classes in this model. Considering the excellent precision of the combined method proposed in this research, the results of this research can be used by decision makers and local managers to reduce losses and the methodology presented in this study can be used in similar areas to determine the areas that are susceptible to gully erosion.Keywords: Gully erosion, Uncertainty, Multivariate regression, Evidence theory, Toroud-Najarabad basin. -
تحلیل ویژگی های فرمی سطح زمین که می تواند متاثر از عوامل اقلیمی، هیدرولوژیکی، خصوصیات ذاتی سازندها و بویژه فعالیت های نئوتکتونیک باشد، نقش مهمی در شناسایی و معرفی مناطق درگیر با خطر زمین لغزش دارد. هدف این تحقیق ارزیابی نقشه پهنه بندی حساسیت زمین لغزش با استفاده از بکارگیری شاخص های ژئومورفومتریک همراه با سایر عوامل مرسوم در پهنه بندی به منظور افزایش درستی نقشه حساسیت پذیری زمینلغزش در حوضه آبخیز رودخانه فهلیان می باشد. در این پژوهش از 20 عامل موثر مشتمل بر 14 عامل مرسوم و 6 عامل ژئومورفومتریک به منظور ارزیابی میزان صحت نقشه پهنه بندی حساسیت زمین لغزش استفاده شد. بدین منظور ابتدا نسبت به تعیین وزن طبقات هر یک از عوامل با استفاده از روش فاکتور اطمینان اقدام شد. سپس با استفاده از اوزان بدست آمده و اجرای روش رگرسیون لجستیک نقشه حساسیت پذیری نسبت به زمینلغزش با دو رویکرد بدون و با بکارگیری شاخص های ژئومورفومتریک در کنار سایر عوامل تهیه شد. نتایج حاصل از اجرای مدل رگرسیون لجستیک، نشان داد عامل شیب، تراکم پوشش گیاهی، جهت شیب و فاصله از آبراهه به ترتیب بیشترین تاثیر را در رخداد زمین لغزش دارد. در نهایت با استفاده از منحنی ویژگی عملگر نسبی (ROC) اقدام به اعتبارسنجی، ارزیابی و مقایسه نقشه های حاصل از دو رویکرد گردید. سطح زیر منحنی در حالت بدون و با بکارگیری شاخص های ژئومورفومتریک به ترتیب 82/0 و 88/0 می باشد. بنابراین بکارگیری شاخصهای ژئومورفومتریک منجربه افزایش درستی نقشه پهنه بندی حساسیت نسبت به زمینلغزش شدهاست. براساس نتایج حاصل از طبقهبندی نقشه پهنه بندی حساسیت نسبت به زمینلغزش با استفاده از عوامل ژئومورفومتریک، 78/14درصد (94/59563 هکتار) و 06/17درصد (04/68767 هکتار) از منطقه موردمطالعه به ترتیب در رده حساسیت زیاد و خیلی زیاد قرار گرفته است. باتوجه به نقش بکارگیری شاخص های ژئومورفومتریک در افزایش صحت نقشه حاصل، استفاده از این رویکرد در تهیه نقشه پهنه بندی حساسیت نسبت به زمینلغزش پیشنهاد می گردد.کلید واژگان: زمین لغزش, پهنه بندی, ژئومورفومتریک, رگرسیون لجستیک, حوضه آبخیز رودخانه فهلیان
Landslide is a natural disaster resulted from geomorphologic, hydrologic, and geologic conditions along with human factors. As of present, many pieces of research have been performed to achieve such a purpose based on various models. However, many of such works have failed to provide satisfactory results due to failure to consider surface landform, so that limitations have been encountered when it came to the application of their findings. This highlights the necessity of using novel methods based on quantitative criteria of landform to identify the zones susceptible to landslide, so as to conduct proper planning for such zones. In this respect, morphometric parameters can represent landform characteristics of the hillsides susceptible to landslide. Moreover, in tectonically active areas, instability of the hillsides can be observed in the form of various types of landslide. This shows that, when it comes to the assessment of landslides, one should further consider neotectonic activities by means of geomorphologic indices.
In the present research, a total of 20 effective factors were used to assess accuracy of a landslide susceptibility zoning map; the factors include 14 conventional factors along with 6 geomorphometric factors. For this purpose, firstly, independence of the factors affecting the landslide was analyzed by performing Multicollinearity reach tests. To this end, two important indices, namely tolerance (TOL) and variance inflation factor (VIF), were used to undertake multi-directional reach test. These two indices are commonly used when running generalized linear models for analyzing the relationship between independent variables or conducting multi-directional reach test. Even though no consistent principle is presented for determining thresholds of these two indices (VIF and TOL) in multi-directional analysis and estimation of the factors affecting landslide, but records of the research works performed on this topic show that, multiple-correlation problem will arise (i.e. the data or independent variables are not correlated at all) if the value of VIF is smaller than 5 or 10 and the value of TOL is higher than 0.1 or 0.2. Moreover, in order to assess the correlation between the landslide and the selected factors, the weights obtained from the confidence factor (CF) model were used in the form of bivariate statistical analyses. The weights calculated by this model were further employed to prepare factorial maps and convert them into binary maps (wherein the levels with negative and positive weights were represented by 0 and 1, respectively) to be introduced into the conditional independence test. Continuing with the research, once finished with entering the weights obtained from the CF to the logistic regression model, the model coefficients were extracted. Using the obtained weights, the model was run to prepare a landslide susceptibility zoning map following either of two approaches, i.e. with and without considering geomorphologic indices along with other effective factors. Finally, Receiver Operating Characteristic (ROC) curve was used to validate, assess, and compare the maps obtained via either of the two approaches.
Based on the results of multiple correlation test, no correlation was obtained between the independent factors with VIF value of at most 3.559 and TOL values of at least 0.253. All of the values of VIF of the independent factors were lower than the critical value (5 or 10), while all of the values of TOL of the independent factors were higher than the calculated value by the critical theory. Maximum and minimum values of VIF were found to be 3.559 and 1.101, respectively, and the corresponding values to TOL were 0.253 and 0.895, respectively, which referred to the land roughness and slope direction, respectively.
The results obtained from the CF model showed that, the land roughness values exceeding 14 followed by slopes exceeding 40% possess the largest CF weights, among other levels of the considered factors, while waterway densities ranging between 0 and 10 and precipitations lower than 550 mm exhibited the lowest CF weights. According to the results obtained from the logistic regression model, the slope, NDVI, and slope direction exhibited the highest correlation coefficients, making them the best predictors of landslide occurrence in the region. Combing the weighted maps, zoning maps were prepared via the two approaches. Accordingly, 17.06% and 8.27% of the area understudy were identified as very highly susceptible to landslide, for the cases with and without considering the effects of geomorphologic factors, respectively. In addition, based on the results of ROC, the area under the curve was evaluated as 0.88 and 0.82 for the cases with and without considering the effects of geomorphologic factors, respectively. This confirms higher efficiency of the models into which geomorphologic factors are incorporated along with other common parameters considered in landslide susceptibility zoning.Keywords: landslide, zoning, geomorphologic, logistic regression, Fahlian river basin -
اولویت بندی زیرحوضه ها از لحاظ شدت بلایای طبیعی و لزوم برنامه های اجرایی پیشگیری و درمان آن جایگاه ویژه ای در مدیریت منابع طبیعی و به ویژه مدیریت حوضه های آبخیردارد. در این پژوهش به اولویت بندی 24 زیرحوضه آبخیز زهره- جراحی با استفاده از پارامترهای مورفومتریک و مدل ترکیبی نوین تاپسیس- رگرسیون چند متغیره خطی پرداخته شده است. تعداد 12 عامل مورفومتریکی شامل ثابت نگهداشت، تراکم زهکشی، عدد ناهمواری، ضریب نفوذ، شاخص توان آبراهه، فراوانی آبراهه، شیب، بافت زهکشی، نسبت ناهمواری، ضریب فرم، نسبت انشعاب و شاخص رطوبت توپوگرافی به همراه عامل اقلیمی بارندگی مورد مطالعه قرارگرفته است. به منظور تعیین وزن عوامل از مدل رگرسیون چندمتغیره و آمار پراکنش مکانی سیلاب های رخ داده در منطقه استفاده شد و روش تصمیم گیری تاپسیس به منظور اولویت بندی زیرحوضه ها به کار گرفته شد. نتایج وزن دهی نشان داد که عوامل عدد ناهمواری، شیب و مقدار متوسط بارندگی به ترتیب با کسب مقادیر 068/0، 024/0 و 016/0 بیشترین تاثیر را در رخداد سیلاب در منطقه مورد مطالعه داشته اند. طبق نتایج اولویت بندی، زیرحوضه های آبخیز صیدون، امام زاده جعفر و تخت دراز به ترتیب با کسب کمترین فاصله از ایده آل مثبت (0028/0، 0029/0 و 0029/0) و بیشترین فاصله از ایده آل منفی (0097/0، 0098/0 و 0095/0) و در نتیجه کسب بیشترین امتیازات (7745/0، 7690/0 و 7625/0) در رتبه های اول تا سوم قرار گرفته اند. به منظور اعتبارسنجی مدل از آمار تعداد سیلاب های رخ داده در این زیرحوضه ها استفاده شد و نتایج اولویت بندی زیرحوضه ها با تعداد رخداد سیلاب در هر زیرحوضه مقایسه شد. نتایج اعتبارسنجی نشان داد که مدل ترکیبی دارای دقت بالایی در شناسایی زیرحوضه های با پتانسیل سیل خیزی بالا است، به طوری که در زیرحوضه های صیدون، امام زاده جعفر و تخت دراز بیشترین تعداد سیلاب رخ داده است که این موضوع بیانگر کارایی بالای مدل و همچنین تاثیر زیاد وضعیت مورفومتریک زیرحوضه ها روی پتانسیل سیل خیزی آنها است.کلید واژگان: روش تاپسیس, ژئومورفومتری, سیل خیزیCatchment prioritization in terms of natural disaster intensity as well as prevention and control practices plays a main role in the natural resources and watershed management. In this study, a total of 24 sub-catchments in the Zohreh-Jarrahi basin were prioritized according to their morphometric parameters and using the mixed model of TOPSIS-Multivariate regression. A total of 12 morphometric parameters including constant component of channel maintenance, drainage density, ruggedness number, infiltration index, stream power index, stream frequency, slope, drainage texture rate, relief rate, form factor, bifurcation ratio and topography wetness index, in addition to rainfall, were studied and scored. Parameters were weighted by using multivariate regression and the spatial distribution of the observed flood events. TOPSIS model was used for the prioritization process. The results obtained from the weighting analysis showed that the ruggedness number, slope and rainfall had the highest effect on flooding in the study area with the score of 0.068, 0.024, and 0.016, respectively. According to the prioritization results, sub-catchments of Seidoon, Emamzadeh Jafar, and Takht Deraz, which had the minimum distance to the positive optimum (0.0028, 0.0029, and 0.0029, respectively) and the maximum distance to the negative optimum (0.0097, 0.0098 and 0.0095, respectively), showed the highest flooding intensity with the score of 0.7745, 0.7690 and 0.7625, respectively. In order to validate the results, prioritization results were compared to the observed flood events. Validation results also indicated the efficiency of the mixed model in delineation of catchments prone to flooding. Three sub-catchments of Seidoon, Emamzadeh Jafar and Takht Deraz were observed to have the highest number of observed flood events, thereby showing the high effectiveness of the model and also, the role of the morphometric parameters in flooding.Keywords: Flooding, Morphometry, TOPSIS
-
نشریه سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، سال نهم شماره 4 (زمستان 1397)، صص 119 -138شناسایی مناطق مستعد وقوع زمین لغزش از طریق پهنه بندی خطر با مدل های مناسب، یکی از اقدامات اولیه در کاهش خسارات احتمالی و مدیریت خطر در حوزه های آبخیز کشور محسوب می شود. در این تحقیق، 13 عامل شامل؛ ارتفاع، شیب، جهت شیب، بارندگی، انحنای سطح، انحنای آبراهه، شاخص توان آبراهه، شاخص رطوبت توپوگرافی (TWI)، شاخص توان آبراهه (SPI)، فاصله از رودخانه، فاصله از جاده، فاصله از گسل، سنگ شناسی و کاربری اراضی به عنوان عوامل موثر در وقوع زمین لغزش های منطقه تشخیص داده شدند. نقشه پراکنش زمین لغزش حوزه آبخیز با استفاده تصاویر ماهواره ای لندست 2017 و مطالعات میدانی (سال 1396) تهیه گردید. سپس پهنه بندی خطر زمین لغزش با استفاده از روش های نسبت فراوانی، آنتروپی و تاپسیس صورت گرفت. جهت ارزیابی نتایج از منحنی تشخیص عملکرد نسبی (ROC) استفاده شد. سطح زیر منحنی (AUC) به دست آمده از منحنی تشخیص عملکرد نسبی، نشان دهنده دقت 84، 87.7 و 91 درصد به ترتیب برای مدل های آنتروپی، نسبت فراوانی و مدل تاپسیس است. نتایج به دست آمده نشان دهنده دقت بالای مدل های آماری در مقایسه با مدل های تصمیم گیری و مبتنی بر کارشناسی است. نتایج این مطالعه می تواند به منظور مدیریت مناطق آسیب پذیر و کاهش خسارات آن استفاده گردد.کلید واژگان: پهنه بندی زمین لغزش, مدل نسبت فراوانی, مدل آنتروپی, مدل تاپسیس, حوزه فهلیان- فارسDistinguishing the susceptible areas to landslide using appropriate experimental models of landslide susceptibility mapping is one of the primitive and basic works to reduce probable damages and reduce risk in country's watersheds. In this research, thirteen factors, including altitude, slope, aspect, rainfall, plan curvature, profile curvature, Topographic Wetness Index (TWI), Stream power index (SPI), distance from the river, distance from road, distance from the fault, lithology, and land use are identified as effective parameters in landslide occurrence in the studied area. The landslide landslide distribution map was prepared using Landsat 2017 satellite imagery and Field studies (2017). Then, the landslide susceptibility mapping was performed with three methods, including frequency ratio, entropy and TOPSIS. The results were evaluated using receiver operating characteristic (ROC) curve. The area under the curve (AUC) of applied models shows the accuracy of 84, 87.7, and 91 percent for entropy frequency ratio and TOPSIS models, respectively. The results are indicative statistical models have a better accuracy in comparison with MCDM models and expert approaches. The results of the present study could be useful for better managing the flood affected areas and to reduce its damage.Keywords: Landslide zoning, Frequency ratio model, Entropy model, Technique for order of preference by similarity to ideal solution (TOPSIS) method, Fahliyan basin-Fars
-
یکی از اهداف ژئومورفولوژیست ها در کار با مدل های لندفرم های مختلف، بدست آوردن روابط بهتر در درک واقعیت های فیزیکی محیط است. در این پژوهش به ارزیابی کارایی پارامترهای ژئومورفومتریک در افزایش دقت نقشه های پهنه بندی حساسیت زمین لغزش پرداخته شد. به این صورت که در ابتدا با استفاده از 9 پارامتر اولیه موثر در رخداد زمین لغزش شامل شیب، جهت شیب، ارتفاع، کاربری اراضی، لیتولوژی، فاصله از جاده، فاصله از گسل، فاصله از آبراهه و شاخص پوشش گیاهی (NDVI) اقدام به تهیه نقشه پهنه بندی گردید و در گام بعد پارامترهای ژئومورفومتریک موثر در رخداد زمین لغزش شامل شاخص موقعیت توپوگرافیک (TPI) ، انحنای سطح، انحنای مقطع، طول شیب (LS) ، شاخص خیسی توپوگرافی (TWI) ، شاخص توان آبراهه (SPI) و شاخص نسبت مساحت سطح (SAR) به مدل اضافه و اقدام به تهیه نقشه پهنه بندی گردید و در آخرین گام صحت نقشه های پهنه بندی با استفاده از منحنی ROC مورد ارزیابی قرار گرفت. جهت تهیه نقشه های پهنه بندی از یک مدل ترکیبی جدید استفاده گردید، بدین صورت که برای تعیین وزن معیارها از روش رگرسیون چند متغیره و برای تعیین وزن کلاس ها از روش نسبت فراوانی استفاده شد. نتایج حاصل از پژوهش نشان داد که شاخص های ژئومورفومتریک تاثیر به سزایی در افزایش دقت تشخیص مناطق حساس به زمین لغزش داشت و باعث افزایش صحت نقشه پهنه بندی از 731/0 به 938/0 گردید، همچنین قدرت تفکیک بین طبقات لغزش را نیز افزایش دادند. طبق نتایج پارامترهای شاخص موقعیت توپوگرافی، انحنای سطح و نسبت مساحت سطح بیشترین تاثیر را در افزایش صحت نقشه پهنه بندی داشتند. بر اساس نتایج رویکرد برتر، 68/8 درصد (6737 هکتار) از مساحت منطقه در رده خطر خیلی زیاد و 33/15 درصد (11906 هکتار) در رده زیاد قرار دارد. با توجه به توان بالای پارامترهای ژئومورفومتریک در تشخیص مناطق حساس به زمین لغزش استفاده از این پارامترها در پهنه بندی خطر زمین لغزش توصیه می گردد.کلید واژگان: ژئومورفومتری, صحت سنجی, پهنه بندی, زمین لغزش, استان اصفهانOne of the goals of geomorphologists in working with the models of different landforms is to obtain better relations in realizing the physical realities of environment. In this study, to evaluate the performance of geomorphometric parameters to increase accuracy of zoning landslide susceptibility map has been studied. As the first step by the application of nine initial conditioning factors including slope, aspect, elevation, land use, lithology, distance from roads, rivers and vegetation index (NDVI) the zoning map was provided. In the next step geomorphometric parameters influential on the occurrence of landslide including topographic location index (TPI), surface curvature, curved sections, slope length (LS), Topographic wetness index (TWI), stream flow power (SPI), surface area ration index (SAR), was added to the model and then the zoning map was obtained. In the final step, the zoning maps was evaluated by using ROC curve. To provide zoning maps a new mixed model was applied, so, for determination of criteria weights multivariate regression and to determine weight of the classes' frequency ratio method was utilized. The findings of this research indicated that geomorphometric factors have a considerable influence on the increase of identification of regions that are susceptible to the landslides and enhance the accuracy of zoning maps from 0.731 to 0.938. These factors have also increased the resolution of the slip classes. According to the results, topography position index, plan curvature and surface area ratio have the highest influence on the accuracy of zoning maps. Based on superior approach, 8.68% (6737 ha) of the region are at very high risk and 15.3% (11906 ha) have been identified as high risk areas. According to the high ability of geomorphologic parameters in the identification of susceptible areas to the landslide, the application of these parameters is recommended in landslide hazard zonation.Keywords: Geomorphometry, Validation, Zonation, Landslide, Isfahan Province
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.