پهنه‌بندي و ارزيابي نقشه حساسيت فرسايش خندقي با استفاده از روش‌هاي آماري و احتمالاتي

Gully Erosion Mapping and Susceptibility Assessment Using Statistical and Probabilistic Methods

شناسايي مناطق حساس و مستعد فرسايش خندقي با استفاده از مدل هاي آماري و همچنين استفاده حداكثري از داده ها و اطلاعات موجود با صرف هزينه و زمان كمتر و دسترسي به دقت بيشتر از اهميت ويژهاي برخوردار ميباشد. هدف اين پژوهش تعيين مناطق حساس به فرسايش خندقي و تهيه نقشه حساسيت نسبت به آن با استفاده از داده كاوي روش هاي آماري دو متغيره دمپسترشفر و چندمتغيره خطي و تلفيق آنها به منظور ارتقاء قابليت ها و مرتفع نمودن معايب آنها در حوزه آبخيز سميرم در جنوب استان اصفهان ميباشد. بدين منظور با استفاده از نقشه پراكنش مكاني 156 خندق و14 پارامتر موثر در رخداد خندق، مقادير شاخص ضريب تحمل (TOL) و فاكتور تورم واريانس (VIF) آزمون همخطي چندگانه (Multicollinearity) عوامل موثر تعيين شدند. مدل‌سازي و اعتبارسنجي به‌ترتيب با استفاده از نسبت 70 و 30 درصد خندق هاي شناسايي شده انجام شد. نقشه هاي حساسيت تهيه شده به 5 طبقه حساسيت خيلي كم تا خيلي زياد تقسيم شدند. شاخص سطح سلول هسته (SCAI) و سطح زير منحني ويژگي عملگر گيرنده (AUC-ROC) به ترتيب به منظور تعيين آستانه هاي طبقات و اعتبارسنجي نقشه هاي پهنه بندي حساسيت مورد استفاده قرار گرفتند. نتايج روش رگرسيون چند متغيره نشان داد كه پارامترهاي كاربري اراضي، شيب و فاصله از آبراهه بيش‌ترين تاثير را در رخداد خندق داشته اند. مدل تلفيقي با AUC-ROC معادل 0/942، نسبت به مدل هاي نظريه شواهد دمپسترشفر (0/924) و رگرسيون چند متغيره (0/864) از دقت بيشتري برخوردار ميباشد. همچنين مقدار SCAI در مدل تلفيقي از رده‌هاي حساسيت خيلي‌كم به خيلي‌زياد داراي روند نزولي ميباشد كه بيانگر تفكيك مناسب رده‌بندي حساسيت در اين مدل مي باشد.

Delineation 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.