پيش‌بيني و تهيه نقشه خطر وقوع آتش‌سوزي مراتع با استفاده از الگوريتم‌هاي جنگل تصادفي و ماشين بردار پشتيبان (مطالعه موردي: مراتع شهرستان اراك)

سابقه و هدف: آتش‌سوزي در مراتع آثار مخربي را در سيماي سرزمين، عملكرد و خدمات اكوسيستم هاي مرتعي بر جاي مي گذارد. عليرغم تلاش هاي متخصصان، تصميم گيران، ذينفعان و ادارات دولتي در دهه هاي اخير براي كاهش اثرات آتش سوزي، تعداد آن و خسارات اقتصادي و انساني مرتبط با آن، در سراسر جهان در حال افزايش است. يكي از مهم‌ترين اقدامات براي كاهش آسيب هاي ناشي از آتش سوزي، پيش بيني و پيشگيري از وقوع آتش سوزي است كه مبتني بر تعيين محدوده خطر يا مناطق مستعد و بالقوه براي آتش سوزي مي باشد. هدف از اين تحقيق شناسايي و تعيين مناطق حساس به آتش سوزي در مراتع قشلاق محمدقلي شهرستان اراك استان مركزي مي باشد. مواد و روش ها: مراتع مورد مطالعه به مساحت 3100 هكتار با اقليم خشك تا نيمه‌خشك در 15 كيلومتري جنوب شرق شهر اراك در استان مركزي واقع شده ‌است. ارتفاع منطقه 1900 تا 2500 متر از سطح دريا و ميانگين بارندگي 225 ميلي‌متر، اكسترم هاي حرارتي منطقه 11- (بهمن) تا ۳۵ درجه سانتي‌گراد (مرداد) است. بمنظور پهنه‌بندي خطر آتش‌سوزي در منطقه از 9 عامل درجه شيب، جهت شيب، ارتفاع از سطح دريا، زمين‌شناسي، كاربري اراضي، فاصله از جاده، فاصله از شبكه آبراهه، خاك‌شناسي و درصد پوشش گياهي استفاده شد. رويدادهاي آتش‌سوزي به‌عنوان مبنايي براي پيش‌بيني وقوع آتش‌سوزي در آينده در نظر گرفته شدند. مناطق غير آتش‌سوزي نيز مشخص و انتخاب شدند. براي پهنه بندي و پيش بيني آتش از دو مدل ماشين بردار پشتيبان (SVM) و مدل جنگل تصادفي (RF) استفاده شد. به‌منظور ارزيابي نتايج اين مدلها از نمايه‌هاي آماري ضريب تبيين (R^2: همبستگي بين داده هاي مشاهده اي و برآوردي)، ريشه دوم ميانگين مربعات خطا (RMSE: انحراف مقادير پيش‌بيني‌شده با مقادير مشاهده‌شده) و ضريب كارايي (CE: بين منفي بي نهايت و 1 قرار دارد، هرچه به يك نزديك‌تر باشد بيانگر كارايي بالاتر مدل در پيش بيني است) استفاده گرديد. خروجي مدل هاي جنگل تصادفي و ماشين بردار پشتيبان بين ١ و صفر قرار دارد كه به ٥ (طبقه) منطقه با خطرات خيلي كم تا خيلي زياد آتش سوزي تقسيم مي شود. مدلها مهم‌ترين متغيرهاي مؤثر در آتش‌سوزي گذشته را شناسايي كرده و سپس به پهنه‌بندي خطر آتش سوزي در منطقه خواهند پرداخت. نتايج: به ترتيب متغيرهاي پوشش گياهي، جهت، شيب و ارتفاع بيشترين تاثير را در آتش سوزي داشتند و متغيرهاي زمين‌شناسي، كاربري اراضي، فاصله از جاده، فاصله از شبكه آبراهه و خاك‌شناسي به دليل داشتن ضرايب نامناسب و غير معني دار از فرآيند مدلسازي حذف شدند. حساس ترين طبقه شيب در وقوع آتش‌سوزي، طبقه 25-12 درصد و بالاتر از آن و طبقه 8-12 كمترين وقوع آتش سوزي را دارد. همچنين بيشترين آتش‌سوزي در ارتفاع 2100-1900 متر و كمترين آن در ارتفاع 2500-2400 رخ داده است. به لحاظ جهت نيز دامنه هاي جنوب غربي و جنوب بيشترين و دامنه هاي شمالي و جهت بدون شيب كمترين وقايع آتش‌سوزي را داشته اند. پوشش گياهي نيز با فراهم كردن مواد سوختي لازم، بيشترين وقوع آتش‌سوزي را در پوشش 75-50 درصد و كمترين آن را در پوشش زير 25 درصد نشان داده است. با توجه به نتايج حاصل از اجراي مدل ها، مدل ماشين بردار پشتيبان با ضريب كارايي 0.86 و خطاي 3.05 در مرحله آزمون، مدل دقيق تري در اين مطالعه مي باشد. همچنين نتايج به دست آمده نشان داد كه ازلحاظ خطر آتش‌سوزي، 11 درصد مراتع موردمطالعه در طبقه خيلي كم، 16 درصد در طبقه كم، 35 درصد در طبقه خطر متوسط، 17 درصد در طبقه خطر زياد و 21 درصد در طبقه خطر خيلي زياد قرارگرفته است. نتيجه ‌گيري: شيبها و ارتفاعات بالا با پوشش گياهي حداكثري (منبع سوختي مناسب) منطقه و شدت چراي كمتر، بيشترين وقايع آتش سوزي را دارند. در حاليكه در پوشش هاي اندك به دليل ناكافي بودن ماده سوختي و در شيب هاي پايين به دليل تغيير كاربري مراتع به زراعي احتمال رخداد آتش سوزي كمتري دارند. محدوه جهت جنوب نيز با دريافت حرارت خورشيدي بيشتر، پوشش غالب گون و گرامينه هاي يك‌ساله مواد سوختي مناسبي براي آتش سوزي فراهم مي كند. از بين مدل هاي انتخابي نيز، مدل ماشين پشتيبان بردار نسبت به مدل جنگل تصادفي عملكرد بهتري در پهنه بندي و پيش بيني خطر آتش سوزي داشت كه ناشي از توانايي آن در ادغام متغيرهاي ورودي زياد بدون تغيير آنها مي باشد و با برقراري ارتباطات غيرخطي بين متغيرها، عوامل مؤثر را شناسايي مي نمايد و مي تواند اطلاعات ارزشمندي جهت كنترل و پيشگيري از آتش سوزي براي مديران عرصه هاي مرتعي فراهم كند.