ارزيابي پتانسيل وقوع سيل با استفاده از مدل هاي داده كاوي ماشين بردار پشتيبان، چايد و جنگل تصادفي (مطالعه موردي: حوزه آبخيز فريزي)

مقدمه و هدف: سيل مانند ساير پديده هاي هيدرولوژيكي يك پديده غير قطعي است كه در هر زمان و مكان احتمال وقوع آن وجود داشته و تحت تاثير عوامل مختلف اقليمي، مشخصات فيزيكي حوضه، وضعيت پوشش گياهي و كاربري اراضي و دخالت هاي انساني است. تعيين سهم هر يك از پارامترها بر ميزان بروز سيل مهم است. در حال حاضر ، با ارتقاي سامانه هاي اطلاعات جغرافيايي (GIS)، روش هاي سنجش از دور (RS) و ماشين يادگيري (ML) مي توان مدل سازي بسيار دقيقي از احتمال وقوع سيلاب انجام داد. با اين وجود، ساخت اين مدل ها نيازمند دانش دقيق و اصولي از فرآيند وقوع سيل، بررسي پارامترهاي موثر در شكل گيري سيل، درك چگونگي تأثير هر پارامتر بر ايجاد سيل و انتخاب و توسعه مدل مناسب و ارزيابي آن است. با توجه به اهميت تعيين مناطق مستعد وقوع سيل در مناطق مختلف به خصوص حوضه هاي واقع در مناطق خشك و نيمه خشك همچون منطقه مورد مطالعه، تحقيق حاضر به منظور ارزيابي خطر پذيري سيل با استفاده از مدل هاي داده كاوي ماشين بردار پشتيبان، چايد و جنگل تصادفي در اين منطقه هدف گذاري شده است. مواد و روش‌ها: در پژوهش حاضر جهت بررسي خطر وقوع سيل از مدل هاي داده كاوي ماشين بردار پشتيبان ، چايد و جنگل تصادفي  استفاده شده است. به طور كلي هدف از ارائه مدل هاي داده كاوي رسيدن به يك تخمين معقول و دقيق از پيش بيني مكاني وقوع سيل، مقايسه كارايي مدل ها و انتخاب مناسب ترين روش براي تهيه نقشه ارزيابي حساسيت سيل مي باشد. در اين پژوهش از اطلاعات مختلف همچون نقشه توپوگرافي مقياس1:50000 جهت استخراج خطوط تراز ، نقشه زمين شناسي مقياس 1:100000 ، نقشه خاك تهيه شده توسط اداره كل منابع طبيعي و آبخيزداري استان خراسان رضوي، تصوير مدل رقومي ارتفاع (DEM) با قدرت تفكيك مكاني 12/5 متر، تصاوير ماهواره اي گوگل ارث، داده هاي هواشناسي باران سنجي دوره آماري 20 ساله (98-78) ايستگاه هاي اندرخ، اولنگ اسدي، سد كارده، مارشك، بلغور، گوش بالا، آل، چناران، مغان، چكنه عليا، آبقد فريزي، تلغور، قدير آباد و كبكان استفاده شده است. طبقات ارتفاعي، شيب، جهت شيب، شبكه هاي زهكشي و آبراهه هاي اصلي، تحدب سطح زمين از روي تصوير DEM و خطوط تراز استخراج گرديدند. كاربري اراضي منطقه از روي تصاوير ماهواره اي گوگل ارث مربوط به سال 2020 و به روش طبقه بندي نظارت شده تهيه گرديد. نقشه پوشش گياهي منطقه نيز بر اساس شاخص NDVI و از روي تصاوير ماهواره اي لندست 8 سال 2018 تهيه گرديد. يافته‌ها: عامل ارتفاع نقش كليدي در كنترل جهت حركت سيل و عمق سطح آب دارد. در ارتفاع 2000 متر و بيشتر با افزايش ارتفاع پتانسيل سيل خيزي در منطقه مورد مطالعه افزايش مي يابد . بر اساس نتايج در بين كاربري هاي حوضه مورد مطالعه، اراضي آبي و باغي به علت نفوذ بيشتر، رواناب كمتري توليد نموده و كمتر مستعد سيل خيزي مي باشند. در منطقه مطالعاتي در شيب 60 درجه به دليل افزايش شيب، زمان تأخير حوضه كم، ميزان نفوذ آب در خاك كم و در نتيجه حجم سيلاب و رواناب سطحي افزايش خواهد يافت. كلاس 0/0120-0/0074 بيشترين تاثير را در وقوع سيلاب حوضه دارد . دامنه هاي شمالي، شمال غربي و غربي به دليل دريافت بارش زياد، ماندگاري طولاني مدت برف و داشتن رطوبت داراي پتانسيل سيل خيزي مي باشد . در منطقه مورد مطالعه بارش بيش از 250 ميلي متر بيشترين تأثير را در رخداد سيلاب دارا است. در منطقه مورد مطالعه خاك مزيك  به دليل نفوذ پذيري نسبتا كم باعث توليد رواناب بيشتر و ايجاد سيل مي شود . بر اساس نتايج طبقات شاخص رطوبت توپوگرافي در منطقه مورد مطالعه كلاس 359/99-268/38 تاثير زيادي در وقوع سيلاب داشته است. در منطقه مورد مطالعه مناطق مقعر در ايجاد سيل تأثير زيادي دارد به اين دليل كه  مهمترين و موثرترين فاكتورها در وقوع سيل شيب و انحنا زمين مي باشد. در حال حاضر قابليت پيش بيني حساسيت سيلاب منطقه مطالعاتي با استفاده از سطح زير منحني مورد بررسي قرار گرفت و از مقدار AUC ، درصد نرخ موفقيت و قابليت پيش بيني هر دو در پژوهش حاضر 16 سناريو با تركيب پارامترهاي مختلف به عنوان ورودي مدل ايجاد شدند .نتايج اين تحقيق نشان مي دهد كه در مدل ماشين بردار پشتيبان خطي با بهترين سناريو M3 با بالاترين ضريب همبستگي 0/972 و كمترين مقدار 0/538=MAE ، در مدل جنگل تصادفي بهترين سناريو M10 با بالاترين ضريب همبستگي  0 /961و كمترين مقدار خطا 0/685= MAE، در مدل درخت تصميم نوع چايد بهترين سناريو M8 با بالاترين ضريب همبستگي 0/954 و كمترين مقدار خطا 0/723= MAE بوده است.