تعيين روابط خطي و غير خطي فاكتور فرسايش‌پذيري خاك با ويژگي‌هاي اثرگذار بر آن در يك حوضه‌ي آبخيز كوهستاني با فرسايش خاك شديد

Determination of the linear and non-linear relationships between soil erodibility factor and effective parameters on it in a mountainous watershed with severe soil erosion

فاكتور فرسايش پذيري، معياري از مقاومت ذرات خاك در برابر جداشدن و انتقال و اثر عوامل فرساينده (قطرات باران، رواناب و باد) در فرآيند هدررفت خاك است. در اين پژوهش، از روش غيرخطي ماشين هاي بردار پشتيبان (SVMs) براي بررسي اثرات برخي از ويژگي هاي توپوگرافي، فيزيكي و مكانيكي خاك بر فرسايش پذيري در بخشي از حوضه ي آبخيز كارون شمالي واقع در غرب استان چهارمحال و بختياري استفاده و نتايج حاصله با خروجي حاصل از روش خطي رگرسيون چند متغيره (MLR) مقايسه شد. هم چنين قابليت استفاده از اين دو روش براي برآورد فاكتور فرسايش پذيري خاك در منطقه ي مورد مطالعه، بررسي گرديد. نتايج نشان داد كه مدل غيرخطي SVMs داراي كارايي بسيار بالاتري نسبت به روش خطي مرسوم (رگرسيون چند متغيره) براي تخمين فاكتور فرسايش پذيري بود. مقادير ERROR% و r مدل SVMs به ترتيب، برابر 07/0 و 90/0 بودند. مقدار شاخص كارايي مدل MEF براي تخمين فاكتور فرسايش پذيري با استفاده از مدل SVMs برابر 79/76 درصد بود درحالي كه مقدار آن براي مدل MLR، 04/18- درصد بود. نتايج حاصل از تعيين ويژگي هاي اثرگذار بر فرسايش پذيري خاك در نقاط مورد مطالعه با استفاده از اين دو روش نيز نمايان گر آن بود كه بر اساس روش خطي MLR، تنها متغيرهاي درصد كل شن، جهت شيب، درصد خاكدانه هاي بين 25/0 تا 5/0 ميلي متر، درصد شن بين 2 تا 4 ميلي متر و درصد رس به عنوان ويژگي هاي اثرگذار بر فرسايش-پذيري خاك در منطقه ي مورد مطالعه معرفي شدند. اين درحاليست كه در روش غير خطي SVMs، تمامي ويژگي هاي مورد مطالعه بر فاكتور فرسايش پذيري مؤثر تشخيص داده شدند اگرچه پارامترهاي ميانگين وزني قطر خاكدانه ها (MWD) و درصد ذرات شن بين 25/0 تا 5/0 ميلي متر داراي بيش ترين و پارامتر جهت شيب داراي كم ترين ضريب تأثير بوند. بنابراين به نظر ميرسد كه بيشتر ويژگي هاي بررسي شده داراي اثرات و روابط غيرخطي با فاكتور فرسايش پذيري خاك در منطقه ي مورد مطالعه هستند و به همين دليل، مدل رگرسيون خطي قادر به تشخيص اين روابط و اثرات نبوده است.

Soil erodibility factor is a criterion of soil particle resistance to detachment, transport, and effects of erosivity factors (rain drop, runoff, and wind) during the soil loss processes. In this study, non-linear support vector machines (SVMs) method was used for investigating the effects of some topography, soil physical and mechanical properties on soil erodibility in a part of Northern Karoon watershed at the west of Chaharmahal Bakhtiary province. The obtained results were compared with the outputs of a linear (i.e. multiple linear regression, MLR) method. Furthermore, potential use of the two methods for estimating the soil erodibility factor was investigated in the study area. The correlation coefficient (r), root mean square error (RMSE), model efficiency factor (MEF), and error percentage (ERROR%) were used to evaluate the performance of the models. The results showed that the constructed SVM model had greater performance in predicting the erodibility factor compared to the traditional MLR model. The obtained ERROR% and r values for the developed SVM model were 0.07 and 0.90, respectively. The obtained MEF value for the erodibility factor prediction using the SVM model was 76.79 % while it was -18.04 % for the MLR model. The results from determining the properties influencing the soil erodibility in the investigated points using the two methods revealed that only the sand content, aspect, pods (size between 0.25-0.5 mm), clay content properties were accounted as effective parameters according to the MLR model. Whereas, all investigated properties were determined as effective parameters resulting from the non-linear SVM model. However, the parameters mean weight diameter (MWD) and sand content (size between 0.25-0.5 mm) had the highest importance coefficient and aspect parameter had the lowest coefficient.