آمار
| تعداد نشریات | 13 |
| تعداد شمارهها | 663 |
| تعداد مقالات | 6,899 |
| تعداد مشاهده مقاله | 10,112,062 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 9,361,239 |
کاربرد نمایههای کمی شبکه زهکشی در جانمایی سازههای آبخیزداری بر پایه یادگیری ماشینی | ||
| مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک | ||
| دوره 32، شماره 3، دی 1404، صفحه 63-88 اصل مقاله (4.76 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2026.23772.3813 | ||
| نویسندگان | ||
| علی اکبر نظری سامانی* 1؛ مرضیه رمضانی2؛ امید اسدی نلیوان3؛ علی شهبازی4 | ||
| 1استادیار دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران | ||
| 2دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه احیا مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران | ||
| 3استادیار، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران | ||
| 4دانشآموخته دکتری آبخیزداری، گروه احیا مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: خسارت جانی و مالی ناشی از پدیده سیل و پر شدن سدهای ذخیره آب از رسوب، بهویژه در سالیان اخیر به علت استفاده غیراصولی از منابع طبیعی نگرانکننده است. بهمنظور حل این مشکلات، اقدامات حفاظت خاک و آب در قالب برنامههای مختلف آبخیزداری شامل اقدامات سازهای (بیومکانیکی و مکانیکی)، مدیریتی و بیولوژیکی در سطح کشور در حال انجام میباشد. اجرای طرحهای آبخیزداری، بهعنوان اولویتی زیرساختی، نقش مهمی در کاهش تخریبهای ناشی از جاری شدن روان آبها و سیلابها ایفا میکند. از مهمترین اهداف اجرای سازههای کنترلی آبخیزداری در مسیر رودخانهها و بهویژه در بالادست مناطق مسکونی و حوزههای آبخیز منتهی به حریم شهر و روستاها، کنترل سیل و رسوب به شمار میرود. مهمترین مرحله اجرای طرحهای مکانیکی بهعنوان اقدامات سازهای آبخیزداری، شناسایی درست مکانهای موردنیاز جهت اجرای این طرحها میباشد. مکانیابی صحیح سازههای آبخیزداری، تأثیر فراوانی در کاهش هزینه فعالیتهای آبخیزداری و افزایش اثربخشی دارد. در این پژوهش تعدادی از مدلهای رویکرد مبتنی بر یادگیری ماشین شامل شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و مدل حداکثر آنتروپی (ME) با هدف تعیین بهترین مدل رویکرد یادگیری ماشین بهمنظور مکانیابی سازههای آبخیزداری در آبخیز کوئین استفاده میشود. مواد و روشها: آبخیز کوئین در استان البرز و شمال طالقان و بین مختصات جغرافیایی (50 درجه و 46 دقیقه تا 50 درجه و 56 دقیقه طول شرقی و 36 درجه و 10 دقیقه تا 36 درجه و 18 دقیقه عرض شمالی) واقع شده است. در تحقیق حاضر جهت تعیین مناطق مناسب احداث سازههای آبخیزداری از 11 شاخص موثر در جانمایی سازهها شامل عوامل توپوگرافی، هیدرولوژی، زمینشناسی، کاربری اراضی و اقتصادی استفاده شده است. نقاط سازههای موجود، با استفاده از روش تصادفی به دو دسته دادههای مدلسازی (آموزش) و دادههای اعتبارسنجی (آزمون) تقسیم شدند. لایه مدل رقومی ارتفاعی با استفاده از نقاط ارتفاعی و خطوط تراز در ابعاد 10*10 متر تهیه شد. لایه شیب با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی و با استفاده از تابع Slope تهیه شده است. لایه فاصله از آبراهه و تراکم آبراهه بر اساس نقشه آبراههها (استخراج از نرمافزار SAGA GIS) و به ترتیب با استفاده از تابع Euclidean distance و Line Density در نرمافزار ArcGIS تهیه شدند. لایه سنگشناسی به عنوان یک عامل مهم در تغییرات مکانی و زمانی زهکشی، میزان نفوذپذیری، هیدرولوژی و تولید رسوب آبخیز در نظر گرفته میشود و از نقشه زمینشناسی استخراج گردید. لایه کاربری اراضی از اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان البرز دریافت شده است. نقشه بارندگی با استفاده از اطلاعات 15 ایستگاه بارانسنجی و هواشناسی در طی یک دوره آماری (18 ساله) به صورت گرادیان بارندگی تهیه شده است. عوامل SPI، رتبه آبراههها و تجمع جریان با استفاده از نقشه مدل رقومی ارتفاعی و در نرمافزار SAGA GIS تهیه شده است. لایه تراکم جاده بر اساس نقشه جادهها و با استفاده از تابع Line Density در نرم-افزار ArcGIS تهیه شد. در این پژوهش از دو مدل حداکثر آنتروپی و شبکه عصبی مصنوعی استفاده شد. پیشپردازش عوامل ورودی بهمنظور بررسی عدم وجود همخطی چندگانه با استفاده از عامل تورم واریانس (VIF) و شاخص ضریب تحمل (Tolerance) انجام شد. میزان اهمیت هر یک از عوامل بکار رفته در تبیین مدل با استفاده از مدل حداکثر آنتروپی و با استفاده از نمودار جکنایف (Jackknife) تعیین شد و انجام این فرآیند در نرمافزار MaxEnt انجام میشود. در این پژوهش، کارایی مدلها در مراحل آموزش و اعتبارسنجی با استفاده از منحنی تشخیص عملکرد گیرنده (ROC) و سطح زیر منحنی آن (AUC) ارزیابی شد. یافتهها: نتایج نشان داد که بین عوامل هم خطی وجود ندارد و لذا کلیه عوامل در روند مدلسازی مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج نشان داد که به ترتیب عوامل فاصله از آبراهه، رتبه آبراهه، تجمع جریان، ارتفاع و میانگین بارندگی مهمترین عوامل تاثیرگذار بر جانمایی سازههای آبخیزداری هستند و در پیشبینی مناطق دارای پتانسیل احداث سازه تاثیرگذار بودهاند. میزان دقت پیشبینی مدل حداکثر آنتروپی در هر دو بخش آموزش (994/0) و اعتبارسنجی (993/0) عالی بوده است. میزان دقت پیشبینی مدل شبکه عصبی مصنوعی نیز در هر دو بخش آموزش (1) و اعتبارسنجی (1) عالی بوده است. با توجه به واقعیت میدانی موجود در آبخیز کوئین به نظر میرسد که مدل شبکه عصبی مصنوعی دچار بیشبرازش شده است و نقشه نهایی پتانسیل سازههای آبخیزداری با خطا مواجه است و نتایج مدل حداکثر آنتروپی نتایج منطقیتری ارائه داده است. نتایج بازدیدهای میدانی جهت صحتسنجی نتایج مدل نشان داد که در تمامی آبراهه-های مورد بررسی، مدل حداکثر آنتروپی به درستی و با دقت بسیار زیاد آبراهههای بحرانی را به لحاظ آورد سیل و رسوب تشخیص داده است. در مجموع 47 کیلومتر آبراهه بحرانی به لحاظ آورد سیل و رسوبات تشخیص داده شد. لذا در ادامه و در طی بازدیدهای مختلف تعداد 22 سازه آبخیزداری در آبراهههای مورد بازدید جانمایی شد. نتیجهگیری: نتایج بازدیدهای میدانی نشان داد که در تمامی آبراهههای مورد بررسی، مدل حداکثر آنتروپی به درستی و با دقت بسیار زیاد آبراهههای بحرانی را به لحاظ آورد سیل و رسوب تشخیص داده است. این امر بیانگر توانایی بالای روشهای مبتنی بر یادگیری ماشین در تلفیق و تحلیل دادههای مکانی پیچیده و افزایش دقت در مکانیابی اقدامات آبخیزداری است. نتایج این پژوهش تأکید دارد که استفاده از روشهای مبتنی بر یادگیری ماشین میتواند بهبود قابل توجهی در دقت مکانیابی سازههای آبخیزداری ایجاد کند. از اینرو، پیشنهاد میشود که در مطالعات آینده، ترکیب مدلهای یادگیری ماشین با روشهای بهینهسازی و تحلیل عدمقطعیت برای افزایش دقت مکانیابی مورد بررسی قرار گیرد. این پژوهش گامی مهم در جهت استفاده از مدلهای دادهمحور برای بهینهسازی اقدامات آبخیزداری بوده و میتواند بهعنوان الگویی برای مطالعات مشابه در سایر حوزههای آبخیز مورد استفاده قرار گیرد. این روش نهتنها باعث افزایش دقت در تصمیمگیری میشود، بلکه هزینههای اجرایی را نیز کاهش داده و بهرهوری پروژههای آبخیزداری را بهبود میبخشد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| اقدامات آبخیزداری؛ حداکثر آنتروپی؛ جانمایی؛ یادگیری ماشینی | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 17 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 4 |
||
سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب