مدل سازی ترکیبی فرسایش آبی و بادی با استفاده از روش های یادگیری ماشین

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، گروه مهندسی منابع‌طبیعی، دانشکده ی کشاورزی و منابع‌طبیعی، دانشگاه هرمزگان، بندر عباس، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی منابع طبیعی، دانشکده ی کشاورزی ومنابع‌طبیعی، دانشگاه هرمزگان، بندر عباس، ایران

3 استادیار گروه مهندسی منابع طبیعی، دانشکده ی کشاورزی ومنابع‌طبیعی، دانشگاه هرمزگان، بندر عباس، ایران

4 استادیار گروه منابع طبیعی، دانشکده ی کشاورزی ومنابع‌طبیعی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

doi
10.22092/wmrj.2022.358127.1458
چکیده

مقدمه و هدففرسایش خاک به‌وسیله‌ی آب و باد یکی از بزرگ­ترین تهدیدهای زیست‌محیطی در سراسر جهان است که پیامدهای منفی پرشماری مانند نابودی خاک، کاهش حاصلخیزی خاک، تخلیه‌ی مواد مغذی و ریزمغذی ­ها، نابودی ساختمان خاک، طوفان­ های گرد و غبار، آلودگی هوا، سیلتی شدن آبگیرهای سدها، و ... روی بوم‌سازگان انسانی و طبیعی دارد. بنابراین داشتن اطلاعات دقیق از حساسیت زمین‌ها به فرسایش آبی و بادی و تهیه نقشه­ های مکانی از فرسایش به‌منظور کاهش پیامدهای منفی آن لازم است. بنابراین، هدف از این پژوهش استفاده از دو مدل یادگیری ماشین به منظور مدل­ سازی مکانی هم­زمان فرسایش آبی و بادی در آبخیز بختگان استان فارس است.مواد و روش ­هابه‌منظور تهیه‌ی نقشه‌ی مکانی خطر فرسایش آبی و بادی خاک، به‌ترتیب 20 و 16 عامل تأثیرگذار بر فرسایش آبی و بادی انتخاب شد. در مرحله قبل از مدل­ سازی از روش انتخاب ویژگی وایازی چند­متغیره اسپیلاین تطبیقی و تست هم­­ خطی به‌منظور شناسایی مهمترین عامل‌های مهارکننده خطر فرسایش آبی و بادی استفاده شد. در مرحله‌ی بعد از دو روش یادگیری ماشین جنگل تصادفی و ماشین بردار پشتیبان برای مدل­ سازی فرسایش استفاده شد. عملکرد مدل­ ها با استفاده از منحنی مشخصه‌ی عملکرد ارزیابی شد.نتایج و بحثبراساس نتایج، متغیرهای کاربری زمین‌ها، شیب، سنگ‌شناسی، زبری سطح خاک، بخش درشت دانه‌ی خاک، درصد رس، پوشش گیاهی، جهت شیب، وزن مخصوص خاک و شاخص رطوبت پستی‌بلندی به‌عنوان مهمترین عامل‌های مهارکننده‌ی فرسایش آبی شناسایی شدند. هم­چنین مهمترین عامل‌های مهار­کننده‌ی فرسایش بادی عبارت بودند از: بلندی، کاربری زمین‌ها، سرعت باد، شیب، پوشش گیاهی، نیتروژن خاک، ظرفیت تبادل کاتیونی، سنگ‌شناسی، جهت شیب، درصد رس و وزن مخصوص خاک. اندازه‌های سطح زیر منحنی مشخصه‌ی عملکرد برای نقشه‌ی فرسایش بادی تهیه شده به­ وسیله­ ی مدل جنگل تصادفی 99% و برای نقشه‌ی فرسایش آبی تهیه شده به ­وسیله‌ی مدل ماشین بردار پشتیبان 96% بود. درنهایت دو نقشه‌ی فرسایش بادی و آبی تلفیق شد و نتایج نشان داد که بیش­ترین درصد مساحت مربوط به حساسیت کم در فرسایش آبی و حساسیت خیلی‌زیاد در فرسایش بادی است که 18% از منطقه را دربر می ­گرفت.نتیجه‌گیری و پیشنهادهامنطقه‌ی مطالعه شده به‌دلیل وجود چندین دریاچه شامل بختگان، مهارلو و تشک و همچنین چندین سد، از نظر تأمین منابع آب شرب، کشاورزی، صنعت و محیط‌زیست اهمیت زیادی دارد. در صورت توجه نداشتن به مشکل فرسایش به‌ویژه فرسایش بادی در منطقه‌ی مطالعه شده، این منطقه می‌تواند به‌ویژه در بستر دریاچه‌های خشکیده منبع تولید گرد و غبار باشد. بنابراین یافته­ های این پژوهش می تواند در راستای کاهش اثرات منفی این پدیده در منطقه‌ی مطالعه شده به‌وسیله‌ی مدیران اجرایی استان بهره برداری شود.