نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی دکتری دانشکده علوم جغرافیایی و برنامه ریزی دانشگاه اصفهان
2 هیئت علمی دانشگاه علوم و فنون خرمشهر
3 هیئت علمی دانشکده علوم جغرافیایی و برنامه ریزی دانشگاه اصفهان
چکیده
تازه های تحقیق
پهنهبندی خطر زمینلغزش یکی از راهکارهای اساسی برای کاهش خسارات جانی و مالی در مناطق کوهستانی محسوب میشود. در این مطالعه، از الگوریتم رگرسیون خطی چندگانه به عنوان یکی از روشهای مؤثر یادگیری ماشین استفاده شده است که امکان تحلیل همزمان عوامل مختلف مؤثر در وقوع زمینلغزش را فراهم میکند. پیادهسازی این مدل در محیط برنامهنویسی R و با بهرهگیری از کتابخانههای تخصصی انجام شده و مدلسازی با استفاده از 15 شاخص تأثیرگذار در وقوع زمینلغزش و با تکیه بر دادههای جدید و بهروز صورت گرفته است. برای اطمینان از صحت نتایج، بازدیدهای میدانی گستردهای به منظور اعتبارسنجی یافتهها انجام شده است. این رویکرد ترکیبی، که تلفیقی از روشهای کمی پیشرفته و بررسیهای میدانی است، دقت و قابلیت اطمینان نتایج را به میزان قابل توجهی افزایش داده است. یافتههای پژوهش نشان میدهد حدود 30 درصد از مساحت منطقه (12/75 کیلومتر مربع) در کلاس خطر زیاد قرار دارد و پنج عامل کلیدی شامل ویژگیهای زمینشناسی (با ضریب تأثیر60/0)، شیب دامنه (47/0)، مجاورت با رودخانه (34/0)، جهت شیب (31/0) و فعالیتهای جادهسازی (28/0) بیشترین نقش را در ایجاد ناپایداری شیبها دارند. در این میان، سازندهای حساسی مانند رسوبات کواترنری، مارن و نمکهای گچساران به دلیل ساختار سست و انعطافپذیر، بیشترین آسیبپذیری را در برابر گسیختگی نشان میدهند. تحلیلها حاکی از آن است که ترکیب این عوامل میتواند اثر تشدیدکننده بر ناپایداری شیبها داشته باشد. به ویژه، شیبهای تند با افزایش نیروی گرانش، همجهتی لایههای سنگی با شیب طبیعی دامنه، و قرارگیری دامنههای شمالی و شمالشرقی که رطوبت بیشتری را در خود حفظ میکنند، شرایط ایدهآلی برای وقوع زمینلغزش ایجاد مینمایند. از سوی دیگر، فعالیتهای انسانی به ویژه جادهسازی با تخریب ساختار طبیعی شیبها و تغییر الگوی زهکشی، و همچنین فرسایش پایدیوارهای توسط رودخانهها، سهم قابل توجهی در کاهش پایداری دامنهها دارند. این یافتهها بر ضرورت توجه جدی به مناطق با سازندهای حساس و شیبهای تند در برنامهریزیهای توسعهای تأکید دارد. مدیریت جامع این عوامل و اعمال تمهیدات پیشگیرانه میتواند به کاهش محسوس خطر زمینلغزش در مناطق کوهستانی منجر شود و خسارات ناشی از این پدیده را به حداقل برساند. همچنین نتایج نشان میدهد سه عامل ارتفاع (09/0-)، گسل (10/0-) و NDVI (16/0-) کمترین تأثیر را در وقوع زمینلغزش داشتهاند. بررسیها حاکی از آن است که ارتفاعات بالاتر در منطقه نقش تعدیلکننده ایفا کردهاند، گسلهای موجود از نقاط لغزش فاصله داشتهاند و پوشش گیاهی متراکم با تثبیت خاک، اثر بازدارنده در زمینلغزش نشان داده است. این یافتهها از یک سو با نتایج یانگ (2024) و نیراج (2023) درباره نقش تثبیتکننده پوشش گیاهی همخوانی دارد، اما از سوی دیگر با یافتههای محمدی و همکاران (1399) در مورد تأثیر جهت شیب و بارش، اصغریسراسکانرود (1399) درباره نقش ارتفاعات بالا و ریهان و همکاران (2024) در زمینه اهمیت ارتفاع و پوشش گیاهی تفاوت دارد. این تفاوتها احتمالاً ناشی از شرایط خاص زمینشناسی منطقه، روششناسی متفاوت پژوهش و تغییرات زمانی در عوامل محیطی است.
رودخانه کارون با جریان مداوم خود در امتداد دامنههای منطقه مورد مطالعه، به تدریج باعث فرسایش پایه شیبها شده و پایداری طبیعی آنها را کاهش میدهد. این فرآیند فرسایشی، تکیهگاه دامنهها را تضعیف کرده و خطر وقوع زمینلغزش را افزایش میدهد. از سوی دیگر، فعالیتهای انسانی به ویژه احداث جادهها در مسیر شهر دهدز، تأثیر قابل توجهی بر ناپایداری شیبها داشته است. ایجاد ترانشههای متعدد برای راهسازی نه تنها ساختار طبیعی دامنهها را تغییر داده، بلکه باعث اختلال در سیستم زهکشی منطقه شده است. این تغییرات منجر به تجمع آب در پشت جادهها و افزایش فشار هیدرواستاتیک بر خاک میشود که در نهایت مقاومت خاک را کاهش میدهد. یافتههای این پژوهش با نتایج مطالعات پیشین مانند تحقیق ژانگ[1] و همکاران (2020) درباره نقش راهسازی در زمینلغزش و همچنین پژوهش محمدی و همکاران (1402) در مورد اهمیت عوامل شیب، لیتولوژی و رودخانهها همخوانی دارد. با این حال، در برخی جنبهها مانند تأثیر جهت شیب و بارش، تفاوتهایی با مطالعات قبلی مشاهده میشود. این تفاوتها احتمالاً ناشی از شرایط خاص منطقه مورد مطالعه و روششناسی متفاوت تحقیق حاضر است. برای مدیریت این چالشها، اجرای راهکارهای جامعی شامل کنترل فرسایش رودخانهای، اعمال تمهیدات ویژه در پروژههای عمرانی، پایش مستمر مناطق پرخطر و استفاده از روشهای نوین پایدارسازی شیبها ضروری به نظر میرسد. این اقدامات میتواند در قالب برنامهریزی یکپارچه حوضه آبخیز اجرایی شود و به کاهش خطرات ناشی از زمینلغزش در منطقه کمک کند.
ارزیابی دقت مدل با شاخص AUC بالای 9/0 برای هر دو مجموعه دادههای آموزشی و آزمایشی، نشاندهنده عملکرد بسیار دقیق این روش در پیشبینی مناطق مستعد است. از جنبه روششناسی، بررسیهای انجام شده تأیید میکنند که دادههای مورد استفاده از شرایط لازم برای تحلیلهای رگرسیونی برخوردار بودهاند. نتایج حاصل از تحلیل Q-Q Plot نشان میدهد که مفروضات اساسی مدلسازی رگرسیونی، از جمله نرمال بودن توزیع خطاها، به خوبی رعایت شدهاند. این موضوع اعتبار نتایج حاصل از مدل رگرسیون خطی چندگانه را تضمین نموده و قابلیت اتکای آن را برای تصمیمگیریهای مدیریتی افزایش میدهد. از دیدگاه مدیریت ریسک، یافتههای این پژوهش بر ضرورت توجه ویژه به مناطق دارای سازندهای زمینشناسی حساس به ویژه در شیبهای تند و مجاور رودخانهها تأکید دارد. این مناطق به دلیل آسیبپذیری بالا، نیازمند اقدامات پیشگیرانه و مدیریتی فوری هستند. از سوی دیگر، نقش مؤثر پوشش گیاهی در پایداری شیبها لزوم توجه به برنامههای حفاظتی و احیای مراتع را پررنگ میسازد. حفظ و توسعه پوشش گیاهی میتواند به عنوان یک راهکار طبیعی و کمهزینه در کاهش خطر زمینلغزش مورد توجه قرار گیرد. نتایج این مطالعه میتواند مبنای علمی مناسبی برای اولویتبندی اقدامات کاهش خطر و برنامهریزیهای کاربری اراضی در منطقه فراهم نماید و تلفیق این یافتهها با دانش محلی و بررسیهای میدانی میتواند منجر به توسعه راهکارهای مؤثرتر و سازگار با شرایط بومی برای مدیریت پایدار خطر زمینلغزش در حوضه آبریز دهشیخ شود. با این حال، برای دستیابی به نتایج دقیقتر به ویژه در مناطق با خطر بسیار زیاد، توسعه مدلهای پیچیدهتر و استفاده از روشهای پیشرفتهتر تحلیلی مانند آنالیزهای دینامیکی تغییرات رطوبتی و مدلسازی سهبعدی تنش-کرنش پیشنهاد میشود. اعتبارسنجی نتایج با روشهای چندمعیاره و مقایسه با سایر مدلهای پیشبینی نیز میتواند دقت تحلیلی پژوهشهای آینده را افزایش دهد. این یافتهها میتواند مبنای علمی مناسبی برای تدوین طرحهای جامع مدیریت ریسک در حوضههای مشابه فراهم نماید.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
This research aimed to map landslide susceptibility in the Dehsheikh watershed in northeastern Khuzestan province, identifying high-risk areas and proposing practical solutions using the Multiple Linear Regression (MLR) algorithm. The study examined 15 influential parameters across four main categories: geological factors (formations, faults, earthquakes), topographic factors (slope, aspect, elevation), environmental factors (precipitation, land use, vegetation cover), and hydrological factors (distance from rivers, Topographic Wetness Index (TWI), and SPI). In this study, 129 historical landslide points were identified and 2,500 random points were generated as control samples. The data were split into a 70:30 ratio for model training and testing. After preparing information layers in ArcGIS, SAGA-GIS, and ENVI software, modeling was performed using the MLR algorithm in the RStudio environment.
The ROC curve validation showed the model had excellent performance in landslide prediction with AUC = 0.909 for training data and AUC = 0.906 for test data (p < 0.01). Factor analysis revealed the geological formations had the greatest impact on landslide occurrence (coefficient = 0.60, p < 0.001). Specifically, the Quaternary and Gachsaran formations showed the highest sensitivity due to their unfavorable geotechnical characteristics. Slope (0.47, p < 0.001) and distance from rivers (0.34, p < 0.01) were secondary influencing factors. This study demonstrated that integrating field methods and remote sensing with machine learning algorithms provides a powerful tool for landslide risk management. However, limitations include the resolution of input data and spatial scale of analysis. Simultaneous consideration of natural and human factors can make planning for high-risk areas more effective. Implementation of proposed solutions including biological measures, water resource control, and structural measures could lead to significant damage reduction. Future studies are recommended to use combined methods with higher resolution data and three-dimensional modeling approaches.
کلیدواژهها [English]
این پژوهش با هدف پهنهبندی خطر زمینلغزش در حوضه آبریز دهشیخ در شمالشرق استان خوزستان، به شناسایی مناطق پرخطر و ارائه راهکارهای عملی با استفاده از الگوریتم رگرسیون خطی چندگانه (MLR) پرداخته است. دادههای مورد بررسی شامل ۱۵ پارامتر مؤثر در چهار گروه اصلی عوامل زمینشناسی (سازندها، گسلها، زلزله)، عوامل توپوگرافیکی (شیب، جهت شیب، ارتفاع)، عوامل محیطی (بارش، کاربری اراضی، پوشش گیاهی) و عوامل هیدرولوژیکی (فاصله از رودخانه، TWI، SPI) بودند. در این مطالعه، ۱۲۹ نقطه زمینلغزش تاریخی شناسایی و ۲۵۰۰ نقطه تصادفی به عنوان نمونههای کنترل تولید شد و دادهها به نسبت ۷۰ به ۳۰ برای آموزش و آزمون مدل تقسیم شدند. پس از تهیه لایههای اطلاعاتی در نرمافزارهای ArcGIS،SAGA-GIS و ENVI، مدلسازی با الگوریتم MLR در محیطRStudio انجام گرفت. اعتبارسنجی نمودار ROC نشان داد که مدل با مقدار 909/0AUC= برای دادههای آموزشی و 906/0 AUC= برای دادههای آزمایشی، عملکرد بسیار خوبی در پیشبینی زمینلغزش دارد. تحلیل عوامل مؤثر نشان داد که سازندهای زمینشناسی با ضریب 60/0 بیشترین تأثیر را در وقوع زمینلغزش دارند. بهویژه سازندهای کواترنری و گچساران به دلیل ویژگیهای ژئوتکنیکی بیشترین حساسیت را نشان دادند. شیب با ضریب 47/0 و فاصله از رودخانه با ضریب 34/0 در ردههای بعدی عوامل مؤثر قرار گرفتند. در مقابل، شاخص ارتفاع (09/0-)، گسل (10/0-) و NDVI (16/0-) کمترین تاثیر در زمینلغزش دارند. این پژوهش نشان داد که تلفیق روشهای میدانی و سنجش از دور با الگوریتمهای یادگیری ماشین، ابزار قدرتمندی برای مدیریت خطر زمینلغزش محسوب میشود و توجه همزمان به عوامل طبیعی و انسانی میتواند برنامهریزی برای مناطق پرخطر را اثربخشتر کند. همچنین اجرای راهکارهای پیشنهادی شامل اقدامات بیولوژیک، کنترل منابع آب و تمهیدات سازهای میتواند به کاهش قابل توجه خسارات منجر شود. پیشنهاد میشود در مطالعات آتی از روشهای ترکیبی و دادههای با دقت بالاتر استفاده شود.