bayesian averaging model
در نشریات گروه آبخیزداری، بیابان، محیط زیست، مرتع-
یکی از راهکارهای ارزیابی، مدل سازی با استفاده از مدل های کیفی است؛ اما عدم اطمینان در خصوص نتایج مدل های کیفی باعث شده است که کم تر به این مدل ها توجه شود. لذا این پژوهش به پیش بینی و تعیین وضعیت خطر فرسایش آبی حوزه آبخیز قرناوه با بهره گیری از رویکرد و مدل کیفی PAP/RAC و مقایسه نتایج آن با مدل RUSLE و هم چنین تعیین عامل های تاثیرگذار درنتیجه پیش بینی این مدل با روش میانگین گیری بیزین (BMA) به منظور تعیین کارایی نتایج مدل مذکور در راستای ارزیابی، شناسایی و اولویت بندی بهتر نقاط در معرض خطر فرسایش آبی و ارائه راهبردهای موثر حفاظت آب وخاک پرداخته است. نتایج پژوهش در خصوص مقایسه کلی نتایج دو مدل، اختلاف پیش بینی آنان را 20/56 کیلومترمربع بیان نمود اما مقایسه دقیق مکانی نقشه پیش بینی وضعیت خطر فرسایش آبی حاصل از دو مدل PAP/RAC و RUSLE نشان داد که 67/74 درصد تشابه مکانی در پیش بینی آنان مربوط به طبقه خیلی زیاد می باشد. هم چنین بررسی میزان تاثیرگذاری عامل های مدل (شیب، سنگ شناسی، کاربری اراضی و تراکم پوشش گیاهی) بروی نقشه پیش بینی خطر فرسایش با استفاده از رویکرد میانگین بیزین، گویای این می باشد که شیب با بالاترین جرم در الگوهای برتر توسعه داده شده در طبقه خیلی کم دارای تاثیر منفی و در طبقات متوسط، زیاد و خیلی زیاد دارای تاثیر مثبت بروی نقشه پیش بینی خطر فرسایش مدل PAP/RAC است؛ بنابراین با توجه به تاثیر عامل شیب در کل طبقات، جهت پیش بینی بهتر نیازمند دقت در طبقه بندی و ارزش گذاری متناسب با منطقه است چراکه نتایج خروجی مدل تاثیرپذیری بالایی را نسبت به این عامل دارد. لذا بر اساس نتایج این پژوهش می توان اعلام داشت مدل PAP/RAC با شرط دقت در تاثیرگذاری و طبقه بندی عامل های آن متناسب با کشور ایران، بهترین و ساده ترین مدل کیفی در جهت برآورد خطر فرسایش آبی حوزه های آبخیز فاقد یا با کمبود اطلاعات می باشد که با توجه به رویکرد توصیفی و رویکرد ادغام، ضمن پیش بینی خوب می تواند روند تغییرات حالت فرسایش را در هر طبقه نیز نشان دهد و ارائه راهبرد های موثر حفاظت آب وخاک در راستای کاهش روند و توسعه فرسایش خاک را میسر سازد و برای توسعه یک استراتژی جامع برای مدیریت پایدار حوضه استفاده شود.کلید واژگان: مدل های کیفی، میانگین گیری بیزین، معادله اصلاح شده جهانی فرسایش خاک، هدررفت خاکQualitative modeling is one of the methodologies employed for assessment. However, skepticism about the outcomes of such models has led to a reduction in their consideration. Consequently, this study employs the qualitative model approach of PAP/RAC to predict and determine the status of water erosion risk in the Qarnaveh watershed. This approach is juxtaposed with the RUSLE model, and influential factors are identified using Bayesian Model Averaging (BMA) to enhance evaluation, delineate vulnerable zones more effectively, and propose viable water and soil conservation strategies. Research findings revealed a 20.56 Km2 difference in predictions between the two models. Nonetheless, a meticulous spatial examination of water erosion risk prediction maps from both PAP/RAC and RUSLE models demonstrates a spatial congruence of 67.74%, predominantly within the "very high" category. Furthermore, the analysis of influential factors (slope, lithology, land use, and vegetation cover density) on the erosion risk prediction map, employing the Bayesian averaging approach, underscores slope as the most significant determinant in the developed superior patterns. In the PAP/RAC model, it exhibits adverse effects in the "very low" category but exerts positive influence in the "moderate," "high," and "very high" categories. In view of the significant influence of slope across all categories, it is therefore necessary to carefully classify and assess regional characteristics for refined predictions. Consequently, based on research findings, the PAP/RAC model emerges as the most efficacious and straightforward qualitative model for estimating water erosion risk in data-deficient watersheds, with precise consideration of its influential factors aligned with Iranian context. This methodological approach, which integrates descriptive and integrative techniques, not only facilitates precise prediction, but also facilitates the formulation of effective water and soil conservation strategies, thereby contributing to the development of a comprehensive strategy for sustainable watershed management.Keywords: Bayesian Averaging Model, RUSLE, Qualitative Models, Soil Erosion
-
مقدمه
ارزیابی، شناسایی و اولویت بندی مناطق مستعد فرسایش امری ضروری است اما ماهیت فرسایش خاک و فرآیند های دخیل در آن موجب شده است که راهبرد های موثر در زمینه حفاظت آب وخاک، نیازمند ارزیابی خطر در مقیاس های زمانی و مکانی مختلف باشد. از این رو، پژوهش حاضر با بهره گیری از رویکرد و مدل کیفی PAP/RAC به پیش بینی و تعیین وضعیت خطر فرسایش آبی حوزه آبخیز قرناوه و بررسی عدم قطعیت عوامل موثر بر نقشه وضعیت خطر فرسایش حاصل از مدل مذکور با روش میانگین گیری بیزین، به منظور ارزیابی، شناسایی و اولویت بندی بهتر نقاط در معرض خطر فرسایش آبی، به جهت ارائه راهبرد های موثر حفاظت آب وخاک در راستای کاهش روند و توسعه فرسایش خاک پرداخته است.
مواد و روش هامرکز فعالیت منطقه ای/ برنامه اقدامات اولویت دار (PAP/RAC) که در سال 1977 تاسیس شد، یکی از شش مرکز فعالیت منطقه ای برنامه اقدام مدیترانه (MAP) است که خود بخشی از برنامه محیط زیست سازمان ملل متحد (UNEP) است. بیست ویک کشور مدیترانه ای و همچنین اتحادیه اروپا، MAP را تشکیل می دهند و هدف مشترک آن ها ایجاد محیط سالم تر مدیترانه ای است که بر اصل توسعه پایدار تکیه دارد. حوزه اصلی فعالیت PAP/RAC حمایت از کشورهای مدیترانه ای در بهبود مدیریت پایدار سواحل خود، به ویژه از طریق تصویب و اجرای پروتکل مدیریت یکپارچه مناطق ساحلی در مدیترانه است. در سال 1998 مدل و رویکرد PAP/RAC ارائه و با عنوان مرکز فعالیت منطقه ای/ برنامه اقدامات اولویت دار مورداستفاده قرار گرفت. طی این پژوهش با توجه به ساختار اجرایی مدل و رویکرد PAP/RAC در مرحله اول (رویکرد پیش بینی) در گام اول ابتدا نقشه شیب حوضه از مدل رقومی ارتفاع 30 متری تهیه و بر اساس دستورالعمل ارزش گذاری و به پنج طبقه تقسیم شد. در گام دوم نقشه سنگ شناسی از نقشه های زمین شناسی 1:250000 استان گلستان (شیت کوه کورخود) تهیه و بر اساس دستورالعمل ارزش گذاری و به پنج طبقه تقسیم شد. در گام سوم نقشه فرسایش پذیری شیب که حاصل برهم نهی (ادغام) نقشه رخساره های سنگی و نقشه شیب مطابق دستورالعمل ارزش گذاری و تهیه شد. در گام چهارم کاربری اراضی از طبقه بندی تصاویر مردادماه سال 1402 ماهواره سنتینل 2 در محیط سامانه Google Earth Engine همراه با اطلاعات منطقه ای موجود تهیه و به چهار طبقه مسکونی، جنگل، مرتع و زراعت تقسیم بندی و مطابق دستورالعمل ارزش گذاری شد. در گام پنجم نقشه تراکم پوشش گیاهی با استفاده از شاخص نرمال شده اختلاف پوشش گیاهی (NDVI) برای بازه زمانی مردادماه سال 1402 محاسبه و مطابق دستورالعمل ارزش گذاری شد. در گام ششم نقشه حفاظت خاک از ادغام نقشه کاربری اراضی و تراکم پوشش گیاهی مطابق دستورالعمل ها ایجاد شد. در گام هفتم نقشه وضعیت خطر فرسایش پیش بینی شده که تاثیر عوامل شیب، سنگ شناسی، کاربری اراضی و پوشش زمین را در نظر می گیرد از ادغام نقشه فرسایش پذیری (تلفیق شیب و سنگ شناسی) و نقشه حفاظت خاک مطابق دستورالعمل ها ایجاد شد. پس از ایجاد نقشه وضعیت خطر فرسایش منطقه، با رجوع به منطقه و با استفاده از عکس های هوایی، حالت های فرسایشی منطقه به منظور انجام رویکرد توصیفی مدل، برداشت و درنهایت با جانمایی حالت های فرسایشی برداشت شده بروی نقشه پیش بینی وضعیت خطر فرسایش، رویکرد ادغام مدل اجرا گردید. در هدف دوم این پژوهش، با در نظر گرفتن مساحت حوزه (هر هکتار) به عنوان حجم جامعه آماری و استفاده از رابطه کوکران، تعداد نقاط ب تصادفی تعیین و با استفاده از دستور Create Random points متناسب با مرز آبخیز قرناوه، در نرم افزار ArcGIS نقاط تصادفی جانمایی شد و بر اساس ارزش هر نقطه در عامل های مدل (شیب، زمین شناسی، پوشش گیاهی و کاربری اراضی) با استفاده از روش میانگین گیری بیزین میزان تاثیر هر عامل بروی نقشه پیش بینی وضعیت خطر فرسایش آبی در محیط برنامه R مشخص شد.
نتایج و بحث:
نتایج حاصل از بررسی مدل کیفی PAP/RAC نشان داد که 19/0، 34/3، 94/34، 28/227 و 53/514 کیلومترمربع از حوضه به ترتیب در وضعیت خطر فرسایش خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و بسیار زیاد است. به عبارت دیگر 81/741 کیلومترمربع از حوضه در وضعیت خطر فرسایش زیاد و بسیار زیاد است که به طور کلی نتایج بیانگر پتانسیل بالای این حوضه در فرسایش و هدررفت خاک با توجه به عامل های مدل کیفی PAP/RAC است و همچنین نتایج بررسی عدم قطعیت با مدل میانگین بیزین، گویای اهمیت بالای شیب و سنگ شناسی در نتیجه و خروجی مدل است.
نتیجه گیریبا توجه به اهمیت ارزیابی نقاط مستعد فرسایش پیشنهاد می شود، ارزش گذاری (رتبه دهی) در زمینه عامل های مدل PAP/RAC با دقت بیشتری انجام گیرد و در صورت امکان دستورالعمل های مدل متناسب با شرایط کشور ایران تهیه گردد تا ارائه راهبردهای موثر حفاظت آب وخاک با توجه به نتایج مدل و در راستای کاهش روند و توسعه فرسایش خاک، موثرتر واقع گردد.
کلید واژگان: رویکرد و مدل PAP، RAC، مدل میانگین گیری بیزین، مدل سازی کیفی، هدر رفت خاکIntroductionIt is necessary to evaluate, identify and prioritise areas prone to erosion. However, the nature of soil erosion and its processes have necessitated effective water and soil conservation strategies, which require hazard assessment at various temporal and spatial scales. Therefore, the current research utilizes the PAP/RAC qualitative model to predict and determine the water erosion hazard status of the Qharnaveh watershed. It also investigates the uncertainty of the factors affecting the erosion hazard map obtained from this model using Bayesian Model Averaging (BMA). This is done to enhance the evaluation, identification, and prioritization of points at risk of water erosion, thereby providing effective strategies for water and soil conservation to mitigate the trend and development of soil erosion.
Materials and MethodsThe Priority Actions Program/Regional Activity Centre (PAP/RAC), established in 1977, is one of the six Regional Action Centers of the Mediterranean Action Program (MAP), which is itself part of the United Nations Environment Program (UNEP). The MAP includes 21 Mediterranean countries and the European Union, with a common objective of creating a healthier Mediterranean environment on the basis of sustainable development principles. The main area of PAP/RAC is to support Mediterranean countries in improving the sustainable management of their coasts, in particular through the adoption and implementation of the Integrated Management Protocol in the Mediterranean Coastal Zones. In 1998, the PAP/RAC model and approach were presented and employed as a PAP/RAC. According to the executive structure of the PAP/RAC model, in the first stage (predictive approach), in the first step, a Watershed slope map was prepared from a DEM at a height of 30 m, and based on the valuation manual, it was divided into five classes. In the second step, the lithological map was prepared from 1:250,000 geological maps of Golestan province, which was divided into five classes based on the valuation manual. In the third step, the slope erodibility map, which is the result of integration of the rock unit map and the slope map, was evaluated and prepared according to the instructions. In the fourth step, a land use map was prepared based on the classification of the Sentinel 2 satellite images of August 2023 in the Google Earth Engine along with the existing regional information and divided into four categories: residential, forest, pasture and agriculture and evaluated according to the instructions. In the fifth step, the vegetation density map for August 2023 was calculated using the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and evaluated according to the instructions. In the sixth step, integrating the land use map and vegetation density map according to the instructions, the soil conservation map was created. In the seventh step, a predicted erosion hazard map was prepared by integrating the erodibility map (integration of slope and lithology) and the soil conservation map, considering the influence of slope factors, lithology, land use, and land cover. After creating the erosion hazard map of the region, field survey and aerial photos were used to assess the erosion states, facilitating the implementation of a descriptive approach to the model. Finally, by overlaying the erosion states on the erosion hazard prediction map, the model integration approach was executed. For the second approach of this research, the area of the watershed (each hectare) was considered as the size of the statistical population. Cochran's formula was utilized to determine the number of random points. Using the 'Create Random Points' command corresponding to the boundary of the Qharnaveh watershed in the ArcGIS software, random points were placed. Based on the value of each point in the model factors (slope, geology, vegetation, and land use) using the BMA method, the impact of each factor on the water erosion hazard map was determined in the R program environment.
Results and DiscussionThe results of the PAP/RAC qualitative model showed that 0.19, 3.34, 34.94, 227.28, and 514.53 km2 of the watershed area were classified as very low, low, moderate, high, and very high erosion hazard, respectively. In other words, 741.81 km2 of the watershed area exhibited high and very high erosion hazard. Generally, according to the factors of the PAP/RAC qualitative model, the results indicate the high potential of this watershed for erosion and soil loss. Further, examination of uncertainty with the BMA reveals the significant importance of slope and lithology in the model output.
ConclusionConsidering the importance of evaluating erosion-prone points, it is recommended that the assessment of PAP/RAC model factors in the field should be conducted more meticulously. Additionally, if feasible, model guidelines tailored to the conditions of Iran should be developed to devise more effective water and soil conservation strategies based on the model results, aiming to mitigate the trend and development of soil erosion.
Keywords: Bayesian Averaging Model, PAP, RAC Approach, Model, Qualitative Modeling, Soil Loss
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.