maximum entropy method
در نشریات گروه آبخیزداری، بیابان، محیط زیست، مرتع-
مجله مدیریت بیابان، پیاپی 27 (پاییز 1402)، صص 89 -104
فرسایش شیاری به عنوان یکی از فرآیندهای آغازین در هدررفت خاک، منجر به اثرات درون منطقه ای و برون منطقه ای در سطح سیمای سرزمین می شود. استفاده از مدل های یادگیری ماشین می تواند برای پیش بینی تغییرات مکانی فرسایش اشکال فرسایش بکار گرفته شود. برای این منظور مناطق مستعد فرسایش شیاری با استفاده از روش آنتروپی بیشینه (MaxEnt) در حوزهآبخیز تالاب کجی استان خراسان جنوبی تعیین شد. نه متغیر مستقل سنگ شناسی، تندی شیب، بافت خاک، ژیومورفولوژی، کاربری زمین، پوشش گیاهی، ارتفاع از سطح دریا، جهت شیب و بارش استفاده شد. داده های میدانی از 138 برداشت صحرایی به عنوان متغیر وابسته به مدل معرفی گردید. بمنظور بررسی کارایی مدل، از شاخص ROC استفاده شد. نتایج پژوهش بیانگر دقت مدل آنتروپی بیشینه بود که نشان از مناسب بودن مدل مذکور در مدل سازی حساسیت پذیری فرسایش شیاری داشته است، به طوری که مقدار AUC در مرحله آموزش برابر 885/0 و در مرحله آزمون برابر 859/0 بدست آمد است که بیانگر طبقه خیلی خوب مدل می باشد. نتایج شاخص جک نایف به منظور تعیین اهمیت عامل ها نشان داد تندی شیب و حساسیت پذیری واحدهای زمین شناسی به عنوان مهمترین عوامل و درصد مشارکت در مدل سازی فرسایش شیاری هستند. بر اساس همپوشانی لایه های ورودی متغیرهای مستقل و نقشه حساسیت فرسایش شیاری مشخص شد که در رقوم ارتفاعی بالاتر از m 1700 با شیب 8 تا 20 % و جهات شیب شرقی تا جنوبی بیشترین فراوانی فرسایش شیاری رخ داده است. علاوه بر این، در مناطقی که مراتع ضعیف و پوشش کم تا متوسط گیاهان استپی بر روی خاک عمدتا شنی سنگریزه دار گسترش یافته اند و بارش سالانه بیشتر از mm/year 150 است، فرسایش شیاری از فراوانی بیشتری برخوردار است. ضمن اینکه واحد زمین شناسی آبرفتی مخروطه افکنه ای بر روی تپه ها، فلات ها و تراس ها اهمیت بیشتری در وقوع فرسایش شیاری داشتند. در کل نتایج نشان داد مدل آنتروپی بیشینه به منظور مدل سازی فرسایش شیاری حوزه آبخیز تالاب کجی نهبندان از کارایی مناسبی برخوردار است. ضمن اینکه با استفاده از متغیرهای محیطی شامل تندی شیب و واحدهای زمین شناسی نیز می تواند به مدل سازی حساسیت پذیری فرسایش شیاری در منطقه مطالعاتی بپردازد.
کلید واژگان: فرسایش خاک، همپوشانی لایه ها، حساسیت واحدهای زمین شناسی، یادگیری ماشینIntroductionSoil erosion is a serious threat to human well-being and life, especially in arid and semi-arid regions, and is one of the important issues in land management. Rill erosion is one of the most significant events in water erosion that affect soil loss, landscape, water resources, and land degradation can cause significant loss of soil in different climates. Identifying the effective processes that lead to the creation and expansion of rill erosion is necessary, and finding effective solutions to prevent rills is essential. In the meantime, one of the management solutions is determining the prone area to rill erosion. The high sensitivity of the lands of Nehbandan city (Kaji wetland watershed) to erosion is the reason for determining the prone areas to rill erosion. The maximum entropy method was used to identify the area that is susceptible to rill erosion.
Material and MethodsThe modeling process used 9 effective factors, including height, slope steepness, slope direction, rainfall, land use, land cover, soil texture, geomorphology, and geology, based on similar research. Factors affecting the occurrence of rill erosion were analyzed as independent variables. The first step in preparing a rill erosion sensitivity map was to determine the location of rill erosions in the Kaji wetland watershed using Google Earth and then to conduct field surveys. The basin was monitored in the field using GPS and 138 cases of rill erosion were recorded. The occurrence points were divided into two groups: training and validation, with a 70:30 ratio. The total occurrence points were divided into 97 incident points that were randomly selected for model training (validation stage) and 41 incident points that were used for validation purposes. The MaxEnt model relied on the data set used for training as independent variables. In order to use the maximum entropy model to determine rill erosion, first the independent variables (factors affecting the occurrence of rill erosion) and the dependent variable (identification of points with rill erosion) was converted to the required format and introduced to MaxEnt software. To evaluate the effectiveness of the model in detecting occurrence points (rill erosion) from pseudo-non-occurrence points, the area under the ROC curve was used. The Jack Knife test was utilized to investigate the identification and prioritization of 9 influential factors (independent variables) that influence the results. The model was implemented using the remaining variables as input factors after removing the independent variables separately for this purpose. The efficiency of the model built using all independent variables was measured in comparison to the case where the model was built based on other variables. To determine its effect on the output, the contribution of the omitted independent variable was examined.
Results and DiscussionAccording to the validation results, the sensitivity map for rill erosion has a high efficiency. The test stage should have a ROC curve of 0.859 (very good) and the test stage should have an average curve of 0.6 (moderate). The Jack Knife test revealed that the slope's steepness was the most significant environmental factor in the predicted sensitivity map for rill erosion in the study area. Geology and land cover were also recognized as other important factors. The MaxEnt model was found to be an effective model for preparing the rill erosion susceptibility map, according to the results. According to the findings, the slope steepness factor, which is 25%, is the main factor that affects the rill erosion of the Kaji wetland watershed. The high frequency of the slope class with a slope class below 20% suggests that this slope class is a significant factor in the development of rill erosion. The geological map of the region indicates that the majority of the region is dedicated to Quaternary formations, which is crucial for the development and creation of erosion in the region. The watershed's proneness to rill erosion is caused by poor rangeland usage. Management of vegetation and rangeland is necessary to reduce the potential for soil erosion in the region. According to the results, the soil texture of the region had less effect on the development of rill erosion; because most of the soil in the area is related to sand-gravel texture, which has a low effect on rill erosion. The MaxEnt model's high accuracy in modeling the sensitivity of rill erosion is evidenced by the results of the present study.
Keywords: Kaji Wetland Watershed, Maximum Entropy Method, Rill erosion, ROC Curve
- 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.