فهرست مطالب

مهندسی و مدیریت آبخیز - سال شانزدهم شماره 3 (پاییز 1403)

مجله مهندسی و مدیریت آبخیز
سال شانزدهم شماره 3 (پاییز 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/07/01
  • تعداد عناوین: 8
|
  • نرگس کریمی نژاد، حمیدرضا پورقاسمی*، محسن حسینعلی زاده، وحید شفاهی صفحات 316-330
    مقدمه

    زمین لغزش ها و فروچاله ها به زیرساخت های اجتماعی، اقتصادی و طبیعی آسیب می زنند. این فرایندها تاثیرات مستقیم و غیرمستقیم بر زیرساخت های مهم، از جمله مناطق مسکونی دارند و بر تغییر کاربری اراضی و مهاجرت از روستا به شهر تاثیرگذارند. یکی از اهداف اصلی در مدیریت پایدار اراضی، شناسایی و کنترل بلایای طبیعی است که از یک سو سبب ارتقاء کمی و کیفی تولید در طولانی مدت شده و از سوی دیگر، علاوه بر حفظ کیفیت خاک از تخریب خاک جلوگیری می کند. به منظور مدیریت بهتر و پایدارتر، آگاهی از نحوه تغییر پذیری و شناسایی شکل های مختلف فرسایشی مانند فروچاله ها و زمین لغزش ها ضروری به نظر می رسد.

    مواد و روش ها

    با پیشرفت های اخیر در استفاده از تصاویر پهپاد (UAV) و روش های یادگیری عمیق (DL)، امکان ارائه روش های نیمه خودکار برای شناسایی واحدهای اراضی در مناطق مختلف با دقت مکانی بسیار خوب فراهم شده است. در این پژوهش، توانمندی دو مدل یادگیری عمیق پیشرفته، یعنی مدل U-Net و مدل U-Net با نظارت عمیق (ADSMS) که بر روی تصاویر به دست آمده از پهپاد اعمال شده است، برای نقشه برداری زمین لغزش ها و فروچاله ها در بخشی از نهشته های لسی استان گلستان مورد بررسی قرار گرفته است.

    نتایج و بحث:

    عملکرد مدل U-Net در زمینه زمین لغزش ها نشان می دهد که مدل دارای مقادیر مثبت کاذب کمتری است، اما هم زمان، بسیاری از سلول های زمین لغزش را از دست داده است. درعین حال، مدل ADSMS U-Net در تشخیص سلول های زمین لغزش عملکرد بهتری داشته، اما موارد زیادی را به پیش بینی های نادرست نسبت داد (که با امتیاز پایین دقت توضیح داده شده است). بهترین امتیاز F1  به مقدار 0.68 برای مدل ADSMS U-Net به دست آمده است. برای همه ترکیب باندها در تشخیص فروچاله ها، عملکردهای ADSMS U-Net نسبت به مدلU-Net  سنتی بهتر است. بهترین امتیازات کلی توسطADSMS U-Net  زمانی به دست آمد که بر روی داده های ALL، آموزش داده شد. در مورد اثربخشی مختلف ترکیب های ارزیابی شده در این پژوهش، می توان رفتار متناقض مدل ها را مشاهده کرد. U-Net سنتی، بهترین عملکرد را با استفاده از ترکیب نوری RGB به دست می آورد، درحالی که ADSMS U-Net  می تواند از اطلاعات مشتقات توپوگرافی و داده های نوری بهره برده و با ترکیبALL  بهترین نتایج را نشان دهد. علاوه بر این، واضح است که داده های DSHC به تنهایی برای هر دو مدل بدترین نتایج را ارائه می دهد. به طور کلی نتایج نشان داد که قابلیت ADSMS U-Net برای پیش بینی زمین لغزش ها در مقایسه با U-Net به واقعیت زمین نزدیک تر است. این مدل اغلب زمین لغزش های موجود در قسمت های آزمون را شناسایی می کند. همچنین، برای همه ترکیب باندهای فروچاله ها، عملکرد ADSMS U-Net نسبت به مدل U-Net بهتر است. بهترین امتیازات کلی توسط ADSMS U-Net زمانی به دست آمده است که بر روی داده های ALL آموزش داده شده اند.

    نتیجه گیری

    از آنجایی که فروچاله ها منشا اصلی برخی از فرسایش های عمده دیگر ازجمله شروع و گسترش آبکند محسوب می شوند، استفاده از ابزارها و فناوری جدید نظیر پهپاد و یادگیری عمیق، بسیار مهم است. با استفاده از مدل های مورداستفاده در این پژوهش، زمین لغزش ها با امتیاز قابل قبول ٪69=F1 نقشه برداری شدند. همچنین، مشتقات توپوگرافیکی به دست آمده از مدل رقومی ارتفاع مبتنی بر پهپاد، توانایی نقشه برداری فروچاله ها و زمین لغزش ها با داده های موجود را دارا هستند. تحقیقات بعدی می توانند استفاده از چنین رویکردی را برای نقشه برداری از زمین لغزش ها و فروچاله ها در طول زمان مورد بررسی قرار داده تا تغییرات مبتنی بر زمان بر روی شکل گیری و گسترش مخاطرات طبیعی را ارزیابی کنند.

    کلیدواژگان: پهپاد بال ثابت، توپوگرافیکی، فتوگرامتری، مدل ADSMS U-Net، مدل U-Net
  • سمیه کریمی اصل، بهزاد حصاری*، کامران زینالزاده، مهدی عرفانیان صفحات 331-353
    مقدمه

    دشت سلماس، یکی از بحرانی ترین دشت های کشور از نظر فرونشست است. به طورکلی، عوامل مختلفی سبب فرونشست زمین می شوند، ولی در بسیاری مناطق برداشت بی رویه آب از سفره های زیرزمینی باعث فرونشست زمین می شود. افزایش روزافزون بهره برداری از آب های زیرزمینی به ویژه در حوضه هایی که با نهشته های آبرفتی، دریایی کم عمق یا دریاچه ای تحکیم نیافته انباشته شده اند، به نشست و یا فروریزش زمین منجر می شود. با برداشت بیش از حد آب زیرزمینی، سطح ایستابی لایه آبدار پایین رفته و فشار هیدرواستاتیک کاهش می یابد که درنتیجه امکان نشست زمین را به صورت تدریجی فراهم می نماید. فرونشست ماندگار دشت ها عمدتا در اثر همین عامل یعنی برداشت بیش از حد مجاز آب و فشرده شدن لایه های رسی و سیلتی میان آبخوان صورت می گیرد. در این صورت، حتی اگر سطح ایستابی مجددا بالاتر آید، امکان بازگشت زمین به تراز اولیه خود وجود ندارد.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش، حساسیت فرونشست دشت سلماس با بهره گیری از لایه های عوامل موثر در فرونشست با نرم افزار ArcGIS و منطق فازی بررسی شد. در مرحله اول، آمار و اطلاعات برخی عوامل که موجب ایجاد فرونشست می شوند، شامل افت سطح آب زیرزمینی، دبی بهره برداری از چاه ها، ضریب ذخیره آبخوان، ضریب انتقال پذیری، بارش، نقشه DEM، بافت خاک و عمق سنگ بستر، جمع آوری و نقشه رستری هر کدام از این عوامل در سطح آبخوان تهیه شد. در مرحله بعد، فازی سازی لایه ها با استفاده از توابع عضویت فازی، با توجه به تاثیر کاهش یا افزایش هر کدام از این عوامل در فرونشست زمین انجام گرفت. سپس، نقشه ها با عملگرهای فازی (Gamma، OR، AND، SUM، PRODUCT) با هم تلفیق شده و نقشه واحد حساسیت فرونشست آبخوان به دست آمد. در نهایت، برای انتخاب بهترین عملگر ترکیب، نتایج را با داده های مشاهده ای صحرایی مقایسه شد و با شاخص عملکرد منحنی ROC کنترل و صحت سنجی صورت گرفت.

    نتایج و بحث:

    نتایج نشان داد که عملگر OR با AUC= 0.693 کمترین انطباق را با فرونشست رخ داده در منطقه دارد. عملگرهای گاما با سطح زیر منحنی بالای 70 درصد، بیشترین همپوشانی یا انطباق را با فرونشست مشاهده ای در دشت داشتند و در این پژوهش عملگر گامای 0.9 با  0.805=AUC به عنوان بهترین عملگر فازی انتخاب شد. نتایج نشان می دهد که قسمت شرق آبخوان از نظر فرونشست بحرانی است. از کل مساحت دشت سلماس، 25 درصد معادل 93 کیلومترمربع دارای فرونشست با حساسیت خیلی بالا است.

    نتیجه گیری

    با توجه به نتایج به دست آمده می توان بیان کرد که علی رغم اینکه مقدار AUC اپراتور فازی sum بالاتر است؛ ولی در نقشه فازی گاما با مقدار 0.9 بیشترین انطباق را با واقعیت زمینی دارد، هرچند مقدار AUC کمتری دارد. ذکر این نکته ضروری است، عملگرهای حداقل سازی AND و Product با ایجاد منطقه با حساسیت کم و عملگرهای حداکثرسازی OR و SUM با حداکثرسازی منطقه، نمی توانند کارایی مطلوبی در تهیه نقشه حساسیت فرونشست داشته باشند و در اینجا فقط برای نمایش دادن ضعف کارایی اپراتورهای فازی در حداکثر یا حداقل سازی حساسیت فرونشست زمین، استفاده شده است.

    کلیدواژگان: تراز آب زیرزمینی، عملگرهای فازی، مناطق بحرانی، نهشته های آبرفتی، ROC
  • اردشیر مصباح، اسماعیل کرمی دهکردی*، شادعلی توحیدلو، امین صالح پور جم، توفیق سعدی صفحات 354-377
    مقدمه

    مروری بر مخاطرات طبیعی رخ داده در ایران، بیانگر این واقعیت است که این کشور همواره به دلیل داشتن ساختارهای مکانی-فضایی ویژه، بحران های طبیعی زیادی را متحمل شده و یکی از آسیب پذیرترین نقاط جهان در برابر مخاطرات محیطی بوده است. هدف از این پژوهش، مروری بر ردپای مطالعات تاب آوری مخاطرات طبیعی، ازجمله سیل، خشکسالی و تخریب اراضی (پژوهش های تک مخاطره) و مطالعات در مورد ترکیبی از این مخاطرات (پژوهش های ترکیبی) به وقوع پیوسته در مناطق مختلف ایران است.

    مواد و روش ها

    این مطالعه با استفاده از یک روش شناسی مفهومی و به کارگیری تحلیل نظام مند پژوهش های مرتبط انجام شده در کشور در قالب مقالات، رساله ها و پایان نامه های درج شده در پایگاه های اطلاعاتی مرکز اطلاعات علمی جهاد دانشگاهی (اس ای دی)، پژوهشگاه علوم و فناوری اطلاعات ایران (ایرانداک)، بانک اطلاعات نشریات کشور (مگیران)، مرجع دانش (سیویلیکا) و گوگل اسکالر انجام شد. در مطالعات قبلی، غالبا مفهوم تاب آوری را در یک چارچوب تحلیلی شناخته شده (تجزیه و تحلیل مفهوم) بررسی کرده اند، اما در این پژوهش با استفاده از تحلیل مفهومی که روشی برای بازنمایی دانش مفهومی و تجزیه وتحلیل داده ها است و به طور معمول برای روشن کردن معانی و گسترش تعاریف عملیاتی، از طریق در نظر گرفتن شواهد از چندین رشته به کار می رود، داده ها به صورت موضوعی تحلیل شدند. به کارگیری این چارچوب روش شناختی شناخته شده، رویکرد عینی تری را برای شفاف سازی مفاهیم، ممکن می سازد و به تفاوت های کاربرد تاب آوری در رشته های علمی گوناگون می پردازد.

    نتایج و بحث:

    اولین مطالعات صورت گرفته در زمینه تاب آوری در ایران، در غالب پایان نامه در سال 1367 در دانشگاه تربیت مدرس و در غالب مقاله نیز در سال 1384 در مجله پژوهشی حکیم صورت پذیرفته است، اما مطالعات تاب آوری در زمینه مخاطرات طبیعی، به خصوص در مناطق روستایی، از عمر کوتاهی برخوردار هستند؛ به گونه ای که آغاز نتایج به دست آمده از این مطالعات در ایران، از ابتدای دهه 1390 هجری شمسی است. بر اساس ملاک های ورود و خروج، پس از پالایش علمی تعداد 1742 سند علمی، 57 مقاله و پایان نامه وارد فرایند بررسی شد که بیشترین فراوانی مربوط به پایگاه اطلاعاتی گوگل اسکالر و کمترین فراوانی مربوط به پایگاه اطلاعاتی اس ای دی بود. بیشترین و کمترین مطالعات صورت گرفته به ترتیب در سال 1396 (12پژوهش) و سال های 1391، 1400 و 1402 (هرکدام یک پژوهش) بود. داده های اغلب پژوهش های مورد مطالعه به ترتیب با استفاده از آزمون های آماری از طریق نرم افزارهای SPSS، PLS و AMOS، فنون آماری رتبه بندی یا تحلیل سلسله مراتبی و نهایتا سنجش از دور مورد تحلیل قرار گرفته بود. برای زمین مرجع نمودن داده ها و نمایش فضایی جهت پهنه بندی در حوزه های موردمطالعه و همچنین اولویت بندی آنها، از نرم افزار ArcGIS بهره گیری شده بود. همچنین، بیشترین مطالعات صورت گرفته در زمینه تاب آوری، در حیطه خشکسالی (با 36.8 درصد فراوانی) و کمترین مطالعات صورت گرفته در حیطه مطالعات تخریب اراضی (10.5 درصد فراوانی) بود.

    نتیجه گیری

    نتایج به دست آمده حاکی از آن است که در پژوهش های صورت گرفته در حیطه سیل، بعد اجتماعی (29.4 درصد فراوانی)، بیشترین و بعد نهادی (20.6 درصد فراوانی)، از کمترین توجه برخوردار بودند. در حیطه خشکسالی، بعد اقتصادی (35.4 درصد) و بعد نهادی (16.7 درصد)، به ترتیب از بیشترین و کمترین توجه در پژوهش های صورت گرفته در این حیطه برخوردار بودند. در پژوهش های صورت گرفته در حیطه تخریب اراضی، بعد کالبدی (33.4 درصد)، بیشترین اهمیت و سایر ابعاد نیز هرکدام با 22.2 درصد فراوانی، به این موضوع توجه داشتند. در حیطه پژوهش های ترکیبی نیز بعد کالبدی (30.8 درصد) بیشترین و بعد اجتماعی (20.5 درصد) توجه را به خود اختصاص داده اند که این نتایج با شناسایی مولفه های مهم تاب آوری جامعه در برابر مخاطرات طبیعی، می تواند امکان بهبود مدیریت بحران، کاهش آسیب ها و برنامه ریزی اثربخش پروژه های توسعه و آموزشی در سطح کشور را فراهم کند.

    کلیدواژگان: آسیب پذیری، بحران های طبیعی، محیط زیست، مدیریت بحران، مناطق روستایی
  • ملیحه محمدنیا*، ابوالقاسم امیراحمدی، لیلی گلی مختاری صفحات 378-393
    مقدمه

    انسان با مسائل محیط زیستی فراوانی مواجه است. بلایای طبیعی جزئی از این مشکلات هستند که سالانه موجب کشته و مجروح شدن صدها هزار تن و بی خانمان شدن میلیون ها نفر در سراسر جهان می شوند. مخاطرات ژئومورفولوژیک به عنوان پدیده ای بالقوه زیان بار مطرح است که مهم ترین آنها حرکت های توده ای و زمین لغزش ها هستند. حرکت توده ای، شامل حرکت به سمت بیرون یا رو به پایین یک توده از مواد تشکیل دهنده دامنه تحت تاثیر نیروی گرانش است. این نوع حرکات عمدتا در اثر نیروی ثقل، عوامل طبیعی مثل بارش شدید، زلزله، اشباع شدن خاک از آب و همچنین، علل انسانی مثل تخریب پوشش گیاهی و عملیات نادرست مهندسی به وقوع می پیوندد. برطبق گزارش های جهانی مخاطرات طبیعی در سال 2012، لغزش در میان هفت بلایای طبیعی خطرناک جهان قرار گرفت. وقوع مخاطرات طبیعی (ازجمله زمین لغزش ها) فشار جدی بر روی توسعه اقتصادی کشورها، به ویژه کشورهای جهان سوم دارد. به طوری که خسارت های مالی ناشی از مخاطرات طبیعی، رشد و شکوفایی اقتصادی را با رکود مواجه می سازد. سرزمین ایران با توپوگرافی نسبتا کوهستانی، فعالیت زمین ساختی و لرزه خیزی زیاد و شرایط متنوع زمین شناسی و اقلیمی عمده شرایط طبیعی را برای ایجاد طیف وسیعی از زمین لغزش ها فراهم کرده است.

    مواد و روش ها

    هدف از این پژوهش، مدل سازی مکانی حساسیت زمین لغزش با استفاده از روش های یادگیری ماشین شامل جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان و درخت رگرسیون تقویت شده در استان خراسان رضوی است. در ابتدا، نقشه پراکنش زمین لغزش های منطقه در بازدیدهای صحرایی و با استفاده از بانک اطلاعات زمین لغزش های کشور تهیه شد. در مرحله بعد، 70 درصد زمین لغزش های شناسایی شده برای فرایند مدل سازی و 30 درصد برای ارزیابی مدل های یاد شده، به کار برده شد. لایه های اطلاعاتی ارتفاع، شیب، جهت شیب، فاصله از آبراهه، تراکم آبراهه، فاصله از جاده، فاصله از گسل، کاربری زمین، شاخص پوشش گیاهی، انحنای سطح، انحنای نیمرخ، بارش و واحدهای سنگ شناسی انتخاب و نقشه های آن در محیط ArcGIS تهیه شد.

    نتایج و بحث:

    نتایج اولویت بندی عوامل موثر با استفاده از مدل جنگل تصادفی نشان داد که عوامل بارش و ارتفاع بیشترین تاثیر را در وقوع رخداد زمین لغزش های منطقه موردمطالعه داشته است. همچنین، نتایج ارزیابی مدل های یادگیری ماشین با استفاده از منحنی تشخیص عملکرد نسبی (ROC) نشان داد نقشه تهیه شده با روش جنگل تصادفی بیشترین دقت (0.97) را در تهیه نقشه پتانسیل زمین لغزش در منطقه موردمطالعه داشته است و بر این اساس، بیش از 25 درصد منطقه در کلاس خطر زیاد و خیلی زیاد قرار دارد.

    نتیجه گیری

    این نقشه می تواند به برنامه ریزان محیطی جهت پروژه های عمرانی کمک کند و از تغییر کاربری و ساخت وساز در مناطق با حساسیت بالا جلوگیری شود. همچنین، می توان با آگاه نمودن مردم، فعالیت های ناصحیح انسانی در این زمینه را کاهش داد. گرچه کنترل زمین لغزش در حال وقوع اغلب امکان پذیر نبوده و یا در صورت امکان بسیار پرهزینه است ولی می توان با مدیریت صحیح در جهت پیشگیری و یا کاهش خطرات آن با در نظر گرفتن ویژگی های منطقه مطالعاتی، فعالیت هایی را به انجام رساند. امید است، با شناسایی عوامل موثر در وقوع حرکت های توده ای و پهنه بندی آن، بتوان کمک موثری در تدوین برنامه مدیریت خطر و کاهش خسارت های ناشی از این پدیده نمود.

    کلیدواژگان: حرکات توده ای، خطر، سامانه اطلاعات جغرافیایی، مدل جنگل تصادفی، نقشه حساسیت پذیری
  • نسرین اعظمی، عبدالواحد خالدی درویشان*، لیلا غلامی صفحات 394-414
    مقدمه

    فرسایش خاک، به طور خاص و تخریب خاک، به طور عام در نتیجه فعالیت انسان، امروزه به عنوان یک معضل اجتماعی مطرح بوده و نقش عامل انسانی در پیدایش و تسریع روند تخریب خاک در بسیاری از مناطق روشن شده است. دستیابی به آمار و اطلاعات دقیق در مورد میزان فرسایش خاک و رسوب در حوزه های آبخیز به منظور اجرای برنامه های حفاظت خاک و تعیین روش های مبارزه با فرسایش خاک و کاهش تولید رسوب ضروری است. به دلیل کمبود آمار در زمینه فرسایش خاک و تولید رسوب در بسیاری از حوزه های آبخیز کشور، به کارگیری روش های تجربی مناسب برای برآورد فرسایش، رسوب دهی و به ویژه نسبت تحویل رسوب اجتناب ناپذیر است.

    مواد و روش

    بدین منظور در پژوهش حاضر از مدل های برآورد نسبت تحویل رسوب شامل مدل های تجربی مبتنی بر متغیرهای زودیافت و سه مدل SATEEC، InVEST و WaTEM/SEDEM در حوزه آبخیز معرف-زوجی خامسان در غرب ایران استفاده شد. مدل WaTEM/SEDEM در بخش WaTEM برای برآورد فرسایش خاک مبتنی بر مدل RUSLE و در بخش SEDEM مبتنی بر عملکرد عوامل فیزیکی موثر در رابطه انتقال رسوب است. در بسیاری از منابع از روش سزیم-137 به عنوان تنها روش موجود و قابل اعتماد برای اندازه گیری اجزای بودجه رسوب شامل فرسایش کل، رسوب گذاری کل، فرسایش خالص (رسوب دهی) و نسبت تحویل رسوب به ویژه در مقیاس دامنه و زیرحوزه آبخیز یاد شده است. برای ارزیابی مدل های مورداستفاده، از نتایج محاسبه نسبت تحویل رسوب در روش سزیم-137 حاصل پژوهش های قبلی استفاده شد که برای کل حوزه آبخیز و متوسط 15 زیرحوزه آبخیز به ترتیب برابر 25.61 و 58.94 درصد است و صحت آن با استفاده از داده های رسوب مشاهداتی در خروجی حوزه آبخیز مورد تایید قرار گرفته است.

    نتایج و بحث:

    از بین مدل های بررسی شده برای برآورد نسبت تحویل رسوب، مدل های Renfro and Waldo (1983)، Williams and Brendt (1962)، Roehl (1962)، با بارش مازاد یک ساعت، Walling (1983)، Ferro (1995)، Vanoni (1975) و USDA (1972)، در مقیاس کل حوزه آبخیز و مدل های Renfro (1975)، USDA (1972)، USDA-SCS (1979)، SATEEC and Roehl (1962)، با بارش مازاد یک ساعت در مقیاس زیرحوزه آبخیز نزدیک ترین برآوردها را به روش سزیم-137 با در نظر گرفتن خطای 10± درصد داشتند و به عنوان مدل های مناسب برای برآورد نسبت تحویل رسوب در حوزه آبخیز معرف-زوجی خامسان انتخاب شدند. همچنین، این مدل ها می توانند برای برآورد نسبت تحویل رسوب در حوزه های آبخیز مشابه با حوزه آبخیز معرف-زوجی خامسان نیز مورداستفاده قرار داده شوند.

    نتیجه گیری

    در مقیاس زیرحوزه آبخیزها برآوردهای معادلات مبتنی بر متغیرهای زودیافت جز روش Roehl (1962)-بارش مازاد 0.1 ساعت به طور معنی داری کمتر از مدل SATEEC بوده، از طرفی برآوردهای تمام روش های مذکور به جز روش  Roehl (1962) بارش مازاد 0.1 ساعت به طور معنی داری بیشتر از مدل WaTEM/SEDEM و InVEST بود. این موضوع بر اهمیت در نظر گرفتن شرایط بارش مازاد برای برآورد نسبت تحویل رسوب در معادلات ارائه شده توسط Roehl تاکید دارد. همچنین، در مقیاس کل آبخیز نیز برآوردهای معادلات مبتنی بر متغیرهای زودیافت به جز روش Mutchler and Bowie (1975)، کمتر از نتایج مدل SATEEC بود. اختلاف زیاد عملکرد روش های مورد بررسی در دو مقیاس زیرحوزه آبخیز و کل حوزه آبخیز ناشی از اثر انکارناپذیر دشت میانی حوزه آبخیز خامسان در کاهش شدید انتقال رسوب زیرحوزه آبخیزها تا خروجی کل حوزه آبخیز بوده است.

    کلیدواژگان: سزیم-137، فرسایش خاک، مدل RUSLE، مدل Invest، مدل SATEEC
  • مریم سلیمانی پراپری آزاد، میرمسعود خیرخواه زرکش* صفحات 415-431
    مقدمه

    رشد سریع شهرها و روند صنعتی شدن، مشکلات محیط زیستی زیادی را در بسیاری از مناطق جهان ایجاد کرده است. آگاهی از روند تغییرات پوشش و کاربری اراضی طی دوره های زمانی طولانی برای برنامه ریزان و مدیران به منظور ارزیابی و پیش بینی مشکلات ناشی از این تغییرات بسیار با اهمیت است. سنجش ازدور، ابزار موثری برای پایش تغییرات پوشش اراضی در مناطق شهری و حوالی آن است. شهر تهران در چند دهه اخیر به واسطه رشد و به دنبال مهاجرت افراد، گسترش زیادی پیدا نموده و اثرات فراوانی بر محیط زیست پیرامون خود بر جای گذاشته است. ازاین رو، پژوهش حاضر به ارائه مدلی مبتنی بر الگوریتم درخت تصمیم (Decision Tree) جهت طبقه بندی و پایش تغییرات کاربری اراضی با استفاده از تصاویر سنجنده TM و MSS در محدوده غرب شهر تهران در فاصله سال های 1975 تا 2011 پرداخته است.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش، ابتدا یک تصویر سنجنده MSS و سه تصویر سنجنده TM ماهواره لندست است که در ماه خرداد اخذ شد ه و سپس داده های کمکی یعنی مدل رقومی ارتفاع مستخرج از نقشه توپوگرافی 1:25000 سازمان نقشه برداری است مورداستفاده قرار گرفته است. بعد از انجام پیش پردازش ها، با استفاده از شاخص های پوشش اراضی از جمله شاخص پوشش گیاهی، روش DT و ترکیب آن با روش طبقه بندی حداکثر احتمال طبقه های کاربری اراضی استخراج شد. سپس، دقت تصاویر طبقه شده حاصل از DT با کمک ضریب کاپا و دقت کلی ارزیابی صحت شد و در پایان با استفاده از روش مقایسه تصاویر در زمان های موردمطالعه تغییرات طبقه های مختلف کاربری اراضی محاسبه شد.

    نتایج و بحث:

    بر اساس یافته های این پژوهش، صحت کلی طبقه بندی برای سال 2011، 82 درصد است. همچنین، نتایج پایش تغییرات نشان داد که تراکم فضاهای ساخت وساز شده طی دوره زمانی 36 ساله دارای روندی مثبت و رو به افزایش است و در پی آن سایر اراضی در حال کاهش بوده اند. تراکم فضاهای ساخت وساز شده در سال 1975 با مساحت 2166 هکتار که معادل 8 درصد بوده به 8125 هکتار یعنی 29 درصد در سال 2011 رسیده است. در مجموع درصد تغییرات نسبی آن 21 درصد معادل 5959 هکتار است. با بررسی تغییرات کاربری اراضی در غرب شهر تهران از سال 1975 تا سال 2011 که در نقشه ها نمایش داده شده است، می توان گفت که با توسعه شهرنشینی و افزایش نیاز افراد به خدمات مختلف و نبود فضای کافی برای جوابگویی به این نیازها فضاهای باز و سبز غرب شهر تهران تخریب شده و جایگزین کاربری های مختلف شده است.

    نتیجه گیری

    پژوهش حاضر با هدف پایش پوشش و کاربری اراضی محدوده غرب تهران با دقت بالای طبقه بندی از طریق مدل مبتنی بر الگوریتمDT  و تلفیق نتایج طبقه بندی حداکثر احتمال با آن به انجام رسید. برای انجام پژوهش از تصاویر ماهواره ای چندزمانه سنجنده TM و MSS ماهواره لندست و داده های کمکی استفاده شده و پس از تهیه نقشه کاربری اراضی هر دوره زمانی، نقشه تغییرات پوشش و کاربری اراضی استخراج شد. نتایج این پژوهش نشان می دهد که داده های سنجش ازدور همراه با فن های طبقه بندی ترکیبی از توانایی بالایی در استخراج انواع نقشه های کاربری اراضی و همچنین ارزیابی تغییرات کاربری برخوردارند و همچنین پتانسیل داده های سنجنده MSS و TM ماهواره لندست را به عنوان یک ابزار مناسب و اقتصادی برای تصویر نمودن و تجزیه وتحلیل تغییرات پوشش اراضی در طی زمان نشان می دهد. همچنین نتایج پژوهش حاضر حاکی از آن است که استفاده از روش شاخه ای یا چندمرحله ای برای طبقه بندی تصاویر ماهواره ای، دارای مزایایی از جمله کاستن زمان پردازش، بهبود صحت طبقه های تعلیم کوچک، به کارگیری منابع متفاوتی از داده ها، مجموعه های مختلف از خصوصیات و حتی الگوریتم های متفاوت در هر مرحله از تصمیم گیری است.

    کلیدواژگان: سنجش از دور، سنجنده MSS، سنجنده TM، شاخص پوشش گیاهی، طبقه بندی حداکثر احتمال
  • علیرضا واعظی، اولدوز بخشی راد* صفحات 432-449
    مقدمه

    زمان تمرکز حوزه های آبخیز، یکی از مهم ترین و متداول ترین ویژگی های موثر در مطالعات هیدرولوژیکی به ویژه تعیین دبی جریان برای طرح های آبخیزداری است. اغلب حوزه های آبخیز دنیا و همچنین ایران، فاقد ایستگاه های اندازه گیری جریان هستند و مجریان طرح ها ناگزیر به استفاده از مدل های تجربی برآورد زمان تمرکز هستند. بررسی مطالعات پیشین نشان می دهد که مدل های تجربی برآورد زمان تمرکز به دلیل تغییر شرایط محیطی در خارج از محل ارائه مدل نتایج نامطلوبی دارند. از سوی دیگر اطلاعات کافی در مورد کارایی مدل های تجربی برآورد زمان تمرکز در بسیاری از حوزه های آبخیز در ایران و به ویژه در مناطق نیمه خشک وجود ندارد. هدف از این مطالعه ارزیابی دقت برخی مدل های تجربی برآورد زمان تمرکز در زیرحوضه های منطقه نیمه خشک شمال غرب کشور و شناسایی عوامل تعیین کننده آن است.

    مواد و روش ها

    این پژوهش در هشت زیرحوضه شامل آلانق، اردکلو، شکرعلی چای، شیرامین، کرجان، کلاله و لیوار از حوضه های دریاچه ارومیه و رود ارس در شمال غرب ایران انجام گرفت. داده های هواشناسی و هیدرومتری از اداره کل منابع طبیعی آذربایجان شرقی و ایستگاه های متعلق به وزارت نیرو اخذ شد. ویژگی های حوضه مانند مساحت، طول، شیب، ارتفاع و شکل از راه مطالعات میدانی و رسم نقشه ها در بستر GIS تعیین شد و زمان تمرکز با استفاده از هیدروگراف جریان ها در دوره آماری 30 سال (از سال 1367 تا 1397) محاسبه شد و از طریق شش مدل تجربی شامل کرپیچ (1940)، کربای (1959)، چاو (1962)، سازمان هوانوردی امریکا (1972)، برانسبی-ویلیامز (1980) و ونتورا (2007) برآورد شد. بررسی رابطه میان زمان تمرکز و ویژگی های حوزه آبخیز به روش ماتریس همبستگی با استفاده از معیار پیرسون انجام گرفت. برای ارزیابی دقت مدل ها از ضریب کارایی نش-ساتکلیف، میانگین خطا و ریشه میانگین مربعات خطا استفاده شد.

    نتایج و بحث:

    بر اساس نتایج مشاهده ای حاصل از روش هیدروگراف، زیرحوضه شکرعلی چای کوتاه ترین (66 دقیقه) و کلاله طولانی ترین زمان تمرکز (132 دقیقه) را دارد. مدل برانسبی-ویلیامز کمترین خطا (6.8 درصد) و بیشترین ضریب کارایی (73) را داشت؛ درحالی که بیشترین خطای برآورد (2/36 درصد) و کمترین ضریب کارایی (14.4-) در مدل سازمان هوانوردی آمریکا بود. شیب، مهم ترین عامل موثر بر زمان تمرکز برآوردی در مدل کرپیج (0.83-=r)، چاو (0.82-=r) و برانسبی-ویلیامز (0.73-=r) بود. مدل سازمان هوانوردی امریکا (1972) و مدل ونتورا (2007) در زیرحوضه های با شیب زیاد، برآورد ضعیف تری دارند و برای مناطق کوهستانی مناسب نیستند.

    نتیجه گیری

     نتایج نشان داد که از میان ویژگی های فیزیکی حوضه، مساحت، شیب و طول زیرحوضه در تغییرات زمان تمرکز نقش مهم تری دارند. این مطالعه نشان داد درصد شیب حوضه مهم ترین عامل کاهش زمان تمرکز و دبی اوج و افزایش سرعت سیلابی شدن در زیرحوضه های مورد بررسی است. بنابراین پیشنهاد می شود، برای زیرحوضه هایی که درصد شیب بالاتری دارند، از طرح های حفاظت خاک به منظور افزایش زمان تمرکز استفاده شود. ارزیابی مدل های برآورد زمان تمرکز در هشت زیرحوضه آبخیز نشان داد که مدل برانسبی-ویلیامز (1980) با میانگین خطا 6.80 درصد و ضریب کارایی نش- ساتکلیف 73 درصد مطلوب ترین برآورد را ارائه می کند، لذا، استفاده از این مدل در حوضه های مشابه که فاقد ایستگاه های اندازه گیری هستند، پیشنهاد می شود.

    کلیدواژگان: دبی اوج، درجه شیب، شرایط محیطی، مدل برانسبی-ویلیامز، مساحت
  • مجید کاظم زاده*، زهرا نوری، محمد جهان تیغ صفحات 450-468
    مقدمه

    یکی از بلایای طبیعی که مناطق مسکونی و محورهای جاده ای را در مناطق کوهستانی تهدید می کند، ریزش های دامنه ای شامل ریزش سنگ، وقوع بهمن و لغزش است. بهمن، یک حجم عظیمی از برف، سنگ، یخ و واریزه ها را به پایین دست مناطق کوهستانی حمل می کند. وقوع بهمن در مناطق کوهستانی، یکی از مهم ترین مخاطرات طبیعی است که خسارت های جانی و مالی بسیاری را ایجاد می کند و مطالعه عوامل موثر در وقوع بهمن و شبیه سازی آن جهت مدیریت این پدیده از اهمیت زیادی برخوردار است.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش، به تحلیل شاخص های موثر بر وقوع بهمن (شاخص های زمینی و هواشناسی) و شبیه سازی وقوع بهمن و مولفه های آن با استفاده از مدل RAMMS در جاده ولایت رود البرز مرکزی (جاده دیزین)، استان البرز پرداخته شده است. شاخص های توپوگرافی و ژئومورفولوژیکی ازجمله شیب، جهت، انحنای دامنه (Curvature)، شاخص موقعیت توپوگرافی (TPI)، شاخص ناهمواری زمین (TRI) و شاخص رطوبت توپوگرافی (TWI) با استفاده از مدل رقومی ارتفاع (DEM) با اندازه پیکسل 6 × 6  سانتی متر مربع با کمک پهباد تهیه شد. از شاخص های هواشناسی نیز بارش، دما و باد مورد بررسی قرار گرفت. سپس، با استفاده از مدل شبیه سازی RAMMS مولفه های بهمن ازجمله سرعت، فشار و ارتفاع بهمن در منطقه مورد مطالعه برآورد شد.

    نتایج و بحث:

    نتایج نشان داد که مقدار و جهت شیب و شاخص های توپوگرافی تاثیر زیادی بر روی شکل گیری و وقوع بهمن داشتند. مهم ترین گذرگاه بهمن با مساحت 5.7 هکتار و 54.6 درصد از منطقه موردمطالعه که شامل منطقه تجمع و گذرگاه اصلی با شیب 60 تا 120 درصد و جهت شمال شرقی است که بیشترین پتانسیل ایجاد بهمن را دارد. همچنین، نتایج مدل شبیه سازی RAMMS نشان داد که سرعت متوسط و حداکثر سرعت بهمن در منطقه 5.3 متر بر ثانیه و 16 متر بر ثانیه بوده است. متوسط فشار موثر بهمن هفت و حداکثر فشار بهمن در منطقه نیز 45 کیلو پاسکال بوده است. برآورد ارتفاع بهمن در منطقه نیز نشان داد که متوسط ارتفاع بهمن در منطقه توقفگاه (مناطق مسکونی) 4.5 متر و حداکثر ارتفاع بهمن در منطقه 10 متر است که جز بهمن های بزرگ طبقه بندی می شود.

    نتیجه گیری

    شناخت بهمن و ویژگی های دینامیک بهمن، یکی از عوامل بسیار مهم در پیش بینی و کنترل این پدیده طبیعی و خطرناک است. همچنین، شناسایی نوع بهمن (مرطوب، قطعه ای و پودری) می تواند کارشناسان را تا حد بسیاری زیادی در مدیریت و پیشنهاد روش های کنترل آن راهنمایی و کمک کند. در این پژوهش، با استفاده از نقشه ها و اطلاعات پایه ای و هواشناسی و عامل های ژئوموروفولوژیکی مانند انحنای دامنه، شاخص موقعیت توپوگرافی (TPI)، شاخص ناهمواری زمین (TRI) و شاخص رطوبت توپوگرافی (TWI) به همراه بازدیدهای میدانی، مناطق تجمع، گذرگاه عبور و توقفگاه بهمن شناسایی شد. سپس، مهم ترین شاخص های موثر در ایجاد و وقوع بهمن در منطقه تعیین شد. شیب بالای منطقه بین 120-60 درصد و همچنین، جهت دامنه (شمالی و شمال شرقی) و عوامل اقلیمی مانند بارش و دما، مهم ترین عوامل وقوع بهمن در منطقه موردمطالعه بوده است. متوسط ارتفاع بهمن در منطقه توقفگاه (مناطق مسکونی)، 4.5 متر و حداکثر ارتفاع بهمن در این منطقه 10 متر بوده است. با توجه به پژوهش حاضر، احتمال وقوع بهمن و خسارت در منطقه موردمطالعه بسیار بالا بوده و نیازمند ارائه و اجرای برنامه های مدیریتی و کنترلی برای جلوگیری از خسارت احتمالی است.

    کلیدواژگان: برف، خطر بهمن، عوامل اقلیمی، مدل سازی، مولفه های بهمن
|
  • Naeges Kariminejad, Hamid Reza Pourghasemi *, Mohsen Hoseinalizadeh, Vahid Shafaie Pages 316-330
    Introduction

    Landslides and sinkholes damage social, economic, and natural infrastructure. These processes have direct and indirect impacts on important infrastructure, including residential areas, and influence land use change and migration from rural to urban areas. Sinkholes and landslides occur when parts of a soil collapse mainly in more gentle or steeper slopes, which are often triggered by intensive rainfall. One of the main goals in sustainable land management is the identification and control of natural disasters, which on the one hand leads to the quantitative and qualitative improvement of production in the long term, and on the other hand, maintains the quality of the soil and prevents soil degradation. In order to manage better and more stable, it seems necessary to know how to change and identify different forms of erosion such as sinkholes and landslides. Sinkholes and landslides occur when parts of a soil collapse mainly in more gentle or steeper slopes, which are often triggered by intensive rainfall. 

    Materials and methods

    Recent advances in acquiring images from unmanned aerial vehicles (UAV) (UAV) and deep learning (DL) methods inherited from computer vision have made it feasible to propose semi-automated soil landform detection methodologies for large areas at an unprecedented spatial resolution. In this study, we evaluate the potential of two cutting-edge DL deep learning segmentation models, the vanilla U-Net model, and the Attention Deep Supervision Multi-Scale U-Net model, applied to UAV-derived products, to map landslides and sinkholes in a semi-arid environment, the “Golestan Province” (north-east Iran).

    Results and discussion

    Landslides: The performance of the U-Net model shows that it has fewer false positives, but at the same time, it has missed many landslide cells. Meanwhile, the ADSMS U-Net model has performed better in detecting landslide cells, but it attributed many cases to incorrect predictions (which is explained by the low accuracy score). The best F1 score achieved for the ADSMS U-Net model is 0.68. Sinkholes: For all band combinations, the performances of ADSMS U-Net are better than those of the traditional U-Net model. The best overall scores by ADSMS U-Net were obtained when trained on the ALL data. Regarding the effectiveness of the various combinations evaluated in this study, we can observe the contradictory behaviors of the models. The traditional U-Net achieves the best performance using the RGB optical combination, while the ADSMS U-Net can leverage topographic derivative information and optical data, showing the best results with the ALL combination. Moreover, it is evident that the DSHC data alone provides the worst results for both models. In overall, the results show that the ability of ADSMS U-Net to predict landslides is closer to the ground reality compared to U-Net. This model identifies most of the landslides in the test sections. Also, for all combinations of sinkhole bands, ADSMS U-Net performs better than the U-Net model. The best overall scores were obtained by ADSMS U-Net when trained on ALL data.

    Conclusions

    Since this kind of soil erosion is the main origin of some major soil erosion including gully initiation and extension, applying new technology namely, UAV and deep learning is highly important and recommended. Our framework can successfully map landslides in a challenging environment (with an F1-score of 69 %), and topographical derivates from UAV-derived DSM decrease the capacity of mapping sinkholes and landslides of the models calibrated with optical data. Future research could explore the use of such an approach to map landslides and sinkholes over time to assess time-based changes in the formation and spread of natural hazards.

    Keywords: ADSMS U-Net Model, Fixed-Wing Drones, Photogrammetry, Topography, U-Net Model
  • Somayeh Karimiasl, Behzad Hessari *, Kamran Zeinalzadeh, Mahdi Erfanian Pages 331-353
    Introduction

    Salmas Plain represents one of the most critical areas in the country experiencing subsidence. In general, various factors cause land subsidence, but in many areas, the excessive extraction of ground water from aquifers causes land subsidence. The increasing use of ground water, especially in the sites that are accumulated with alluvial deposits, shallow sea or unconsolidated lake, leads to subsidence or collapse of the land. With the excessive extraction of ground water, the water level of the aquifer decreases and the hydrostatic pressure decreases, which makes it possible for the land to subside gradually. Subsidence in plains mostly occurs due to this factor, namely excessive groundwater extraction and compaction of clay and silt layers between aquifers. In this case, even if the water table level rises again, the land cannot return to its original level.

    Materials and methods

    In this study, the susceptibility of land subsidence in Salmas Plain was investigated using layers of influential factors in subsidence with ArcGIS software and fuzzy logic. In the first stage, statistical information on some factors causing subsidence, including groundwater level decline, well extraction rate, aquifer storage coefficient, transmissivity coefficient, precipitation, DEM map, soil texture, and bedrock depth, was collected and raster maps of each of these factors at the aquifer level were prepared. In the next stage, fuzzy layering was performed using fuzzy membership functions based on the impact of decreasing or increasing each of these factors on land subsidence. Subsequently, the maps were combined using fuzzy operators (Gamma OR, AND, SUM, PRODUCT) to obtain a unified map of aquifer subsidence susceptibility. Finally, to select the best combination of operators, the results were compared and evaluated with field observation data and the ROC curve performance index.

    Results and discussion

    The results showed that the OR operator had the lowest conformity with observed subsidence in the area with an AUC of 0.693. Gamma operators with an AUC above 70% had the highest overlap or conformity with observed subsidence in the plain. In this study, the Gamma 0.9 operator was selected as the best fuzzy operator with an AUC of 0.805. The results indicate that the eastern part of the aquifer is critical in terms of subsidence. Approximately 25% of the total area of Salmas Plain, equivalent to 93 square kilometers, has subsidence with very high susceptibility.

    Conclusion

    Based on the results obtained, it can be said that although the AUC value of the fuzzy operator sum is higher, the Gamma operator with a value of 0.9 has the highest conformity with the ground reality on the fuzzy map, even though it has a lower AUC value. It is essential to mention that the minimum operator AND and Product create a region with low susceptibility, while the maximum operator OR and SUM maximize the susceptible area. They cannot achieve satisfactory performance in preparing a subsidence susceptibility map. Here, they have only been used to demonstrate the inefficiency of fuzzy operators in maximizing or minimizing subsidence susceptibility.

    Keywords: Alluvial Deposits, Critical Areas, Fuzzy Operations, Groundwater Level, ROC
  • Ardeshir Mesbah, Esmail Karamidehkordi *, Shadali Tohidloo, Amin Salehpour Jam, Tofigh Saadi Pages 354-377
    Introduction

    A comprehensive examination of natural hazards in Iran highlights the country's susceptibility to extensive damage from various natural crises. Iran's unique spatial structure has made it one of the world's most vulnerable regions to environmental hazards. This research reviews the application of “resilience” in studies of natural hazards, including floods, drought, and land degradation (single-hazard studies) as well as studies that combine these hazards (combined studies) across different regions of Iran.

    Materials and methods

    This study utilized a conceptual research methodology, performing a systematic review of related research documents published in Iran, such as journal articles, dissertations, and theses. The databases used included the "Scientific Information Center of Academic Jihad (SID)", "Iran’s Research Institute of Science and Information Technology (Irandoc)", "Information Bank of Iran's Publications (Magiran)", "Knowledge Reference (Civilica)", and "Google Scholar". While previous studies have often examined resilience within an established analytical framework (concept analysis), this study employed a conceptual methodology aimed at representing knowledge and analyzing data from multiple disciplines. This approach helps clarify meanings and expand operational definitions. The data were analyzed thematically, enabling a more objective examination of resilience across various scientific fields.

    Results and discussion

    The first study on resilience in Iran was conducted in 1988 in a dissertation at Tarbiat Modares University, and the concept appeared in articles in "Hakim Research Journal" in 2005. However, resilience studies focusing on natural hazards, especially in rural areas of Iran, are relatively recent, mostly emerging since the early 2010s. Based on the search criteria, 1,742 scientific documents were identified, with 57 relevant articles included in the review. Most documents were found in "Google Scholar," while the fewest were retrieved from "SID." The highest number of studies was conducted in 2017 (12 studies), and the lowest in 2012, 2021, and 2022 (one study each). Data from most studies were analyzed using statistical tests with SPSS, PLS, and AMOS software, while ArcGIS was commonly used for spatial data display and zoning to prioritize study areas. Most resilience studies focused on drought (36.8%), while the fewest focused on land degradation (10.5%).

    Conclusion

    The results show that, in flood-related research, the social dimension (29.4%) received the most attention, whereas the institutional dimension (20.6%) received the least. In drought research, the economic dimension (35.4%) received the most attention, while the institutional dimension (16.7%) received the least. In land degradation studies, the physical dimension (33.4%) was the most frequently examined, with other dimensions receiving 22.2% of the focus. Overall, the physical dimension (30.8%) and social dimension (20.5%) received the most attention. By identifying key resilience components, these findings can improve crisis management, reduce damages, and support the planning of development and educational projects in Iran.

    Keywords: Crisis Management, Environment, Natural Crises, Rural Areas, Vulnerability
  • Malihe Mohamadnia *, Abolghasem Amirahmadi, Liela Goli Mokhtari Pages 378-393
    Introduction

    Humanity is facing many environmental challenges. Natural disasters are among these problems, causing the death and injury of hundreds of thousands of people and rendering millions homeless worldwide every year. Geomorphological hazards, particularly mass movements and landslides, are considered some of the most potentially harmful phenomena. Mass movement refers to the outward or downward movement of domain-forming materials under the influence of gravity. These movements are primarily triggered by gravity, natural factors such as heavy rainfall, earthquakes, and soil saturation with water, as well as human activities like deforestation and improper engineering operations. According to the 2012 World Natural Hazards Report, landslides were ranked among the seven most dangerous natural disasters globally. The occurrence of natural hazards, including landslides, exerts considerable pressure on the economic development of countries, especially in developing regions, with financial damages hindering economic growth and prosperity. Iran, with its mountainous terrain, high tectonic and seismic activity, and diverse geological and climatic conditions, has created natural conditions conducive to a wide range of landslides.

    Materials and Methods

    The aim of this study is to spatially model landslide susceptibility using machine learning techniques, including random forest, support vector machine, and enhanced regression tree, in Razavi Khorasan province. Initially, the distribution map of landslides in the region was prepared through field visits and data from the national landslides database. In the next step, 70% of the identified landslides were used for model development, while 30% were reserved for model evaluation. The information layers for altitude, slope, slope direction, distance from waterway, waterway density, distance from roads, distance from faults, land use, vegetation index, surface curvature, profile curvature, precipitation, and selected lithological units were prepared and mapped using ArcGIS.

    Results and Discussion

    Prioritization of the factors affecting landslide occurrence using the random forest model showed that precipitation and altitude had the greatest impact on landslides in the study area. Additionally, the evaluation of the machine learning models using the relative operating characteristic (ROC) curve indicated that the landslide potential map generated by the random forest method had the highest accuracy (0.97). Based on this map, more than 25% of the area was classified into high and very high-risk zones.

    Conclusion

    This map can assist environmental planners in construction projects and help prevent land-use changes and construction in high-risk areas. Additionally, public awareness campaigns can reduce harmful human activities in these zones. While controlling landslides may not always be feasible or is often very expensive, proper management can help mitigate or reduce risks. By identifying the key factors in mass movement occurrences and zoning the areas accordingly, it is hoped that this research will contribute to the development of effective risk management plans and reduce the damage caused by landslides.

    Keywords: Geographic Information System, Mass Movements, Random Forest Model, Risk, Susceptibility Map
  • Nasrin Azami, Abdulvahed Khaledi Darvishan *, Leila Gholami Pages 394-414
    Introduction

    Today, soil erosion in particular and soil degradation in general as a result of human activities have been raised as a social problem, and the role of the human factor in the emergence and acceleration of the soil degradation process has been clarified in many fields. Obtaining accurate statistics and information about soil erosion and sediment yield in the watersheds is necessary for the implementation of soil conservation programs and methods for determining the resistance to soil erosion and reducing sediment yield. Due to the lack of data about soil erosion and sediment yield in many watersheds of Iran, the use of appropriate empirical methods is inevitable to erosion estimation, sediment yield and especially sediment delivery ratio.

    Martial and methods

    For this purpose, in the present study, empirical models for estimation of the sediment delivery ratio based on easy-to-measure variables and three models of SATEEC, InVEST and WaTEM/SEDEM were used in the Khamsan representative-paired watershed, western Iran. The WaTEM module of the WaTEM/SEDEM model is based on the RUSLE model for estimating soil erosion, and in the SEDEM module is based on the performance of effective physical factors in the sediment transport equation. In many sources, the 137Cs method is mentioned as the only available and reliable method for measuring the components of the sediment budget, including total erosion, total sedimentation, net erosion (sediment yield) and sediment delivery ratio, especially at the hillslope and sub-watershed scales. To evaluation of the used models, the results of calculating the sediment delivery ratio using the 137Cs method obtained from previous researches were used, which are 25.61% and 58.94% for the entire watershed and the average of 15 sub-watersheds, respectively, and its accuracy is based on the observed sediment data at the outlet of the watershed has been confirmed.

    Results and discussion

    Among the studied sediment delivery ratio models, Renfro and Waldo (1983), Williams and Brendt (1972), Roehl (1962) considering one hour excess precipitation, Walling (1983), Ferro (1995), Vanoni (1975) and USDA (1972) provided the closest estimates (±10%) to the 137Cs method for the whole watershed scale and the Renfro (1975), USDA (1972), USDA-SCS (1979), SATEEC and Roehl (1962) considering one hour excess precipitation for the sub-watershed scale provided the closest estimates (±10%) to the 137Cs method for the sub-watershed scale and were selected as suitable sediment delivery ratio models for Khamsan representative-paired watershed. Also, these models can be used to estimate the sediment delivery ratio in watersheds similar to Khamsan representative-paired watershed.

    Conclusion

    In the sub-watersheds scale, the equations estimations based on easy-to-measure variables except the Roehl (1962) method - excess rainfall of 1.0 h was significantly lower than the SATEEC model, on the other hand, the estimations of all the methods except the Roehl (1962) method - excess rainfall of 0.1 h was significantly higher than WaTEM/SEDEM and InVEST models. This issue emphasizes the importance of considering excess precipitation conditions to estimation of the sediment delivery ratio in the presented equations by Roehl. Also, at the scale of the whole watershed, the estimations of the equations based on easy-to-measure variables, except for the Mutchler and Bowie (1975) method, were lower than the results of the SATEEC model. The great difference of the investigated methods performance in the two scales of the sub-watershed and the whole watershed is due to the undeniable effect of the middle plain of the Khamsan watershed in the drastic reduction of the sediment transportation from the sub-watersheds to the outlet of the watershed.

    Keywords: 137Cs, Invest Model, RUSLE Model, SATEEC Model, Soil Erosion
  • Maryam Soleimani Parapari Azad, Mirmasoud Kherkhah Zarkesh * Pages 415-431
    Introduction

    The rapid growth of cities and the process of industrialization have created numerous environmental problems across many parts of the world. It is essential for planners and managers to be aware of changes in land cover and land use over extended periods to evaluate and predict the impacts caused by these changes. Remote sensing is an effective tool for monitoring land use changes in urban areas and their surroundings. Tehran has expanded significantly over the last few decades due to population growth and migration, leaving substantial effects on the surrounding environment. Consequently, this study presents a model based on the decision tree algorithm to classify and monitor land use changes using images from TM and MSS sensors in the western region of Tehran between 1975 and 2011.

    Materials and methods

    In this study, one MSS sensor image and three TM sensor images from the Landsat satellite, all taken in June, were used along with ancillary data, specifically a digital elevation model extracted from the 1:25000 topographic map of the Mapping Organization. After pre-processing, land cover indices, including vegetation index, DT method, and its combination with the maximum likelihood classification method, were used to extract land use classes. The accuracy of the classified images obtained from the DT was evaluated using the kappa coefficient and overall accuracy, and finally, the changes in different land use classes over time were calculated using the image comparison method.

    Results and discussion

    According to this study's findings, the overall classification accuracy for 2011 is 82%. The results of change monitoring indicate a positive and increasing trend in the density of built-up land over the 36-year period, while other land types have decreased. The density of the built-up land class in 1975, with an area of 2166 hectares (equivalent to 8%), increased to 8125 hectares (29%) by 2011. In total, the percentage of relative change is 21%, equivalent to 5959 hectares. By examining the land use changes in the west of Tehran from 1975 to 2011, shown in the maps, it is evident that urban development and increased demand for various services, coupled with a lack of adequate space, have led to the destruction of green spaces in the western part of Tehran, replaced by other land uses.

    Conclusion

    This research aimed to monitor land use/cover in the west of Tehran with high classification accuracy using a model based on the DT algorithm combined with the maximum likelihood classification method. Multi-temporal satellite images from the Landsat satellite’s TM and MSS sensors, along with ancillary data, were used to conduct the research. After preparing a land use map for each period, a map depicting land cover and land use changes was extracted. The results of this research indicate that remote sensing data combined with classification techniques have a high capability to extract various types of land use maps and evaluate land use changes. Moreover, Landsat’s MSS and TM sensor data prove to be suitable and cost-effective tools for depicting and analyzing land use/cover changes over time. Additionally, the findings highlight that using a branching or multi-stage method for classifying satellite images offers advantages such as reduced processing time, improved accuracy in small classes, and the ability to use different data sources, feature sets, and algorithms at each decision-making stage.

    Keywords: Maximum Likelihood Classification, MSS Sensor, Remote Sensing, TM Sensor, Vegetation Index
  • Ali Reza Vaezi, Ouldouz Bakhshi Rad * Pages 432-449
    Introduction

    The concentration time of catchments is one of the most important and common effective features in hydrological studies, particularly in determining the flow discharge for designing watershed management projects. Most of the catchments in the world especially in Iran were not equipped with hydrometric stations, and project managers are forced to use traditional empirical models to estimate concentration time and peak flow. The review of previous studies shows that experimental models for estimating concentration time have unfavorable results due to the change of environmental conditions outside the place where the model is presented. On the other hand, there is not enough information about the effectiveness of experimental models for estimating concentration time in many catchments in Iran, especially in semi-arid areas. The purpose of this study is to evaluate the accuracy of some experimental models for estimating concentration time in the sub-basins of the semi-arid region of the northwest of the country and to identify its determining factors.

    Materials and methods

    This study was conducted in eight sub-basins including Alanagh, Ordakloo, Shekaralichay, Shiramin, Kurjan, Kalaleh and Livar from Urmia Lake and Araz River basins in Northwest Iran. Meteorological and hydrometric data were obtained from the Natural Resources of East Azerbaijan and stations belonging to the Ministry of Energy. The characteristics of the basin such as area, length, slope, height and shape were determined through field studies and drawing maps in the GIS platform. The concentration time was calculated using the hydrograph of the flows in the statistical period of 30 years (from 1367 to 1397) and it was estimated through six experimental models including Kirpich (1940), Kerby (1959), Chow (1962), Federal Aviation Administration (1972), Bransby-Williams (1980) and Ventura (2007). The relationship between concentration time and catchment characteristics was investigated by correlation matrix, Pearson's method. Nash-Sutcliffe efficiency coefficient, average error and root mean square error were used to evaluate the accuracy of the models.

    Results and discussion

    According to the results, Shekaralichay sub basin has the shortest (66 minutes) and the Kalaleh sub basin has the longest concentration time (132 minutes). Bransby-Williams model had the lowest error (6.8 %) and the highest efficiency coefficient (73%); while the estimation error (36.2 %) and the Nash-Sutcliffe efficiency of Federal Aviation Administration model were 36.2% and-14.4% respectively. The slope was the most important main factor on the estimation of concentration time of the assessment in the Kirpich model (r= 0.83), Chow (r= 0.82) and Bransby-Williams (r= 0.73). Federal Aviation Administration model (1972) and Ventura model (2007) have a weak estimate in sub-basins with low slope and length.

    Conclusions

    The results showed that among the physical characteristics of the basin, the area, slope and length of the sub-basin play a more important role in changes in concentration time. This study showed that the slope percentage of the basin is the most important factor in reducing concentration time, peak discharge and increasing the speed of flooding in the studied sub-basins, so it is suggested to use soil protection plans in order to increase the concentration time for sub-basins that have a higher slope percentage. The evaluation of concentration time estimation models in eight catchments showed that the Bransby-Williams (1980) model with an average error of 6.80% and Nash-Sutcliffe efficiency coefficient of 73% provides the best estimation among others, so the use of this model in similar basins which do not have measuring stations, it is suggested.

    Keywords: Bransby-Williams Model, Drainage Area, Environmental Condition, Peak Discharge, Slope Gradient
  • Majid Kazemzadeh *, Zahra Noori, Mohammad Jahantigh Pages 450-468
    Introduction

    One of the natural disasters that threaten residential areas and roads in mountainous regions is mountain falls, including rockfalls, avalanches, and landslides. Avalanches carry large amounts of snow, rocks, ice, and debris downstream in mountainous areas. The occurrence of avalanches is a significant natural hazard that results in considerable human and financial losses, making the study of factors influencing avalanches and their simulation crucial for managing this phenomenon.

    Materials and methods

    In this study, the factors affecting snow avalanches (both terrestrial and meteorological) were examined using the RAMMS simulation model in the Central Alborz Velayat Rood (Dizin Road), Alborz Province. Topographic and geomorphological factors, such as slope, aspect, curvature, topographic position index (TPI), terrain roughness index (TRI), and topographic wetness index (TWI), were analyzed using a digital elevation model (DEM) with a 6×6 cm² pixel size obtained by drone. Meteorological factors, including rainfall, temperature, and wind, were also considered. The RAMMS simulation model was then used to estimate avalanche components such as speed, pressure, and height within the study area.

    Results and discussion

    The results indicated that slope and aspect, as topographic indicators, have a significant impact on snow avalanche formation and occurrence. The largest portion of the region, covering 5.7 hectares (54.6% of the study area), with a northeast aspect and slopes of 60 to 120%, was identified as having the highest avalanche potential. Additionally, the RAMMS simulation model results showed that the average and maximum avalanche speeds in the region were 5.3 m/s and 16 m/s, respectively. The average effective avalanche pressure was 7 kPa, with a maximum of 45 kPa. The estimated avalanche height indicated that the average avalanche height in the runout area (residential areas) was 4.5 meters, with a maximum height of 10 meters, categorizing it as a large avalanche.

    Conclusion

    Understanding avalanches and their dynamic characteristics is essential for predicting and controlling this hazardous natural phenomenon. Identifying avalanche types (wet, slab, or powder) can greatly assist experts in managing and proposing control methods. In this study, maps, meteorological data, and geomorphological parameters such as curvature, TPI, TRI, and TWI, along with field observations, were used to identify accumulation areas, track zones, and runout zones. The study identified the key factors influencing avalanche occurrence in the region, including high slopes (60-120%), slope orientation (north and northeast), and climatic factors such as precipitation and temperature. The average avalanche height in the runout area (residential areas) was 4.5 meters, with a maximum of 10 meters. This study indicates a high potential for avalanches and associated damage in the area, underscoring the need for management and control programs to mitigate possible harm.

    Keywords: Avalanche Risk, Avalanche Components, Climatic Factors, Modeling, Snow