کارایی تئوری بی نظمی  سامانه های طبیعی در پهنه بندی حساسیت زمین  لغزش مطالعه موردی: حوضه آبخیز رودخانه فهلیان

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه جغرافیا، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 استادیار، بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان اصفهان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، اصفهان، ایران

3 استادیار، گروه جغرافیا، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

پدیده هایی همچون زمین لغزش ها در حوضه های آبخیز به عنوان سامانه های طبیعی، از جمله مخاطرات طبیعی هستند که به عنوان عامل بی نظمی در ایجاد شرایط نامتعادل و برهم زدن رفتار انرژی و ایجاد فرسایش و رسوب نقش اساسی دارند. مجموعه عوامل مؤثر در ناپایداری دامنه ها به عنوان پاسخ ها و واکنش های سامانه به بازخوردهای مثبت است. هدف این پژوهش استفاده از روابط ریاضی تئوری بی نظمی سامانه های طبیعی در قالب به کارگیری شاخص آنتروپی شانون به منظور شناسایی عوامل مؤثر بر وقوع زمین لغزش  و پهنه بندی حساسیت آنها در حوضه آبریز فهلیان است. به همین منظور ابتدا لایه های اطلاعاتی شامل سنگ شناسی، بارش، شیب، جهت شیب، کاربری اراضی، فاصله از آبراهه، فاصله از گسل و طبقات ارتفاعی به کمک سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) رقومی شدند. در ادامه پس از شناسایی زمین لغزش های منطقه، اجرای مدل و تعیین وزن هر یک از عوامل، نقشه پهنه بندی بر اساس اوزان محاسبه شده تهیه شد. نتایج نشان داد که عامل شیب و جهت شیب به ترتیب با وزن نهایی (wj) 662/0 و 308/0 بیشترین تأثیر را در وقوع زمین لغزش های حوضه داشته‌اند. بر اساس نقشه حساسیت زمین لغزش بیش از نیمی از سطح حوضه (97/56) در پهنه حساسیت زیاد و خیلی زیاد قرار دارد. نمودار مقادیر SCAI و FR نشانگر دقت خیلی خوب مدل در تفکیک و تشخیص پهنه‏ها و رده‏های حساسیت زمین‏لغزش در منطقه مورد مطالعه می باشد. به‏منظور اجرای مدل و ارزیابی آن از داده های پراکنش زمین‏لغزش به ترتیب به نسبت 70 و 30 درصد استفاده شد. بر این اساس مقدار سطح زیر منحنی (AUC) نمودار ROC معادل 87/0 بدست آمد که بیانگر دقت خیلی خوب مدل می باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Performance of Chaos theory on natural systems in landslide hazard zonation in Fahlian river basin

نویسندگان [English]

  • H. Baboli-moakher 1
  • K. Shirani 2
  • A. R. Taghian 3
1 Ph.D. Student, Department of Geography, University of Isfahan, Isfahan, Iran
2 Assistant Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Department, Isfahan Agricultural and Natural Resources,
3 Assistant Professor, Department of Geography, University of Isfahan, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Catchments are natural systems in which natural phenomena like landslides are considered as natural disasters. As a chaos factor, they have a main role in forming unstable condition, tackling energy, accelerating erosion and generating sediment. So factors causing slope instability are reaction of the system to positive feedback. This study aims to employ theory of natural system chaos, in the form of Shannon entropy index, to find the factors causing landslide and its hazard zonation in Fahlian basin. First, input layers including geology, rainfall, slope, aspect, land use, distance to river, distance to fault, and elevation were digitized using GIS techniques. Then occurred landslides were detected using satellite images and field study. Landslide hazard zonation based on defined weights of each parameter was generated. In order to run model and study its accuracy, receiver or relative operating characteristic (ROC), was used with 70 and 30 per cent of data as training and test, respectively. Results show that slope and aspect have the maximum effect on landslide occurrence with ultimate weight of 0.662 and 0.308, respectively. Landslide susceptibility zonation map show that more than half of study area (56.97 percent) have very high to high susceptibility. Disaggregation of areas with SCAI method show the high accuracy of the model in detection of area with average, low and very low susceptibility. Frequency ratio of hazard classes deals with high accordingly, area under curve (AUC) of ROC was estimated 0.87 with 0.026 standard deviation which is known as very good accuracy of model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Landslide
  • Susceptibility zonation
  • Shannon Entropy
  • Natural Systems
  • Fahlian Basin


اشقلی فراهانی، ع.، 1380- ارزیابی خطر ناپایداری دامنه های طبیعی در منطقه رودبار با استفاده از تئوری فازی، پایان‎نامه کارشناسی ارشد زمین شناسی مهندسی، دانشگاه تربیت معلم تهران، 142 ص.
انصاری، م. و فتوحی، ص.، 1396-  بررسی دوره های ترسالی و خشک سالی و اثرات آن بر منابع آب زیرزمینی دشت ممسنی، فصلنامه جغرافیای طبیعی، شماره 36، صص. 73 تا 87.
بهاروند، س. و سوری، س.، 1394-پهنه بندی خطر زمین لغزش با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی (مطالعه موردی: حوضه سپیددشت، لرستان)، سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، شماره 4، صص. 15 تا 31.
پورقاسمی، ح. م، مرادی، م.، فاطمی عقدا، س. م.، مهدوی فر، م. ر. و محمدی، م.، 1390- ارزیابی عوامل ژئومورفولوژیکی و زمین شناسی در تهیه نقشه خطر زمین لغزش با استفاده از منطق فازی و روش تحلیل سلسله مراتبی (مطالعه موردی: بخشی از حوضه آبخیز هراز)، مجله پژوهش های حفاظت آب و خاک، جلد هجدهم، شماره چهارم، صص. 1 تا 20.
پورقاسمی، ح.، مرادی، ح. و فاطمی عقدا، س. م.، 1393- اولویت بندی عوامل مؤثر بر وقوع زمین لغزش و پهنه بندی حساسیت آن با استفاده از شاخص آنتروپی شانون، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک،  شماره 70.
تیموری  یانسری، ز، حسین زاده، ر، کاویان، ع. و پورقاسمی، ح. ر.، 1396- تعیین پهنه های حساس بوقوع لغزش بااستفاده از روش آنتروپی شانون (مطالعه موردی: حوضه آبخیز چهاردانگه- استان مازندران)، جغرافیا و مخاطرات محیطی، صص. 183 تا 204.
سپهر، ع.، بهنیافر، ا.، محمدیان، ع. و عبدالهی، ا.، 1392- تهیه نقشه حساسیت پذیری زمین لغزش دامنه های شمالی بینالود بر پایه الگوریتم بهینه سازی توافقی ویکور، پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، شماره 1، صص. 19 تا 36.
شکاری بادی، ع.، معتمدی راد، م. و محمد نیا، م.، 1394- تلفیق مدل ANP و شاخص آنتروپی شانون در برآورد عوامل مژثر در وقوع و پهنه بندی خطر زمین لغرش مطالعه موردی (حوضه فاروب رومان نیشاپور) مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، شماره 22، ص. 89.
شیرانی، ک.، 1396- مدل سازی و ارزیابی پتانسیل حساسیت اراضی نسبت به لغزش بااستفاده از مدل های احتمالاتی آنتروپی شانون و وزن شاهد تئوری بیزین‏ (مطالعه موردی: حوضه سرخون کارون)، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، سال بیست و یکم، شماره ۱، صص ۵۱-۶۸.
شیرانی، ک.، سیف، ع. و نصر، ا.، 1392- بررسی عوامل مؤثر بر حرکات توده­ای برپایۀ تهیۀ نقشه‌­های پهنه‌­بندی خطر زمین­‌لغزش(مطالعۀ موردی: ارتفاعات دنای زاگرس)، فصلنامه علوم زمین، شماره89، ص10-3.
صدوق ونینی، ح.، ثروتی، م.، نصرتی، ک.، اسدی، م. و صدیق قربانی، م.، 1394- پهنه بندی زمین لغزش درمنطقۀ کاشترکامیاران برای کاهش مخاطرات،فصلنامۀ دانش مخاطرات، دوره 2، شماره 1، صص. 105 تا 116.
ثروتی، م.، عشقی، ا. و دهقان، م.، 1382-ژئومورفولوژی و مخاطرات طبیعی، فصلنامه فضای جغرافیایی، شماره 9، صص. 1 تا 44.
عابدینی، م. و فتحی، م.، 1393- پهنه بندی حساسیت  خطر زمین لغزش در حوضه آبخیز خلخال چای بااستفاده از مدل های چندمعیاره، پژوهش های ژئومورفولوژی کمّی، شماره 4، صص. 71 تا 85.
عابدینی، م.، روستایی، ش. و فتحی، م. ح.، 1395- پهنه بندی حساسیت وقوع زمین لغزش بااستفاده از مدل هیبریدی قضیه بیز-ANP  (مطالعه موردی: کرانه جنوبی حوضه آبریز اهرچای از روستای نصیرآباد تا سد ستارخان)، پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، ش 1، صص. 142 تا 159.
عرب عامری، ع. ر. و شیرانی، ک.، 1395- اولویت بندی عوامل مؤثر بر وقوع زمین لغزش و پهنه بندی خطر آن با استفاده از تئوری احتمالاتی دمپستر شفر، مطالعه موردی، حوضه ونک سمیرم، استان اصفهان، نشریه علمی- پژوهشی مهندسی و مدیریت آبخیز، شماره 1، صص. 93 تا 106.
قاسمیان، ب.، 1391- پهنه بندی خطر وقوع زمین لغزش بااستفاده از مدل آماری رگرسیون لجستیک، مطالعه موردی: (استان کردستان-شهرستان بیجار) پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده علوم انسانی، دانشگاه محقق اربیلی.
محمدنژاد  آروق، و. و اصغری سراسکانرود، ص.، 1395-  ارزیابی خطر زمین لغزش با استفاده از روش های آماری در حوضه آبریز باراندوزچای، پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، سال چهارم، شماره 4، صص. 181 تا 191.
مختاری اصل، ا. و رنجبریان شادباد، م.،  1395- ارزیابی و پهنه بندی احتمال خطر زمین لغزش در حوضۀ آبریز یایجیلو با مدل AHP، پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، سال چهارم، شماره 4، صص. 119 تا 133.
مقیمی، ا.، باقری سید شکری س. و صفرراد، ط.، 1391- پهنه بندی خطر وقوع زمین لغزش بااستفاده از مدل آنتروپی (مطالعه موردی: تاقدیس نسار زاگرس شمال غربی)، پژوهش های جغرافیای طبیعی، شماره 79، صص. 77 تا 90.
نیری، ه.، کرمی، م. و سالاری، م.، 1396-پهنه بندی خطر زمین لغزش از طریق ارزیابی متغیرهای محیطی با استفاده از مدل تحلیل شبکه (مطالعه موردی: شهرستان بیجار)، پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، سال چهارم، شماره 4، صص. 121 تا 136.


 


References
Agraval, D., Singh, J. K. and Kumar, A., 2005- Maximum entropy-based conditional probability runoff model. Biosys. Eng. 90(1): 103-113.
Akgun, A. and Türk, N., 2010- Landslide susceptibility mapping for Ayvalik (Western Turkey) and its vicinity by multicriteria decision analysis. Environ. Earth. Sci. 61: 595-611.
Baas, A., 2007- Complex System in Aeolian Geomorphology, Geomorphology, Vol. 91, Pp. 311- 331.
Bednarik, M., Magulova, B., Matys, M. and Marschalko, M., 2010- Lanslide Susceptibility Assessment of the Kral ' Ovany –Liptovsky' Mikulas Railway Case Study, Physics and Chemistry of the Earth, Vol. 35, Pp. 162-171.
Constantin, M., Bednarik, M., Jurchescu, M. C. and Vlaicu, M., 2011- Lanslide Susceptibility assessment using the bivariate Statistical analysis and index of entropy in the Sibiciu Basin (Romania). J.Environmental Earth Science, 63: 397-406. DOL 10.1007/S12665-010-0724-y:10.
Davis, J. and Blesius, L., 2015- A Hybird Physical and Maximum-Entropy Lanslide Susceptibility Model. Entropy, Journal, 17, 4271-4292.
Demir, G., Aytekin, M., Akgun, A., Ikizler, S. B. and Tatar, O., 2012- A comparison of Landslide Susceptibility mapping of the eastern part of the North Anatolian Fault Zone(Turkey) by Likelihood-frequency ratio and analytic hierarchy process method, Nat Hazard, Published online, DOI 10.1007/s11069-012-0418-8.
Devkota, K. C., Regmi, A. D., Pourghsemi, H. R., Yoshida, K., Pradhan, B.,  Ryu, I. C., Dhital, M. R. and Althuwaynee, O. F., 2013- Landslide susceptibility mapping using Certainty factor. Index of entropy and Logistic regression models in GIS AND Their Comparison at Mugling-Narayanghat road section in Nepal Himalaya. Nat. Hazards 65: 135-165.
Hong, H., Haghibi, S. A. and Pourghsemi, H. R., 2016- GIS –based landslid Spatial Modeling in Ganzhou City, China, Arab J Geosci Journal, 9:112.
Komac, M., 2006- A Landslide Susceptibility model using the analytical hierarchy process method and multivariate Statistics in Perialpine Slovenia. J. Geomorphology 74(1-4): 17-28.
Ling Peng, A. B., Ruiqing Niu, A., Bo Huang, C., Xueling Wu, A., Yannan Zhao, A. and Runqing Ye, D., 2014- Landslide susceptibility mapping based on rough set theory and support vector machines: A case of the Three Gorges area, China, Geomorphology, No. 204, Pp. 287–301.
Montesarchio, V. and Naplitano, F., 2010- A single-site Rainfall disaggregation modal based on entropy. International Workshop Advances in Statistical Hydrology. May23-25, Taormina. Italy.
Pourghasemi, H. R., Mohammady, M. and Pradhan, B., 2012- Lanslide Susceptibility mapping using index of entropy and Conditional probability models in GIS. Safarood Basin, Iran, Catena 97: 71-84.
Pradhan, B. and Lee, S., 2010- Lanslide Susceptibility assessment and factor effect analysis: back Propagation artificial neural networks and their Comparison With frequency ratio and bivariate Logistic regression modeling. Environ. Model. Softw 25(6): 747-759.
Regmi, A. D., Devkota, K. C., Yoshida, K., Pradhan, B., Pourghasemi, H. R., Kumamoto, T. and Akgun, A., 2014- Application of frequency ratio, statistical index, and weight-of-evidence models and their comparison in landslide susceptibility mapping in central Napal Himalaya. Arabian Journal of Geosciences, 7(2), 725-742.
Regmi, N. R., Giardion, J. R. and Vitek, J. D., 2010- Modeling Susceptibility to Landslides using the Weight of evidence approach: Western Colorado, USA, Geomorphology 115: 172-187.
Rozos, D. G., Bathrellos, D. and Skillodimou, H. D., 2011- Comparision of the implementation of rock engineering system and analytic hierarchy process methods, upon landslide susceptibility mapping, using GIS: a case study from the Eastern Achaia County of Peloponnesus, Greece. Environ. Earth Sci. 63: 49-63.
Shannoon,C. E., 1948- A mathematical theory of Communication.Bulletin System Technol.J.27:379-423.
Sharma, L. P., Patel, N., Ghose, M. K. and Debnath, P., 2010- Influence of Shannon,s entropy on Landslide-Causing Parameters for Vulnerability Study and Zonation-a Case Study in Shikkim, India. Arab.J. Geosic. 5(3): 421-431.
Shirani, K., Pasandi, M. and Arabameri, A., 2018. Landslide susceptibility assessment by Dempster-Shafer and Index of Entropy models, Sarkhoun basin, Southwestern Iran. Natural Hazards, 93(3): 1379-1418."
Sweets, J. A., 1988- Measuring the accuracy of diagnostic systems.Sci.240: 1285-1293.
Terzaghi, K., 1950- Mechanisms of Landslides, Geotechnical Society of America, Berkeley, pp. 83-125.
Varnes, D. J., 1984- Landslid Hazard Zonation: a Review of Principles and Practice, United Nation Educational, Scientific and Cultural Organization (UNESCO), press, Paris, 63pp.
Wan, S., 2009- A Spatial Decision Support System for Extracting the Core Factors and Thresholds for Lanslide Susceptibility Map, Engineering Geology, Vol. 108, PP. 237-251. doi: 10.1016/j.enggeo.06.014.
Wang, Q., Li, W., Wu, Y., Pei, Y., Xing, M. and Yang, D., 2016- A comparative study on the landslide susceptibility mapping using evidential belief function and weight of evidence  models, J. Earth Syst. Sci. 125, No, 3. Pp 646-662.
Youssef, A. M., Pourghasemi, H. R., EI-Hadad. B. A. and Dhahry, B. K., 2016- Landslide susceptibility maps using different probabilistic and bivariate statistical models and comparision of their performance at Wadi Itwad Basin, Asir Region, Saudi Arabia, Bull Eng Geol Environ, 75: 63-87.
Yufeng, S. and Fengxiant, J., 2009- Landslide Stability Analysis Based on Generalized Information Entropy, International Conference on Environmental Science and Information Application Technology. 83-85. DOI 10.1109/ESIAT.2009.258.