كاربرد الگوريتم يادگيري ماشين بيشينه آنتروپي در پهنه‌بندي خطر زمين‌لغزش حوزه آبخيز كرگانه، استان لرستان

مقدمه اشكال بسياري از خطرات طبيعي و فاجعه‌هاي مربوطه كه شامل زمين‌لرزه، آتشفشان، سونامي، زمين‌لغزش، سيل، فرسايش خاك و غيره در سراسر جهان رخ مي‌دهند. در ميان اين خطرات طبيعي، زمين‌لغزش‌ها يكي از وحشتناك‌ترين و پرتكرارترين اتفاقات در سراسر جهان هستند. هر سال، زمين‌لغزش‌ها خسارات گسترده‌اي از لحاظ جاني و مالي را به همراه دارند كه شامل تخريب جنگل‌ها، زمين‌هاي كشاورزي حاصلخيز، مناطق سكونتي و شبكه‌هاي ارتباطي به علاوه گردشگري مي‌شود. همچنين تغييرات در سطح زمين نيز نتيجه زمين‌لغزش‌هاي ويرانگر هستند. ايران با انواع مختلفي از تهديدات و فاجعه‌هاي طبيعي روبرو شده است، از جمله فرسايش شديد خاك كه به پيشرفت سيلاب‌هاي معمولي، سيلاب‌هاي عظيم و زمين‌لغزش منجر مي‌شود. بنابراين، به دليل رخدادهاي متعدد زمين‌لغزش و خسارات مالي گسترده، اين واقعه به عنوان يكي از فاجعه‌هاي كشور ايران شناخته شده است و حدود 500 ميليارد تومان خسارت مالي ايجاد كرده است. ارزيابي حساسيت به زمين‌لغزش مي‌تواند به برنامه‌ريزان در مديريت نهايي آلودگي محيطي و منابع طبيعي در پيشگيري از خسارات احتمالي و در نهايت توسعه فعاليت‌هاي اقتصادي در حوزه آبخيز كمك كند. روش‌هاي برنامه‌ريزي‌شده همزمان از ايده‌هاي ظرفيت و حقيقت زمين استفاده مي‌كنند. روش‌هاي برنامه‌ريزي‌شده هم از ديدگاه متخصصين و هم از واقعيت‌هاي زميني در زمان مشابه استفاده مي‌كنند. اين مي‌تواند به عنوان يك روش كاملاً جديد براي مشكلات پهنه‌بندي زمين لغزش در نظر گرفته شود. هدف از اين مطالعه پهنه‌بندي خطر وقوع زمين لغزش با استفاده از الگوريتم حداكثر آنتروپي (ME) و مقايسه اثربخشي اين روش در مكان‌يابي حساسيت وقوع زمين لغزش در حوزه آبخيز كرگانه، استان لرستان است. مواد و روش‌ها حوزه آبخيز كرگانه بين طول جغرافيايي 59 ’23 °48 تا 24 ’44 °48 شرقي و عرض جغرافيايي 12 ’25 °33 تا ۱۲ ’۳۷ 33°  شمالي با مساحتي حدود 294.2 كيلومتر مربع در غرب استان لرستان قرار دارد. اين حوضه يكي از زيرحوضه‌هاي اصلي رودخانه كرخه است. يكي از مهم‌ترين مراحل ارزيابي حساسيت زمين لغزش، شناسايي و تهيه نقشه پراكنش زمين‌لغزش‌هاي موجود در حوزه آبخيز است. اين نقشه از طريق تلفيق اطلاعات مرتبط با زمين‌لغزش‌ها و از طريق تجزيه و تحليل داده‌هاي سنجش از دور و تكنيك‌هاي GIS تهيه شده است. براي اين منظور، لايه نقشه پراكنش زمين لغزش در حوضه تهيه و به صورت تصادفي به دو مجموعه براي آموزش مدل (70 درصد) و اعتبارسنجي مدل (30 درصد) تفكيك شد. همچنين 16 عامل مؤثر در وقوع زمين‌لغزش در اين حوضه با امكان بررسي منابع و استفاده از آزمون‌هاي تحليل مؤلفه‌هاي اصلي (PCA)، Tolerance و آزمون VIF انتخاب شدند. لايه‌هاي رقومي عوامل موثر در سيستم اطلاعات جغرافيايي تهيه شد. در مرحله بعد نقشه خطر زمين لغزش بر اساس روش ماشين بيشينه آنتروپي (ME) تهيه شد. براي ارزيابي دقت مدل‌سازي و مقايسه كارايي روش، از شاخص سطح زير منحني تشخيص عملكرد نسبي (ROC) استفاده شد. بر اساس نتايج نمودار حداكثر احتمال، زمين شناسي، كاربري اراضي و شيب، بهترين عوامل مهم تأثيرگذار بر وقوع زمين‌لغزش در حوزه آبخيز كرگانه هستند. نتايج و بحث نقشه پراكنش زمين لغزش حاكي از وجود 95 زمين لغزش پراكنده در حوضه آبخيز كرگانه بود. مساحت كل زمين‌لغزش‌هاي رخداده 635 هكتار (2.23 درصد مساحت حوزه آبخيز) است. بر اساس نتايج شاخص  PCA، ضريب KMO  برابر با 0.61 محاسبه شد كه نشان‌گر همبستگي لازم بين متغيرهاي ورودي براي انجام تحليل مؤلفه‌هاي اصلي است. از بين 19 عامل به عنوان تعداد متغيرهاي مورد بررسي در ارزيابي خطر زمين لغزش، با در نظر گرفتن مقدار ويژه بالاتر از يك، تعداد دو مؤلفه اصلي اول بررسي شد. نتايج نشان داد كه اين دو مؤلفه اصلي نزديك به 67 درصد از تغييرات را بيان مي‌كنند. پس از بررسي، شيب، جهت شيب، طبقات ارتفاعي، زمين‌شناسي، فاصله از رودخانه، فاصله از جاده، فاصله از گسل، شاخص قدرت رودخانه  (SPI)، شاخص رطوبت توپوگرافي (TWI) و شاخص طول شيب  (LS)، توپوگرافي شاخص موقعيت  (TPI)، شاخص زبري توپوگرافي (TRI) و شاخص اندازه‌گيري ناهمواري برداري  (VRM)، كاربري اراضي، فاصله از روستا و ميزان بارندگي به‌عنوان مؤثرترين عوامل وقوع زمين لغزش در حوزه آبخيز كرگانه انتخاب شدند. براساس نمودار شاخص كاپا، عوامل زمين شناسي، كاربري اراضي، شيب، شاخص زبري توپوگرافي  (TRI)، طول شيب و جهت شيب مهم‌ترين پارامترهاي تاثيرگذار هستند. سطح زير منحني (AUC) بر اساس منحني تشخيص عملكرد نسبي نشان‌دهنده دقت خوب (AUC=0.787) در مرحله اعتبارسنجي است. با در نظر گرفتن نتايج روش حداكثر آنتروپي، حدود 28 درصد از حوزه آبخيز كرگانه در كلاس خطر زياد و بسيار زياد وقوع زمين‌لغزش قرار دارد. نتيجه‌گيري در اين تحقيق سعي شد از تمامي عوامل مؤثر در ارزيابي حساسيت زمين لغزش در حوزه آبخيز كرگانه استفاده شود. براي تعيين رابطه بين عوامل مؤثر بر وقوع زمين لغزش و تعيين مؤثرترين عوامل از آناليز مؤلفه اصلي (PCA)، Tolerance و VIF استفاده شد. ظرفيت حمل آبراهه در واقع تاثير توپوگرافي بر فرسايش را تعيين مي‌كند. هر چه شيب بيشتر باشد، ظرفيت حمل رسوب بيشتر مي‌شود و شرايط لغزش در حاشيه آبراهه افزايش مي يابد. افزايش در شاخص زبري توپوگرافي (TRI) نشان‌دهنده برآمدگي و فعاليت غير زمين‌ساختي است. تغيير كاربري از مرتع به ديم و راه‌سازي در حوزه آبخيز كرگانه در سال‌هاي اخير به شدت انجام شده و نشان‌دهنده نقش مهم عوامل انساني در زمين‌لغزش در مقايسه ساير عوامل در اين حوزه آبخيزشده است. بر اساس نتايج به‌دست‌آمده از اين مدل، 50.4 درصد از مساحت حوضه در كلاس حساسيت بسيار كم و كم، 21.6 درصد در كلاس حساسيت متوسط و 28 درصد در سطح منطقه‌اي با حساسيت بالا و بسيار بالا قرار دارد. افزايش اين شاخص منجر به ناهمواري بيشتر سطح و افزايش شيب مي‌شود كه شرايط زا براي وقوع زمين‌لغزش‌ها را مستعدتر مي‌كند. اجراي برنامه‌هاي مديريت زمين‌لغزش بر اساس نتايج اين تحقيق در حوزه آبخيز كرگانه مي‌تواند مشكلات ناپايداري دامنه را حل كند.