ارزيابي روش‌هاي آزمون گاما، تحليل خوشه‌اي، تحليل تابع تشخيص و منحني‌هاي اندرو در تفكيك آبخيزهاي همگن براي آناليز منطقه اي رسوب معلق

Evaluation of gamma test, cluster analysis, discriminant function analysis and andrews curves methods to separate homogeneous watersheds for regional analysis of suspended sediment

رسوب ناشي از فرسايش خاك به‌عنوان مهم‌ترين نمايه‌هاي تخريب اراضي، چالشي مهم در بحث توسعه پايدار و تهديدي بر زيست‌بوم‌ها تلقي مي‌شود. لذا تخمين رسوب خروجي از آبخيزها بسيار حايز اهميت مي‌باشد. گستردگي آبخيزها و كمبود ايستگاه‌هاي سنجش رسوب باعث شده تا از روش‌هاي غيرمستقيم از قبيل مدل‌هاي تهيه شده در آبخيزهاي مشابه جهت تخمين رسوب در آبخيز فاقد آمار استفاده نمايند. در اين پژوهش، 42 ايستگاه رسوب‌سنجي جنوب و جنوب شرقي درياي خزر با دوره‌هاي آماري بيش از 20 سال انتخاب گرديد. با برقراري ارتباط بين مقادير دبي و رسوب معلق در مواقع سيلابي اقدام به تخمين مقادير روزانه رسوب معلق از روي دبي‌هاي روزانه شده و مقادير رسوب متوسط سالانه محاسبه گرديد. با استفاده از آزمون گاما، 13 عامل موثر بر توليد رسوب به 5 عامل اصلي كاهش داده شد و ايستگاه‌هاي مورد مطالعه با به‌كارگيري تحليل خوشه‌اي، تحليل تابع تشخيص و منحني‌هاي اندرو در گروه‌هاي همگن قرار گرفتند. براي هر گروه همگن حاصل از هر يكي از روش‌هاي همگن‌سازي مذكور و براي كل ايستگاه‌ها به‌عنوان يك گروه با 5 عامل اصلي انتخاب شده مدل رگرسيوني براي تخمين ميزان رسوب معلق متوسط سالانه تهيه شد و مقادير خطا و كارآيي مدل‌هاي تهيه شده با استفاده از نمايه‌هاي آماري RE، RRMSE و RBIAS براساس داده‌هاي مشاهداتي محاسبه گرديد. نتايج نشان داد كه هر 3 روش همگن‌سازي نتايج بهتري نسبت به مدل كلي داشته و روش منحني هاي اندرو به‌ترتيب با مقادير خطاي نسبي (RE)، ريشه نسبي مجذور ميانگين مربعات خطا (RRMSE) و انحراف نسبي (RBIAS) 12/38 و 16/53 درصد و 01/0- در مرحله واسنجي و 91/45 و 11/33 درصد و 01/0 در مرحله اعتبارسنجي نسبت به دو روش تحليل خوشه‌اي و تحليل تابع تشخيص عملكرد بهتري در همگن‌سازي حوزه‌هاي آبخيز بر اساس توليد رسوب داشته است. هم‌چنين دبي اوج با دوره بازگشت دو ساله نيز بيش‌ترين تاثير در تغييرات ميزان رسوب معلق متوسط سالانه را دارد.

Sediment yield resulting from soil erosion in the watersheds is the major limitation in achieving the sustainable development and major threat to ecosystems. Therefore estimation of output sediment from watersheds is very important. Extent of watershed and deficiency of sediment measuring stations have caused us to use different indirect methods to estimate sediment, such as the use of models provided in similar watersheds. In this study 42 sediment measuring stations in south and southeast of the Caspian Sea with over 20 year period were chosen. By relating suspended sediment load to stream discharge in the times of flood , daily suspended sediment was estimated by using the daily discharge and the average of annual sediment was calculated. By using the Gamma Test, 13 factors affecting sediment yield were reduced to 5 main factors and by using cluster analysis, discriminate function analysis and andrews curves, study stations were put in homogeneous groups. For each homogeneous group obtained from any one of the mentioned homogenization methods and by using five main factors selected, regression models were developed to estimate the average of annual suspended sediment. Error rates and accuracy of prepared models by using statistical indices of RE, RBIAS and RRMSE were calculated according to observed data. Results indicated that all three homogenous techniques had better results than those of the general model and Andrews Curves with 38.12 and 45.91% RE, 53.16 and 33.11% RRMSE and -0.01 and 0.01 RBIAS in calibration and validation stages, respectively and had better performance than those of two methods i.e. Cluster Analysis and Discriminate Function Analysis for homogenizing of south and southeaster Caspian Sea watersheds based on sediment yield. Also peak discharge (Qp) has the most impact on the average of annual suspended sediment changes.