پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

تحلیل توسعه ژئومورفولوژی کارست با استفاده از مدل‌های منطق فازی و رگرسیون خطی چندمتغیره (توده‌های کارستی دیمه و پیرغار در استان چهارمحال و بختیاری)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکترای رشته ژئومورفولوژی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران، ایران.
2 استاد گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران، ایران.
3 دانشیار گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران، ایران.
4 دانشیار پژوهشکده علوم زمین، سازمان زمین شناسی ، تهران، ایران.
10.22034/gmpj.2025.407616.1446
چکیده
در این پژوهش، تحلیل توسعه ژئومورفولوژی کارست توده‌های کارستی دیمه و پیرغار در استان چهارمحال و بختیاری با استفاده از مدل‌سازی پهنه‌های کارستی با دو رویکرد منطق فازی و رگرسیون خطی چندمتغیره مورد ارزیابی قرار گرفته است.نتایج ارزیابی نقشه‌های پهنه‌بندی کارست سطحی تهیه شده از مدل منطق فازی با دولین‌های کارستی نشان داد که از 185 دولین‌های شناسایی شده در توده کارستی پیرغار تعداد 102 دولین‌ در پهنه با توسعه زیاد کارست و در توده کارستی دیمه نیز از 140 دولین شناسایی شده 83 دولین در پهنه با توسعه زیاد کارست واقع شده است و همچنین نتایج مدل رگرسیون خطی چند متغیره با دولین‌های کارستی از 185 دولین شناخته شده در محدوده توده کارستی پیرغار نشان داد تعداد 94 دولین را در پهنه با توسعه زیاد کارست سطحی، همچنین از 140 دولین شناخته شده در محدوده توده کارستی دیمه تعداد 71 دولین در پهنه با توسعه زیاد کارست سطحی، شناسایی شده است. با توجه به این که مدل منطق فازی میزان تراکم بیشتری از دولین‌ها را در طبقات کارست با توسعه زیاد و متوسط تشخیص داده است و با نتایج صحت‌سنجی ارقام محاسبه شده مربوط به مساحت زیر منحنی‌های‌ نام منحنی مشخصه عملکرد (ROC) که نشان داد، مدل منطق فازی برای هر دو توده کارستی در مقایسه با مدل رگرسیون خطی چند متغیره درجه کارآیی بالاتری بر اساس سطح زیر منحنی ROC (AUC) داشته است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Karstification analysis of karst geomorphology using fuzzy logic models and multivariate linear regression (Dimeh and Pirghar karst masses in Chaharmahal and Bakhtiari provinces)

نویسندگان English

fatemeh geravand 1
Mehran Maghsoudi 2
muosa hosseini 3
Mojtaba Yamani 2
Raziyeh Lak 4
1 University of Tehran, Tehran, University of Tehran, Tehran,
2 Department of Physical Geography, Faculty of Geography, University of Tehran
3 , Faculty of Geography, University of Tehran
4 , Research Institute of Earth Sciences, Geological Organization
چکیده English

Karstification analysis of karst geomorphology using fuzzy logic models and multivariate linear regression (Dimeh and Pirghar karst masses in Chaharmahal and Bakhtiari provinces)

Karstification analysis of karst geomorphology using fuzzy logic models and multivariate linear regression (Dimeh and Pirghar karst masses in Chaharmahal and Bakhtiari provinces)



Abstract

In this research, to analyze the karst geomorphology of Dimeh and Pirghar karst masses in Chaharmahal and Bakhtiari province located in the Zagros highlands, karst dolin were first modeled with the closed contour line method (CCLS) in karst masses. Then the modeling of karstification zones has been done using two approaches, fuzzy logic and multivariate linear regression. The validation results of the calculated figures related to the area under the receiver operating characteristic (ROC) showed that the fuzzy logic model based on the area under the curve (AUC) of both karst massifs has a higher degree of efficiency compared to the multivariate linear regression model.

Introduction

Preparation of karst surface karstification map has a significant effect on increasing awareness and understanding of quantitative and qualitative characteristics of underground water resources of karst masses. According to the research records conducted in the region, so far in the studies related to the analysis of karst surface karstification in Dimeh and Pirghar karst masses, the topics of karst geomorphology and surface karstification, need to be studied more. The purpose of this research is to identify dolin, to investigate the role and extent of influence of each of the effective factors in the karstification of karst masses, to prepare zoning maps of areas in terms of karst karstification using fuzzy logic models and multivariate linear regression. In addition, to achieve the effectiveness of the above models in studies related to karst geomorphology.

Methodology

In this study, to analyze the karst geomorphology of Dimeh and Pirghar karst massifs in Chaharmahal and Bakhtiari province located in the Zagros highlands, karst dolin were first modeled using the closed contour line method (CCLS) in the studied karst mass. And then, by using the modeling of karst dolin with two approaches, fuzzy logic and multivariable linear regression, this evaluation has been done with the help of the parameters of elevation, slope, aspect, lithology, land use, soil, precipitation, temperature and distance from the fault. Finally, in order to evaluate and validate the accuracy of the results presented from fuzzy logic models and multivariate linear regression in predicting the zoning of areas in terms of karst karstification, Receiver Operating Characteristic (ROC) quantitative method has been used.

Results and discussion

The results of the evaluation of surface karstification zoning maps prepared from the fuzzy logic model with karst dolin showed that out of 185 dolin identified in the Pirghar karst mass, 102 dolin are in the area with high karstification and in the Dime karst mass. In addition, out of 140 identified dolin, 83 dolin are located in areas with high karstification. The results of surface karstification zonation maps using multivariate linear regression model with karst dolin out of 185 known dolin in Pirghar karst massif, 94 dolin in the area with high development of surface karstification and out of 140 known dolin in The range of Dime karst massif has been identified as 71 dolin in the area with high development of surface karstification. By modeling karst dolines in Dimeh and Pirghar karst masses, 185 dolines were identified in the area of Pirghar karst mass and 140 dolines were identified in the study area of Dimeh karst mass and their distribution map was prepared. The calculated figures related to the area under the curves (AUC) showed that these models have high diagnostic power to predict karstification zones. However, the fuzzy logic model has obtained a higher AUC score for both karst masses compared to the multivariate linear regression model and has shown better performance.

Conclusion

Identification of dolin using digital elevation model modeling, in addition to reducing time and costs, has high accuracy and has many applications for aquifers. The evaluation of surface karstification zoning maps prepared with the validation results of the area under the ROC curves showed that the fuzzy logic model has received a higher AUC score for both karst masses compared to the multivariate linear regression model, which shows that the quality it shows better detection and performance of this model. The results of this research are the same as the results of the studies of Moradi et al. (2016), Mokram et al. (2018), Safari et al. (2018) and Dastranj et al. (2018) are the same.

Keywords: karst geomorphology, fuzzy logic model, linear regression model, ROC curve, Chaharmahal and Bakhtiari.

کلیدواژه‌ها English

Keywords: karst geomorphology
fuzzy logic model
linear regression model
ROC curve
Chaharmahal and Bakhtiari
جعفریان، ح؛ واعظی­هیر، ع؛ پیر­خراطی، ح (1397). تعیین عوامل موثر بر هیدروشیمی منابع آب زیر زمینی در سازندهای سخت و کارستی غرب ارومیه، هیدروژئومورفولوژی، شماره 15، صص 94-75.  
حاتمی­فرد، ر. (1397). اثرات ژئومورفولوژی کارست بر ویژگی­های منابع آب کارست در قلمرو تاقدیس­های گرین و کبیرکوه. رساله دکتری رشته ژئومورفولوژی. دانشگاه خوارزمی. اساتید راهنما امیر صفاری و مجتبی یمانی.
حیدری، ز.؛ قدیمی، م.؛ رضایی عارفی، م. و حیدری، ز. (1399). شناخت عوامل مؤثر بر پراکندگی و وقوع دولین­ها با استفاده از شاخص­های کمی مورفومتریک، مطالعة موردی (دشت کرمانشاه)، پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی، س 9، ش 2، صص 215-226.
دسترنج، ع؛ نوحه­گر، احمد و رفیع شریف­آباد، ج.(1398). پهنه­بندی توسعۀ کارست سطحی در توده آهکی بیستون با استفاده از مدل منطق فازی. مجله آمایش جغرافیایی فضا، فصلنامه علمی- پژوهشی دانشگاه گلستان. سال نهم/ شماره 32، تابستان 1398، صص89-106.
ریاحی­پور م. و خلیلی خ. (1391). بررسی و مقایسة هیدروژئولوژی چشمه­های کارستی معرف در استان چهارمحال و بختیاری، شانزدهمین همایش انجمن زمینشناسی ایران، شیراز.
سادات­هاشمی س. م. ، قربانی ر. ، کاوه ای ب. (1382). تحلیل منحنی­های مشخصه عملکرد گیرنده برای مقایسه تست­های تشخیص پزشکی کومش، مجله سمنان دانشگاه علوم پزشکی، 1382; 2: 145-149.
صفاری، ا.؛ کیانی، ط. و زنگنه­تبار، س. (1398). بررسی عوامل مؤثر در توسعه­یافتگی و پهنه­بندی کارست کوهستان خورین با استفاده از منطق فازی، نشریة تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، س 19، ش 55، صص 23-36.
غلام­حیدری، ح؛ انتظاری، م؛ کریمی، ح؛ (1400). پهنه­بندی خطر شکل­گیری دولین­های گچی در سازند گچساران با استفاده از مدل فازی (مطالعة موردی: دشت جابر بدره ایلام). پژوهش­های جغرافیای طبیعی، دورة 53، شمارة 2، تابستان 1400، صص 234- 213.
قبادی، م.ح، ساعدی، ب، مهدیآبادی، ن، احمدزاده، ج، (1392). معرفی پدیده­های ژئومورفولوژی کارست تودۀ آهکی بیستون– پرآو، هشتمین همایش انجمن زمین­شناسی مهندسی و محیط زیست ایران،  17و 18 شهریور 1392، دانشگاه فردوسی مشهد.
قربانی، م.ص. اونق، م. (1391). پهنه‌بندی تحول و حساسیت کارست با استفاده از مدل رگرسیون خطی چندمتغیره در منطقة کارستی شاهو، مجلة پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، دورة 1، شمارة 1، صص 32-19.
کرمی غ­ح. باقری ر. رحیمی ف. 1397. هیدروژئولوژی چشمه­های کارستی تاقدیس سالدوران، استان چهارمحال و بختیاری. هیدروژئولوژی، سال سوم، شماره 1، تابستان 1397، صص 79-69.
کریمی، ح، گرایی، پ، توکلی، م، (1391). پهنه­بندی خطر وقوع دولین باا استفاده از رگرسیون چندمتغیره؛ مطالعة موردی: دولین­های ریزشی، مجلة زمین­شناسی کاربردی پیشرفته، شمارۀ 6، صص 62-53.
کریمی­وردنجانی ح. چیت­سازان م. فاضلی­فارسانی ع. صبا ع. کریمی ح. 1394. تعیین حریم حفاظتی چشمه کارستی دیمه با استفاده از ردیابی رنگی. سی و چهارمین، کنگره بین المللی تخصصی علوم زمین، ایران، تهران.
گراوند،ف؛ حسینی، س.م؛ مقصودی، م؛ یمانی، م؛ لک، ر؛ (1401). ارزیابی توسعه­یافتگی توده­های کارستی دیمه و پیرغار براساس تحلیل هیدروگراف چشمه. مجله پژوهش آب ایران جلد 16، شماره 4، پیاپی 47، زمستان 1401، صص 55-41.
گراوند،ف؛ مقصودی، م؛ حسینی، س.م؛ یمانی، م؛ لک، ر؛ (1401). پهنه­بندی توسعه کارست سطحی از دیدگاه ژئومورفولوژی با استفاده از مدل منطق فازی (مطالعه موردی توده های کارستی پیرغار و دیمه در استان چهارمحال و بختیاری)،نهمین همایش انجمن ایرانی ژئومورفولوژی،تهران.
مالی س. محمدی ض. (1392). بررسی توسعه کارست با استفاده از تحلیل هیدروگراف و سری زمانی بارندگی و دبی چشمه­ها. هفدهمین همایش انجمن زمین­شناسی ایران، تهران، دانشگاه شهید بهشتی، صص 310-301.
محمدی ض. و ریاحی­پور م .(1390). بررسی رفتار هیدرودینامیکی سیستمهای کارستی با استفاده از آنالیز سریهای زمانی، دومین کنفرانس ملی پژوهش­های کاربردی منابع آب ایران، زنجان.
مکرم، م. و نگهبان، س. (1398). بررسی و شناسایی مناطق دارای پتانسیل کارستی شدن با استفاده از روش فازی و مدل تحلیل سلسله­مراتبی، جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، س 30، شماره پیاپی 74، ش 2، صص 134-121.
مقامی­مقیم، غ. (1396). بررسی عوامل موثردر شکل گیری و گسترش کارست های حوضه آبریز در پرچین درشمال شرق ایران. جغرافیا و توسعه، دوره 15، شماره 48، صص 263-245.
Ahmadipour M. R. 1999. Karst terraines in Iran- Examples from Lorestan. Acta carsologica. 28/2(13): 213-224.
Archdeacon, T. J. (1994). Correlation and regression analysis: a historian's guide. Univ of Wisconsin Press.p374.
Calaforra, J. M., & Pulido-Bosch, A. (2003). Evolution of the gypsum karst of Sorbas (SE Spain). Geomorphology, 50(1-3), 173-180.
Calic, J., 2011, Karstic uvula revisited: Toward a redefinition of the term, Geomorphology, Vol.134, No.1, pp.32-42.
Cooper, A.H., Gutiérrez, F., (2013). Dealing with gypsum karst problems: hazards, environmental issues, and planning, In: Shroder, J. (Editor in Chief), Frumkin, A. (Ed.), Treatise on Geomorphology, Academic Press, San Diego, CA, Vol. 6, Karst Geomorphology.
Dewaele, M., Asmussen, E., Peutzfeldt, A., Munksgaard, E. C., Benetti, A. R., Finné, G., & Devaux, J. (2009). Influence of curing protocol on selected properties of light-curing polymers: degree of conversion, volume contraction, elastic modulus, and glass transition temperature. Dental Materials, 25(12), 1576-1584.
Entezari, M. and Aghaeipour, Y. (2018). Zonation of Karst development using Entropy Model (Case study: Paraw – Bistoon mountain masses). Journal of Geography and Environmental Planning, Vol, 29, No. 2, Ser No. (70)
Ford D. C. and Williams P. 2007. Karst Hydrogeology and geomorphology, John Wiley 8 Sons Ltd 1-562.
Goldscheider N. Chen Z. Auler A. S. Bakalowicz M. Broda S. Drew D. Hartmann J. Jiang G. Moosdorf N. Stevanovic Z. and Veni G. 2020. Global distribution of carbonate rocks and karst water resources. Hydrogeology Journal. 28: 1661-1677.
Groves CG, Meiman J (2005) Weathering, geomorphic work, and karst landscape evolution in the Cave City groundwater basin, Mammoth Cave, Kentucky. Geomorphology 67(1):115–126.
Guo Y, Jim Yeh TC, Hao Y (2019) Investigation of Karst Spring Flow Cessation Using Grey System Models. Water 11(9), 1927; doi: 10.3390/w11091927.
Haghiri, M., Raeisi, N., Azizi, R., Shabani, K., & Ghadiri, M. (2024). Evaluation of karst aquifer development and karst water resource potential using fuzzy logic model (FAHP) and analysis hierarchy process (AHP): a case study, North of Iran. Carbonates and Evaporites, 39(2), 11.
Huggett, R. 2003. Environmental change: the evolving ecosphere. Rutledge.
Liang, F., Du, Y., Ge, Y., & Li, C. (2014). A quantitative morphometric comparison of cockpit and doline karst landforms. Journal of Geographical Sciences, 24(6), 1069-1082.
Maleki, M., Salman, M., Sahebi Vayghan, S., & Szabo, S. (2023). GIS-based sinkhole susceptibility mapping using the best worst method. Spatial Information Research, 1-9.
Moradi, S.; Kalantari, N. and Charachi, A. (2016). Karstification Potential mapping in northeast of Khuzestan province, Iran, using FUZZY logic and analytical hierarchy process (AHP) technique, Geopersia, (2)6:282-265
Maulud, D., & Abdulazeez, A. M. (2020). A review on linear regression comprehensive in machine learning. Journal of Applied Science and Technology Trends, 1(4), 140-147.
Mull, D.S., Neilsen, D.M., Quinlan, J.F., (1988). Application of dye – tracing techniques for determine solute transport characteristics of Groundwater in karst terrains, United States Environmental Protection Agency. 117 pages.
Nakhaie, A., Zangane Asadi, M. A., Behniafar, A., & Mokhtari, L. (2023). Zoning Karst Development By Using Fuzzy Logic Model_ANP in Baqamch basin of Kashaf Rod. Quantitative Geomorphological Research, 11(4), 230-255.
Rajabi, M.; Hejazi, A. and Almasi GH (2017). Zonation of Superficial Karst Development Using Fazzy logic method (Case study: Shirez Karstic masses). Science Arena publications, 59-50(1)1.
Raeisi E. Kowsar N. 1997. Development of Shahpour Cave, Southern Iran- Cave and KarstScience. Nottingham. 24(1): 27-34.