Land Subsidence Hazard Zoning Using the MaxEnt Model (Case Study: Isfahan Province)
Document Type : Original Article
Authors
1
Unversity of Isfahan
2
university of Isfahan
3
University of Isfahan
10.22034/gmpj.2025.538310.1572
Abstract
در میان پدیدههای طبیعی مخرب، فرونشست زمین در کنار زلزله، سیل و لغزش، از جمله ویرانگرترین مخاطرات ژئومورفیک ناشی از فرآیندهای زمینساخت و فعالیتهای انسانی به شمار میرود عوامل اصلی وقوع این پدیده عبارتند از: زلزله، سیل، بهرهبرداری بیش از حد از آبهای زیرزمینی و کاهش آن، فعالیتهای معدنی، ساخت تونل و غیره در میان همه این عوامل ممکن، بهرهبرداری از آبهای زیرزمینی مهمترین مسئله در این زمینه است کاهش سطح آبهای زیرزمینی بصورت یک فرایند کند و تدریجی عامل اصلی فرونشست زمین است برداشت بیش از حد از آبخوان ها به ویژه در مناطق کشاورزی و مسکونی، این مناطق را فرونشست زمین یکی از مخاطرات ژئومورفیک محسوب میشود که دارای حرکتی کند و بطئی بوده و آثار مخرب خود را در بلندمدت نشان می دهداز اثرات مخرب این مخاطره که مستقیم برزمین آسیب می زند میتوان به ایجاد ترک در ساختمان ها ، جاده هاو پل ها اسیب به زیر ساخت های حیاتی مانند خطوط لوله شبکه فاضلاب و تغییر در شبکه الگوهای آب شناسی منطقه اشاره و آسیب های غیر مستقیم آن عبارت اند از افزایش هزینه های نگهداری زیر ساخت ها، کاهش ارزش زمین واملاک، مهاجرت جمعیت از مناطق اسیب دیده، اختلال در فعالیت های اقتصادی (کندردهنوی،1403)بنابراین بنابراین فرونشست زمین در مقیاس فضایی و زمانی باعث چنین خسارت هایی در جهان میشود. این پدیده، که در نقاط مختلف جهان و بهویژه در ایران به وفور مشاهده میشود (جلینی و همکاران، 1396)، به یک بحران ملی تبدیل شده است. نرخ فرونشست در ایران به طور نگرانکنندهای 34 برابر میانگین جهانی کشورهای توسعهیافته برآورد میشود. در حال حاضر، بیش از 300 دشت کشور درگیر این پدیده هستند که در برخی مناطق، همچون دشت کبوترآهنگ همدان، ورامین، نظرآباد، تهران، مشهد، نیشابور و دشتهای استانهای کرمان، اصفهان و قزوین، به مرحله بحرانی و تشکیل چالههای وسیع رسیده است (احمدی، 1401).
در مناطق خشک و نیمهخشک، به ویژه در ایران، اصلیترین عامل تشدید فرونشست، برداشت بیرویه از منابع آب زیرزمینی و نابودی و تدریجی آبخوان ها است (ریتب ابوتالیب،2020) و(فصاحیه وهمکاران،2025). کاهش سطح آب زیرزمینی منجر به کاهش فشار منفذی در لایههای ریزدانه آبرفتی، تحکیم و فشردگی غیرقابل برگشت این لایهها، و در نتیجه، نشست دائمی سطح زمین میشود(مقیمی و همکاران،1400).به مستعدترین مناطق برای وقوع فرونشست زمین تبدیل کرده است.
روش کار
در این پژوهش، هدف پهنه بندی فرونشست با استفاده از شاخص های تاثیر گذار بر رخداد فرونشست و مدل حداکثر آنتروپی (مکسنت) در استان اصفهان است. این پژوهش بر سه مرحله اصلی استوار است (شکل 2).
1) شناسایی و آماده سازی دادهها:
دادههای مورد نیاز برای این پژوهش شامل نقاط وقوع فرونشست و شاخصهای محیطی تأثیرگذار بر آن است.
• الف) شناسایی موقعیت فرونشستها: : موقعیت فرونشستها از طریق بررسیهای میدانی و استفاده از تصاویر ماهوارهای سنتینل 1 و گوگل ارث ثبت گردید. این نقاط به عنوان لایه رقومی فرونشستها در محیط نرمافزار GIS تهیه شدند.
ب) تهیه لایههای اطلاعاتی شاخصهای تاثیرگذار
پس از تهیه نقشههای شاخصهای تأثیرگذار، نقاط فرونشست در سرتاسر استان رقومی شده و به عنوان لایههای ورودی به مدل MaxEnt استفاده گردید.
3)اعتبار سنجی مدل:
برای ارزیابی و اعتبارسنجی مدل نهایی، از دو روش کلیدی استفاده شد:
•الف) شاخص سطح زیر منحنی (AUC) برای منحنی (ROC): این شاخص برای ارزیابی دقت پیشبینی مدل به کار رفت.
آزمون (Jackknife): این آزمون برای تعیین میزان تأثیر و اهمیت هر یک از شاخصها به عنوان متغیرهای ورودی در مدل MaxEnt استفاده شد.
نتیجه گیری
نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که مدل MaxEnt با استفاده از 14 شاخص محیطی، توانایی بالایی در شناسایی مناطق مستعد فرونشست دارد. شاخصهای شبکه کانال %41،ارتفاع %11، کاربری اراضی%10رطوبت خاک%9و بافت خاک%8.5 به ترتیب بیشترین تأثیر را در وقوع فرونشست در استان اصفهان ایفا میکنند. نقشه خطر فرونشست ، استان را به چهار طبقه خطر شامل کم خطر، متوسط،زیاد وبسیار زیادتقسیم کرده است. مناطق کم خطرمناطق با نرخ فرونشست ناچیزهستند که قسمت زیادی از استان را شامل میشود و مناطق که پرخطر هستند نرخ فرونشست بسیار بالا دارند.لازم به ذکر است که مناطق با خطر زیاد وبسیار زیاد منطبق هستند به آبخوان های اصلی استان از جمله ابخوان کوهپایه -سگزی ، برخوار، نجف آباد، بو ئین- میاندشت
بحث
اعتبارسنجی مدل با استفاده از منحنی ROC و مقدار AUC، دقت بالای مدل را تأیید کرد، به طوری که مقدار AUC برای نمونه تعلیمی 0.819 و برای نمونه آموزشی 0.807 بود. این مقادیر، که در محدوده "خیلی خوب" قرار میگیرند ، نشاندهنده قابلیت بالای مدل MaxEnt در پیشبینی و پهنهبندی مناطق مستعد فرونشست هستند. این نتایج حاکی از آن است که مدل توسعهیافته میتواند به عنوان یک ابزار قابل اعتماد برای ارزیابی ریسک فرونشست و برنامهریزیهای مدیریت زمین در استان اصفهان مورد استفاده قرار گیرد
در مناطق خشک و نیمهخشک، به ویژه در ایران، اصلیترین عامل تشدید فرونشست، برداشت بیرویه از منابع آب زیرزمینی و نابودی و تدریجی آبخوان ها است (ریتب ابوتالیب،2020) و(فصاحیه وهمکاران،2025). کاهش سطح آب زیرزمینی منجر به کاهش فشار منفذی در لایههای ریزدانه آبرفتی، تحکیم و فشردگی غیرقابل برگشت این لایهها، و در نتیجه، نشست دائمی سطح زمین میشود(مقیمی و همکاران،1400).به مستعدترین مناطق برای وقوع فرونشست زمین تبدیل کرده است.
روش کار
در این پژوهش، هدف پهنه بندی فرونشست با استفاده از شاخص های تاثیر گذار بر رخداد فرونشست و مدل حداکثر آنتروپی (مکسنت) در استان اصفهان است. این پژوهش بر سه مرحله اصلی استوار است (شکل 2).
1) شناسایی و آماده سازی دادهها:
دادههای مورد نیاز برای این پژوهش شامل نقاط وقوع فرونشست و شاخصهای محیطی تأثیرگذار بر آن است.
• الف) شناسایی موقعیت فرونشستها: : موقعیت فرونشستها از طریق بررسیهای میدانی و استفاده از تصاویر ماهوارهای سنتینل 1 و گوگل ارث ثبت گردید. این نقاط به عنوان لایه رقومی فرونشستها در محیط نرمافزار GIS تهیه شدند.
ب) تهیه لایههای اطلاعاتی شاخصهای تاثیرگذار
پس از تهیه نقشههای شاخصهای تأثیرگذار، نقاط فرونشست در سرتاسر استان رقومی شده و به عنوان لایههای ورودی به مدل MaxEnt استفاده گردید.
3)اعتبار سنجی مدل:
برای ارزیابی و اعتبارسنجی مدل نهایی، از دو روش کلیدی استفاده شد:
•الف) شاخص سطح زیر منحنی (AUC) برای منحنی (ROC): این شاخص برای ارزیابی دقت پیشبینی مدل به کار رفت.
آزمون (Jackknife): این آزمون برای تعیین میزان تأثیر و اهمیت هر یک از شاخصها به عنوان متغیرهای ورودی در مدل MaxEnt استفاده شد.
نتیجه گیری
نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که مدل MaxEnt با استفاده از 14 شاخص محیطی، توانایی بالایی در شناسایی مناطق مستعد فرونشست دارد. شاخصهای شبکه کانال %41،ارتفاع %11، کاربری اراضی%10رطوبت خاک%9و بافت خاک%8.5 به ترتیب بیشترین تأثیر را در وقوع فرونشست در استان اصفهان ایفا میکنند. نقشه خطر فرونشست ، استان را به چهار طبقه خطر شامل کم خطر، متوسط،زیاد وبسیار زیادتقسیم کرده است. مناطق کم خطرمناطق با نرخ فرونشست ناچیزهستند که قسمت زیادی از استان را شامل میشود و مناطق که پرخطر هستند نرخ فرونشست بسیار بالا دارند.لازم به ذکر است که مناطق با خطر زیاد وبسیار زیاد منطبق هستند به آبخوان های اصلی استان از جمله ابخوان کوهپایه -سگزی ، برخوار، نجف آباد، بو ئین- میاندشت
بحث
اعتبارسنجی مدل با استفاده از منحنی ROC و مقدار AUC، دقت بالای مدل را تأیید کرد، به طوری که مقدار AUC برای نمونه تعلیمی 0.819 و برای نمونه آموزشی 0.807 بود. این مقادیر، که در محدوده "خیلی خوب" قرار میگیرند ، نشاندهنده قابلیت بالای مدل MaxEnt در پیشبینی و پهنهبندی مناطق مستعد فرونشست هستند. این نتایج حاکی از آن است که مدل توسعهیافته میتواند به عنوان یک ابزار قابل اعتماد برای ارزیابی ریسک فرونشست و برنامهریزیهای مدیریت زمین در استان اصفهان مورد استفاده قرار گیرد
Keywords
