بخشی از مقاله
چکیده
فرسایش خاک، پدیده ای است که دیرینهای به قدمت پیدایش خشکیها در کرهی زمین دارد. به همین دلیل این پدیده در حال حاضر به یکی از مشکل-سازترین و در عین حال حساسترین معضلات بشر تبدیل گردیده است. در این میان، فرسایش آبکندی، یکی از مهمترین انواع فرسایش آبی است. در ایران این نوع فرسایش، باعث تخریب اراضی و از بین رفتن خاک، جاری شدن روانابها و سیل و پیامدهای ناشی از آن شده است.
نظر به اهمیت این موضوع، پژوهش حاضر نسبت به تعیین عوامل موثر بر تعمیق آبکندها با استفاده از تکنیکهای دادهکاوی در منطقهی کنارتخته واقع در جنوب غرب استان فارس اقدام نموده است. به نظر میرسد بررسی این عوامل کمک بسیار زیادی به تعیین راهکارهای کنترلی و اجرای موفقیتآمیزتر پروژههای حفاظت آب و خاک نماید.
نتایج این تحقیق که از مدلسازی با بهرهگیری از الگوریتمهای خوشهبندی K-Means و درخت تصمیم CART در نرمافزار Clementine 12,0 حاصل شده است، نشان داد که تعمیق آبکندها در این منطقه تابع عوامل هدایت الکتریکی عصارهی اشباع و درصد مادهی آلی خاک میباشد. توصیه می-شود اصلاح خاکهای این منطقه به کمک اصلاحکنندهها، احیای پوشش گیاهی و افزایش مادهی آلی در اولویت اقدامات موثر در کنترل آبکندها قرار گیرد.
- 1 مقدمه
فرسایش خاک، صرف نظر از انواع شکلی آن، پدیده ای است که دیرینه ای به قدمت پیدایش خشکی ها در کره زمین دارد. پیامدهای فرسایش خاک توسط برخی از پژوهشگران به حدی خطرناک قلمداد شده است که شکوفایی و نابودی تمدن های پیشین را به این پدیده نسبت داده اند
امروزه کمتر منطقهای را در سطح زمین میتوان یافت که در معرض تخریب و فرسایش قرار نگرفته باشد و به همین دلیل این پدیده در حال حاضر به یکی از مشکلسازترین و در عین حال حساس-ترین معضلات بشر تبدیل گردیده است
هر ساله حدود 26 میلیارد تن خاک در دنیا بر اثر فرسایش از دست میرود که این میزان بیشتر از خاکی است که تشکیل میشود ؛ این در حالی است که از 1500 میلیون هکتار زمین زراعی موجود در جهان، مقدار 430 میلیون هکتار از این اراضی در فاصلهی سال های 1960 تا 2000 میلادی به دلیل فرسایش از دست رفته است - احمدی، . - 1390 بالاترین میزان این فرسایشها در کشورهای در حال توسعه رخ داده است و این امر خطری جدی برای توسعهی پایدار و متوازن کشاورزی به حساب میآید
یکی از مهمترین انواع فرسایش آبی، فرسایش آبکندی است. این نوع فرسایش به ویژه در مناطق خشک و نیمهخشک جهان در مواردی که بهره برداری از منابع آب و خاک مبتنی بر اصول صحیح و متناسب با توان طبیعی و شرایط محیطی نباشد موجب تغییرات قابل ملاحظه در اراضی و پیامدهای زیانبار اقتصادی و اجتماعی میشود
صوفی - 1383 - ، به نقل از انجمن علوم خاک آمریکا - 2001 - ، آبکند دائم را آبکندی با عمق 0/5 تا 3 متر معرفی که توسط ادوات معمول از بین نرود و آبکند موقت را با عمق کمتر از 0/5 متر دانسته که با ادوات معمول شخم قابل حذف است.
آنچه توسط اکثریت قریب به اتفاق پژوهشگران فرسایش خاک دربارهی فرسایش آبکندی مهم قلمداد شده است پیچیده بودن چگونگی شکلگیری و روند رشد و گسترش و کنترل آبکندها در شرایط مختلف محیطی و اقدامات متفاوت انسان در بهره برداری از منابع آب و خاک و گیاهان است به طوری که این نوع فرسایش خاک را نمیتوان تنها و محدود به نوع معینی از سازند های زمین شناسی، وضعیت توپوگرافی، خصوصیات خاک، استفاده از اراضی، شرایط اقلیمی، ویژگیهای آب و هوایی نمود
به همین دلیل نیز در نتایج تحقیقاتی منتشر شده نظرات متفاوتی دربارهی شکل گیری و رشد و گسترش و کنترل آبکندها برحسب خصوصیات مناطق مختلف ارائه شده است که در برخی موارد نیز در تضاد با یکدیگر هستند، ولی با جمع بندی نتایج حاصل از پژوهش های انجام شده می توان استنباط نمود که شکل گیری فرسایش آبکندی موضوعی متزع از رشد و گسترش آبکندها است. به نحوی که در بسیاری از نقاط ممکن است عوامل موثر در رخداد فرسایش آبکندی تا حدودی همگون و مشابه باشد، اما رشد و گسترش فرسایش آبکندی از منطقه یا ناحیه ای به ناحیهی دیگر متفاوت بوده و تابع عوامل یکسان، همگون و مشترک نباشد. شاید به همین دلیل است که تاکنون به رغم تلاش های فراوان انجام شده در نقاط مختلف جهان مدل فراگیری برای پیش بینی شکل گیری، گسترش و کنترل این نوع فرسایش ارائه نشده است
در ایران نیز فرسایش آبکندی به عنوان یکی از مهمترین انواع فرسایش قلمداد شده که باعث تخریب اراضی بسیاری گردیده است و زندگی بسیاری از هموطنان ما را تهدید می کند، به طوری که این تهدیدها تنها محدود به ایجاد تغییرات ناهنجار در منظر زمین، تخریب اراضی و از بین رفتن خاک و عدم امکان فعالیت های کشاورزی و بهره برداری اقتصادی از عرصه های طبیعی نمی شود بلکه با رخداد و گسترش این نوع فرسایش، جاری شدن روانابها و سیل، جابهجایی حجم قابل توجهی از رسوبات و پیامدهای ناشی از آن و بالاخره غیرقابل استفاده شدن اراضی تشدید میگردد
پژوهش حاضر برای اولین بار در ایران نسبت به تعیین عوامل موثر بر تعمیق آبکندها با استفاده از تکنیکهای دادهکاوی در منطقهی کنارتخته واقع در جنوب غرب استان فارس اقدام نموده است. به نظر میرسد بررسی این عوامل کمک بسیار زیادی به تعیین راهکارهای کنترلی و اجرای موفقیتآمیزتر پروژههای حفاظت آب و خاک نماید.
داده کاوی فرآیندی است که در آغاز دههی 90 پا به عرصه ظهور گذاشته و با نگرشی نو، به مسالهی استخراج اطلاعات از پایگاه دادهها می-پردازد. در حال حاضر، دادهکاوی مهمترین فنآوری جهت بهرهبرداری از دادههای حجیم است و اهمیت آن رو به فزونی میباشد. این دانش، یکی از ده دانش در حال توسعهای است که دههی آینده را با انقلاب تکنولوژیک مواجه خواهد ساخت و بدین رو در سالهای اخیر در دنیا گسترش فوق-العاده سریعی داشته است
دانش دادهکاوی فرآیند کشف دانش پنهان درون دادهها است که با برخورداری از دامنهی وسیع زیرزمینههای تخصصی با توصیف، تشریح، پیشبینی و کنترل پدیدههای گوناگون پیرامونی، امروزه دارای کاربرد بسیار وسیع در حوزههای مختلف از جمله صنعتی، پزشکی، ارتباطات، کشاورزی، انرژی، علوم اجتماعی، فرهنگی، سیاسی، اقتصادی، بازرگانی، نظامی، آموزشی و ... دارد؛ به گونهای که امروزه مرز و محدودیتی برای کاربرد این دانش در نظر گرفته نشده و زمینههای کاری این دانش را از ذرات کف اقیانوس تا اعماق فضا میدانند
امروزه افزایش سریع حجم پایگاه دادهها به شکلی است که توانایی انسان برای درک این دادهها بدون ابزارهای قدرتمند میسر نمیباشد. در این وضعیت، تصمیمگیریها به جای تکیه بر اطلاعات، بر درک مدیران و کاربران تکیه دارند. زیرا تصمیمگیرندگان ابزار قوی برای استخراج اطلاعات باارزش را در دست ندارند
در واقع شرایط فعلی توصیف کنندهی حالتی است که ما از لحاظ داده غنی، اما از لحاظ اطلاعات ضعیف هستیم. حال با توجه به شدت رقابتها در عرصههای مختلف، استفادهی موثر از دادهها توسط مدیران، یک هدف عمده برای بهبود وضعیت موجود محسوب میشود. داده کاوی، مجموعهای از روشها در فرآیند کشف دانش است که برای تشخیص الگوها و رابطههای نامعلوم در دادهها مورد استفاده قرار میگیرد
- 2 معرفی منطقهی مورد مطالعه
منطقهی کنارتخته در جنوب غرب استان فارس در محدوده ی جغرافیایی 51 درجه، 23دقیقه و 36 ثانیه تا 51 درجه، 29 دقیقه و 00 ثانیهی شرقی و عرض جغرافیایی 29درجه، 38 دقیقه و 52 ثانیهی شمالی تا 29 درجه، 35 دقیقه و 25 ثانیهی شمالی قرار گرفته است. این منطقه در نقشههای توپوگرافی 1:250000 شمارهی NH 39-11 کازرون، 1:50000 شمارهی 6249II کنارتخته و 1:25000 شمارهی 6249 II SE کنارتخته - بلوک - 98 کازرون واقع شده است
تیپ اراضی منطقه تپه ماهور و ارتفاع متوسط منطقه 540 متر از سطح دریا و شیب متوسط منطقه 8 درصد میباشد. اقلیم منطقه بر اساس روش دومارتن گسترده اقلیم خشک بیابانی گرم است. میانگین دمای سالانه منطقه 23 درجهی سانتی گراد و میزان باران متوسط سالانه طبق آمار 25 ساله ایستگاه گلبابکان 906 میلیمتر برآورده شده است
- 3 مواد و روشها
روش تحقیق در این پژوهش شامل اندازهگیری پارامترهای مختلف آبکندها در عملیات صحرایی و آزمایشگاهی و استفاده از تکنیکهای دادهکاوی به شرح زیر میباشد:
الف- انتخاب منطقهی کنارتخته جهت انجام تحقیق: دلیل این انتخاب به سبب وجود و غالب بودن فرسایش آبکندی و شاخص بودن آبکندها و مشکلات بیشتر در زیر بخشهای کشاورزی، مسکونی و صنعتی میباشد.
ب- انتخاب 30 آبکند در منطقه: با توجه به بررسیهای به عمل آمده، مشخص گردید که در این منطقه حدود 50 آبکند اصلی - شاخص - وجود دارد. بنابراین طبق فرمول کوکران - Cochran - و به منظور تعیین صحیح و اصولی نمونهها، با خطای 10 درصد، تعداد 30 آبکند انتخاب گردید. روش انتخاب آنها نیز به این طریق بود که این آبکندها در صحرا، به طور تصادفی انتخاب گردیدند.
پ- تهیهی نقشهی حوزهی آبخیز - شکل - 4، زمینشناسی - شکل - 5 و کاربری اراضی - شکل - 6 در نرمافزار GIS، با مبنا قرار دادن مطالعات صوفی - 1383 - و سلیمانپور - 1391 - و به کمک تصاویر ماهوارهای - 2008 - IRS، پایگاه اطلاعاتی Google Earth و برداشتهای زمینی با حضور در منطقه و ثبت شواهد توسط GPS و محاسبهی ویژگیهای فیزیکی شکل حوزه مانند ضریب فرم - Ff - ، برای هر حوزهی آبخیز آبکندی.
ت- اندازهگیری عمق آبکندها در صحرا - سال : - 1392 بدین منظور شاخهی درجه 1 هر آبکند منتخب مشخص گردید و عمق هر آبکند در فواصل 10 متر به 10 متر توسط متر نواری اندازهگیری شد و سپس عمق متوسط هر آبکند به دست آمد.
ث- اندازهگیری مساحت آبخیز و شیب، در بالای نقطهی ایجاد آبکندها: به منظور ترسیم حوزهی آبخیز واقع در خروجی هر آبکند، پس از برداشت میدانی و ثبت نقاط ارتفاعی - تقسیم آب - توسط دستگاه GPS - مدل ماژلان - در صحرا - سال - 1392، این نقاط به محیط GIS منتقل گردید و با رعایت اُصول کارتوگرافی، مرز هر حوزهی آبخیز آبکندی ترسیم و مقادیر مساحت آن استخراج گردید. همچنین جهت اندازهگیری شیب خروجی هر آبکند، از دو روش DEM و اندازهگیری میدانی با استفاده از شیبسنج سنتو استفاده شد - شایان ذکر است مدل رقومی ارتفاعی مورد استفاده در این تحقیق از نوع DEM با شبکهی سلولی یا مربعی منظم، از نوع محلی بود. اما در کلیهی محاسبات با توجه به دقت روش میدانی، از آمار این روش استفاده گردید - .
ج- اندازهگیری درصد سنگریزه، خاک لخت، پوشش گیاهی، لاشبرگ در پیشانی، خروجی و کنارههای چپ و راست آبکندهای منتخب، با قرار دادن تصادفی حداقل 10 پلات یک متر مربعی و تعیین میانگین آنها.
چ- اندازهگیری ویژگیهای شیمیایی خاک در برگیرندهی هدایت الکتریکی عصارهی اشباع - EC - ، اسیدیتهی خاک - pH - ، درصد مادهی آلی خاک - OM - و نسبت جذب سدیم - SAR - و ویژگیهای فیزیکی خاک در برگیرندهی بافت بود. برای اندازهگیری اجزای خاک - بافت - شامل؛ درصد رس - Clay - ، درصد سیلت - Silt - ، درصد شن - Sand - ، از روش هیدرومتری استفاده شد.
ح- اندازهگیری میزان نفوذپذیری در بالای پیشانی هر آبکند با استفاده از دستگاه نفوذسنج - دابل رینگ - .
خ - استفاده از تکنیکهای دادهکاوی - خوشهبندی و درخت تصمیم - جهت تعیین عوامل موثر: بدین منظور عمق آبکند به عنوان متغیر وابسته و کلیهی پارامترهای اندازهگیری شده به عنوان متغیر مستقل وارد این نرم-افزار گردید و عوامل موثر بر تعمیق آبکندها در این منطقه مشخص شد.
- 1-3 مدلسازی
در این پژوهش به منظور تعیین عوامل موثر بر تعمیق آبکندها از تکنیک-های دادهکاوی خوشهبندی و درخت تصمیم استفاده شده است. این تکنیکها در نرمافزار Clementine 12,0 پیادهسازی شدهاند. نرمافزار یاد شده ساخت شرکت SPSS است و امکان ایجاد مدلهای متعددی را بر اساس تئوریهای آماری، هوش مصنوعی و یادگیری ماشین ارائه میدهد. شکل 1 نمایی از مدلسازی انجام شده در تحقیق حاضر را با استفاده از این نرمافزار نشان میدهد.
شکل :1 نمایی از مدلسازی انجام شده با استفاده از نرمافزار SPSS
