ارزیابی روش‌های آزمون گاما، تحلیل خوشه‌ای، تحلیل تابع تشخیص و منحنی‌های اندرو در تفکیک آبخیزهای همگن برای آنالیز منطقه‌ای رسوب معلق

خیرفام, حسین; وفاخواه, مهدی

ارزیابی روش‌های آزمون گاما، تحلیل خوشه‌ای، تحلیل تابع تشخیص و منحنی‌های اندرو در تفکیک آبخیزهای همگن برای آنالیز منطقه‌ای رسوب معلق

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی دکتری؛ گروه مهندسی آبخیزداری؛ دانشکده منابع طبیعی؛ دانشگاه تربیت مدرس؛ نور؛ مازندران؛ ایران

² دانشیار؛ گروه مهندسی آبخیزداری؛ دانشکده منابع طبیعی؛ دانشگاه تربیت مدرس؛ نور؛ مازندران؛ ایران

چکیده

رسوب ناشی از فرسایش خاک به‌عنوان مهم‌ترین نمایه‌های تخریب اراضی، چالشی مهم در بحث توسعۀ پایدار و تهدیدی بر زیست‌بوم‌ها تلقی می‌شود. لذا تخمین رسوب خروجی از آبخیزها بسیار حائز اهمیت می‌باشد. گستردگی آبخیزها و کمبود ایستگاه‌های سنجش رسوب باعث شده تا از روش‌های غیرمستقیم از قبیل مدل‌های تهیه شده در آبخیزهای مشابه جهت تخمین رسوب در آبخیز فاقد آمار استفاده نمایند. در این پژوهش، 42 ایستگاه رسوب‌سنجی جنوب و جنوب شرقی دریای خزر با دوره‌های آماری بیش از 20 سال انتخاب گردید. با برقراری ارتباط بین مقادیر دبی و رسوب معلق در مواقع سیلابی اقدام به تخمین مقادیر روزانۀ رسوب معلق از روی دبی‌های روزانه شده و مقادیر رسوب متوسط سالانه محاسبه گردید. با استفاده از آزمون گاما، 13 عامل موثر بر تولید رسوب به 5 عامل اصلی کاهش داده شد و ایستگاه‌های مورد مطالعه با به‌کارگیری تحلیل خوشه‌ای، تحلیل تابع تشخیص و منحنی‌های اندرو در گروه‌های همگن قرار گرفتند. برای هر گروه همگن حاصل از هر یکی از روش‌های همگن‌سازی مذکور و برای کل ایستگاه‌ها به‌عنوان یک گروه با 5 عامل اصلی انتخاب شده مدل رگرسیونی برای تخمین میزان رسوب معلق متوسط سالانه تهیه شد و مقادیر خطا و کارآیی مدل‌های تهیه شده با استفاده از نمایه‌های آماری RE، RRMSE و RBIAS براساس داده‌های مشاهداتی محاسبه گردید. نتایج نشان داد که هر 3 روش همگن‌سازی نتایج بهتری نسبت به مدل کلی داشته و روش منحنیهای اندرو به‌ترتیب با مقادیر خطای نسبی (RE)، ریشه نسبی مجذور میانگین مربعات خطا (RRMSE) و انحراف نسبی (RBIAS) 12/38 و 16/53 درصد و 01/0- در مرحلۀ واسنجی و 91/45 و 11/33 درصد و 01/0 در مرحلۀ اعتبارسنجی نسبت به دو روش تحلیل خوشه‌ای و تحلیل تابع تشخیص عملکرد بهتری در همگن‌سازی حوزه‌های آبخیز بر اساس تولید رسوب داشته است. هم‌چنین دبی اوج با دوره بازگشت دو ساله نیز بیش‌ترین تأثیر در تغییرات میزان رسوب معلق متوسط سالانه را دارد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.22517480.1393.4.2.6.7

عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

Hossein Kheirfam ¹
Mehdi Vafakhah ²

¹ Ph.D Student, Department of Watershed Management Engineering, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University, Noor, Mazandaran, Iran

² Associate Professor, Department of Watershed Management Engineering, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University, Noor, Mazandaran, Iran

چکیده [English]

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.

کلیدواژه‌ها [English]