کاربرد الگوریتم هوش جمعی کلونی زنبورهای مصنوعی در بهینه‌سازی تخمین و پهنه‌بندی شدّت فرسایش باد با استفاده از داده‌های ژئومورفولوژی (مطالعه موردی: حوضه آبریز دشت بیرجند، استان خراسان جنوبی)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار ژئومورفولوژی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری تبدیل انرژی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

برای تخمین شدّت فرسایش باد که وسیع­ترین قلمرو فعّالیّت را دارد، استفاده از مدل‌های منطقه‌ای اجتناب‌ناپذیر است. این مدل‌ها، تجربی بوده و مبتنی بر مؤلّفه‌هایی هستند که از طریق امتیازدهی در آستانه‌های تعیین‌شده به تخمین فرسایش منجر می‌شوند. تفاوت تجربیات و متغیّر بودن مؤلّفه‌های ورودی این مدل­ها، باعث بروز ناسازگاری و کاهش قابلیّت اعتماد تخمین‌ها می‌شود. هدف از این مطالعه، بهینه‌سازی تخمین فرسایش باد در حوضة آبریز دشت بیرجند از طریق کمینه ­نمودن ناسازگاری امتیازات مؤلّفه‌های ورودی مدل مورد استفاده است. برای این منظور، مدل تجربی پهنه‌بندی شدّت فرسایش باد سازمان جنگل‌ها و مراتع ایران  با استفاده از الگوریتم هوش جمعی کلونی زنبورهای مصنوعی، بهینه‌سازی شده است. پس از تعیین امتیازات مؤلّفه‌های مدل اوّلیه، منطقه مورد مطالعه به پیکسل‌های 200×200 مترمربعی تبدیل و با استفاده از دستگاه مختصات قطبی به 82 ناحیه تقسیم شد. سپس الگوریتم بهینه‌سازی کلونی زنبورها در سه مرحله شامل: 1- تخصیص، 2- پایش و 3- نتیجه‌گیری توسّط زنبورها، اجرا و پیکسل‌های با بیشترین پتانسیل فرسایش شناسایی شده‌اند. نتایج، نشانگر انتقال حدود 49% از مساحت طبقات فرسایش باد در مدل سازمان جنگل‌ها و مراتع ایران به طبقات فرسایشی بالاتر در روش الگوریتم کلونی زنبورها است. بر این اساس، الگوریتم کلونی زنبورها حسّاسیت بسیار زیادی در ارائة طبقه‌بندی کلاس‌های فرسایش باد دارد. آزمون واریانس مساحت کلاس‌های فرسایشی حاصل از دو روش، حاکی از قابلیّت اطمینان بیشتر به نتایج روش الگوریتم کلونی زنبورها است. بیشترین نرخ فرسایش در لندفرم مخروط ­افکنه‌ها رخ داده و بیش از 90% کانون‌های فرسایش در واحد ژئومورفولوژیک دشت‌سر واقع شده است.

کلیدواژه‌ها


اختصاصی، محمدرضا؛ احمدی، حسن (1375) معرّفی دو روش جدید برآورد رسوب در فرسایش بادی، مجموعه مقالات دوّمین همایش ملّی بیابان‌زایی و روش‌های مختلف بیابان‌زدایی، انتشارات مؤسّسة تحقیقات جنگل‌ها و مراتع.
اختصاصی، محمدرضا؛ احمدی، حسن (1376) روش تجربی برآورد رسوب فرسایش بادی، منابع طبیعی ایران، ص. 51.
اشتوکلین (1368) زمین‌شناسی و زمین‌ساخت فلات ایران، ترجمة صادق حداد کاوه و حسن حسنعلی‌زاده، انتشارات وزارت علوم و تحقیقات و فناوری، ص. 108. تهران.
امیراحمدی، ابولقاسم؛ ثقفی، مهدی؛ ربیعی، مریم (1390) تحلیل و طبقه‌بندی چندمتغیّره برای مدل‌سازی متغیّرهای مؤثّر بر شکل هندسی مخروط‌افکنه‌های دامنة شمالی کوهستان باقران (جنوب شهر بیرجند)، جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، 44، صص. 90-73.
بخشنده­ مهر، لیلا؛ سلطانی، سعید؛ سپهر، عادل (1392) ارزیابی وضعیّت فعلی بیابان‌زایی و اصلاح مدل مدالوس در دشت سگزی اصفهان، نشریه مرتع و آبخیزداری، مجلّه منابع طبیعی ایران، 66 (1)، صص. 40-27.
پهلوان روی، احمد (1391) ارزیابی فرسایش و رسوبات بادی با استفاده از مدل IRIFR در منطقة زهک دشت سیستان. جغرافیا و توسعه، 10 (27)، صص. 140-127.
ثقفی، مهدی (1389)، مطالعات ژئومورفولوژی حوضه‌های دامنه شمالی کوهستان باقران، طرح پژوهشی دانشگاه پیام نور.
ثقفی، مهدی؛ امیراحمدی، ابوالقاسم؛ ربیعی، مریم (1395)،تشخیص واکنش­های ژئومورفیک مخروط­ افکنه­ های جنوب دشت بیرجند به فعّالیّت­ های تکتونیکی و تغییرات آب­وهوایی با استفاده از داده­ های میدانی، جغرافیا و برنامه­ ریزی، 20 (57)، صص. 114-97.
ثقفی، مهدی؛ ربیعی گسک، مریم (1394)، تحلیل فضایی ریسک‌پذیری توسعه شهر بیرجند از جنبة محدودیت‌های طبیعی و طبقه‌بندی آن به کمک تکنولوژی اطّلاعات ماهواره‌ای و سیستم اطّلاعات جغرافیایی، طرح پژوهشی، جمعیّت هلال احمر استان خراسان جنوبی.
جباری، ایرج؛ ثقفی، مهدی (1383) پهنه‌های حسّاس به فرسایش بادی حوضه آبریز دستگرد بیرجند، فضای جغرافیایی، 11، صص.90-73.
حبیبی، علیرضا؛ شاد فر، صمد؛ صادقی، معصومه (1393) بررسی شدّت بیابان‌زایی در رخساره‌های ژئومورفولوژی با استفاده از GIS در استان خوزستان، نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، 14 (32)، صص. 159-141.
خطیب، محمد مهدی؛ زرین‌کوب، محمدحسین (1380) کرونولوژی ساختاری و مراحل کانی­زایی لیستونیت در پهنه برشی آرگین، مجموعه مقالات پنجمین همایش انجمن زمین‌شناسی ایران، دانشگاه تهران.
خطیب، محمدمهدی (1368)، تحلیل ساختاری کوه‌های جنوب بیرجند، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، رشتة زمین‌شناسی، گرایش تکتونیک، استاد راهنما: میرعلی‌اکبر نوگل سادات، دانشگاه تربیت مدرس.
ربیعی، مریم (1390)، بررسی نقش مخروط‌ افکنه‌های دامنه شمالی ارتفاعات باقران در منابع آب زیرزمینی دشت بیرجند، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، رشته جغرافیا، گرایش ژئومورفولوژی در برنامه‌ریزی محیطی، استاد راهنما: دکتر ابوالقاسم امیراحمدی، دانشگاه حکیم سبزوار.
مصباح­ زاده، طیبه؛ احمدی، حسن؛ زهتابیان، غلامرضا؛ سرمدیان، فریدون (1389) ارزیابی شدّت فرسایش بادی با بهره‌گیری از مدل IRIFR. E.A1 (بررسی موردی: ابوزیدآباد کاشان)، نشریه مرتع و آبخیزداری، مجلّه منابع طبیعی ایران، 63 (3)، صص. 415-399.
Blanka, V., Mezosi, G., Meyer, B. (2013) Projected Changes in the Drought Hazard in Hungary Due to Climate Change, Idojaras: Q. J. Hungarian Meteorol. Serv, 117, pp. 219–237.
Bohner, J., Schafer, W., Conrad, O., Gross, J., Ringeler, A. (2003) The WEELS Model: Methods, Results and Limitations, CATENA, 52 (3-4), pp. 289-308.
Boulghobra, N., Hadri, T., Bouhana, M. (2014) Using Landat Imagery for Monitoring the Spatiotemporal Evolution of Sanding in Dryland, the Case of IN-SALAH the Tidikelt (Southern Algerian SAHARA),Geographia Technica, 9 (1), pp. 1- 9.
Callot, Y., Marticorena, B., Bergametti, G. (2000) Geomorphologic Approach for Modelling the Surface Features of Arid Environments in a Model of Dust Emissions: Application to the Sahara Desert, Geodinamica Acta, 13 (5), pp. 245-270.
Carter, D. (1985). Wind erosion research techniques workshop, Esperance, WA.
Coen, G. M., Tatarko, J., Martin, T. C., Cannon, K. R., Goddard, T. W., Sweetland, N. J. (2004) A Method for Using WEPS to Map Wind Erosion Risk of Alberta Soils, Environmental Modelling & Software, 19 (2), pp. 185-189.
Eswaran, H., Lal, R., Reich, P. F. (2001). Land Degradation. An Overview Conference on Land Degradation and Desertification. Khon Kaen, Thailand: Oxford Press, New Dehli, India, 23(2), pp. 20-35.
Goudie, A. S., Middleton, N. J. (2006) Desert Dust in the Global System, Springer, Berlin, Germany.
Griffin, D. W., Garrison, V. H., Ferman, J. R., Shinn, E. A. (2001) African Desert Dust in the Caribbean Atmosphere: Microbiology and Public Health, Aerobiologia, 17, pp. 203 - 213
Karaboga, D., Basturk, B. (2007) A Powerful and Efficient Algorithm for Numerical Function Optimization: Artificial Bee Colony (ABC) Algorithm, Global optimization, 39 (3), pp. 459-471.‏
Lawrence, H. (2004) Evaluation of the Wind Erosion Prediction System (WEPS) Erosion Sub Model on Cropland Fields, Environmental Modeling & Software, 19, pp. 171–176.
Marticorena, B., Bergametti, G. (1995) Modeling the Atmospheric Dust Cycle: 1. Design of a Soil-Derived Dust Emission Scheme, Geophysical Research, 100 (D8), pp. 415-430.
Mezosi, G., Meyer, B. C., Loibl, W., Aubrecht, C., Csorba P., Bata, T. (2013) Assessment of Regional Climate Change Impacts on Hungarian Landscapes, Reg. Environ. Change, 13, pp. 797–811.
Mezosi, G., Szatmari, J. (1998) Assessment of Wind Erosion Risk on the Agricultural Area of the Southern Part of Hungary, Hazardous Materials, 61(1-3), pp. 139-153.
Mitchell, M. (1998) An introduction to genetic algorithms, MIT press, USA.‏
Nichols, K. K., Bierman, P. R., Hooke, R. L., Clapp, E. M., Caffee, M. (2002) Quantifying Sediment Transport on Desert Piedmonts, Geomorphology, 45, pp. 105-125.
Oldeman, L. R. (1994) The Global Extent of Soil Degradation. In: D. J. Greenland, Szabolcs, I. (Editor), Soil Resiliance and Sustainable Land Use: Proceedings of a Symposium Held in Budapest, 28 September to 2 October 1992, Including the Second Workshop on the Ecological Foundations of Sustainable Agriculture (WEFSA II), CAB International, pp. 99-118.
Oldeman, L. R., Hakkeling, R. T. A., Sombroek, W. G. (1991) World Map of the Status of Human-Induced Soil Degradation, an Explanatory Note. Second Revised Edition. ISRIC and UNEP, 34 p.
Prospero, J. M., Ginoux, P., Torres, O., Nicholson, S. E., Gill, T. E. (2002) Environmental Characterization of Global Sources of Atmospheric Soil Dust Identified with the Nimbus 7 Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) Absorbing Aerosol Product, Reviews in Geophysics, 40(1), pp. 2-31.
Raiman, O. (1991). Order of magnitude reasoning. Artificial intelligence, 51(1), pp. 11-38.‏
Sadeghi Ravesh. M. H,  Ahmadi, H., Zehtabian, Gh. R, Tahmoures, M. (2013) Application of Numerical Taxonomy Analysis in Sustainable Development Planning of Combating Desertification, Desert 17, pp. 147-159.
Smith, J. L., Lee, K. (2003) Soil as a Source of Dust and Implications for Human Health, Advances in Agronomy, 80, pp. 1-32.
Thomas, D. S. G. (2000) Arid Zone Geomorphology: Process, Form and Change in Drylands, John Wiley & Sons, London.
Washington, R., Todd, M., Middleton, N.J., Goudie, A.S. (2003) Dust-Storm Source Areas Determined by the Total Ozone Monitoring Spectrometer and Surface Observations, Annals of the Association of American Geographers, 93 (2), pp. 297-313.
Willmott, C. J., Matsuura, K. (2005) Advantages of the Mean Absolute Error (MAE) over the root mean square error (RMSE) in assessing average model performance, Climate Research, 30 (1), pp. 79-82.
Zobeck, T. M., Parker, N. C., Haskell, S., Guoding, K. (2000) Scaling up from Field to Region for Wind Erosion Prediction Using a Fieldscale Wind Erosion Model and GIS, Agr. Ecosyst. Environ, 82, pp. 247–259.