ارزیابی پتانسیل سیل‌خیزی حوضه آبخیز خیاوچای با استفاده از مدل‎ MFFPI ‎و ‏شاخص‌های طیفی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد ژئومورفولوژی، ‏گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانشجوی دکتری آب و هواشناسی، گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ‏ایران

چکیده

سیلاب‌های ناگهانی از مخاطرات مهم در مدیریت منابع آب و محیط‌زیست به شمار می‌آیند. ‏هدف این پژوهش، شناسایی نواحی مستعد سیلاب ناگهانی در حوضه آبخیز خیاوچای و ‏بررسی ارتباط شاخص‌های طیفی با خطر وقوع سیلاب است. در این راستا، از مدل ‏MFFPI‏ ‏به‌عنوان ابزار اصلی برای تعیین مناطق سیل‌خیز استفاده شد. پارامترهای مورد استفاده شامل ‏شیب، تراکم جریان، انحنای دامنه، جنس سنگ، بافت خاک و کاربری اراضی بوده که از ‏منابعی مانند مدل رقومی ارتفاع (‏DEM‏)، نقشه‌های زمین‌شناسی و داده‌های سنجش از دور ‏استخراج شدند. این پارامترها پس از طبقه‌بندی و وزن‌دهی براساس نسخه اصلاح‌شده مدل ‏MFFPI، در محیط ‏GIS‏ پردازش و نقشه نهایی خطر سیلاب تولید گردید. برای ارزیابی ‏عملکرد مدل، دو سیلاب ثبت‌شده در سال ۲۰۲۰ بررسی و تحلیل ‏ROC‏ برای سنجش دقت ‏مدل انجام شد. همچنین، ارتباط شاخص‌های طیفی ‏MNDWI، ‏NDMI، ‏AWEI‏ و ‏LSM‏ با مقادیر ‏MFFPI‏ از طریق آزمون همبستگی اسپیرمن بررسی گردید. نتایج نشان ‏داد که نواحی شمالی، بخش‌هایی از مرکز و برخی مناطق جنوبی حوضه بیشترین خطر وقوع ‏سیلاب را دارند. ارزیابی پارامترها نشان داد عواملی مانند شیب کم، تراکم بالای جریان، ‏خاک‌های رسی کم‌نفوذ، دامنه‌های مقعر، کاربری شهری و سنگ‌های آذرین سخت در افزایش ‏رواناب و سیلاب مؤثرند. تحلیل شاخص‌های طیفی نیز نشان داد شاخص ‏LSM‏ با مدل ‏MFFPI‏ ارتباط مثبت و معناداری دارد و می‌تواند به‌طور مؤثر در شناسایی نواحی سیل‌خیز ‏به کار رود. مقدار ‏AUC‏ برای دو سیلاب بررسی‌شده به‌ترتیب 73/0 و 72/0 به‌دست آمد که ‏بیانگر عملکرد قابل‌قبول مدل در پیش‌بینی خطر سیلاب است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Assessing the flood potential of the Khiaochay watershed using the ‎MFFPI model and spectral indices

نویسندگان [English]

  • Sayyad Asghari Saraskanrood 1
  • Mahdi Frotan 2
1 Professor, Department of Physical Geography, Faculty of Social Sciences, University ‎of ‎Mohaghegh Ardabili, Iran
2 Ph.D. Student of Climatology, Department of Physical Geography, Faculty of Social Sciences, University ‎of ‎Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

Flash floods are important hazards in water resource and ‎environmental ‎management. This study aimed ‎to identify flash ‎flood-prone areas in the Khiaochay ‎watershed and investigate ‎the relationship between ‎spectral indices and flood risk. In ‎this ‎regard, the MFFPI model was used as the main tool to ‎determine flood-prone ‎areas. The parameters used included ‎slope, flow density, slope curvature, rock type, ‎soil texture, and ‎land ‎use, which were extracted from sources such as ‎digital ‎elevation models (DEM), geological maps, and remote ‎sensing ‎data. After ‎classification and weighting based on the modified ‎version of the MFFPI model, ‎these ‎parameters were processed ‎in a GIS environment, and a final flood hazard ‎map was ‎produced. To evaluate the ‎model's performance, two floods ‎recorded in ‎‎2020 were examined, and ROC analysis was ‎performed to measure ‎the accuracy of ‎the model. In addition, ‎the relationship between the spectral indices MNDWI, ‎NDMI, ‎AWEI, and LSM ‎ and the MFFPI values was examined using ‎Spearman's ‎correlation test. The results showed that the ‎northern ‎areas, parts of the center, and ‎some southern areas of ‎the basin have the highest risk of flooding. The ‎evaluation ‎of the ‎parameters showed that factors such as low slope, high ‎flow ‎density, low-permeability clay soils, concave ‎slopes, urban land ‎use, and hard ‎igneous rocks are effective in increasing runoff ‎and flooding. The analysis of ‎the ‎spectral indices also showed ‎that the LSM index has a positive and significant ‎relationship ‎with the MFFPI ‎model and can be effectively used to identify ‎flood-prone areas. The AUC values for the two floods ‎studied ‎were 0.73 and 0.72, ‎respectively, which indicates the ‎acceptable performance of the model in predicting ‎flood ‎risk.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flood
  • MFFPI
  • spectral indices
  • ‎Khiawchay watershed
ابراهیمی، لیلا. (1399). تهیۀ نقشۀ مدیریت مخاطرات سیلاب با استفاده از الگوریتم نوین جنگل تصادفی (مطالعۀ موردی: حوضۀ آبخیز لواسانات). مدیریت مخاطرات محیطی، 7(2)، 181-196. https://doi.org/10.22059/jhsci.2020.307476.584
اسماعیلی، رضا، طاهری، محمد. (1401). ارزیابی مناطق مستعد خطر سیلاب با نگرش فازی، مطالعه موردی: پایین‌دست حوضۀ آبریز نکا، استان مازندران. مخاطرات محیط طبیعی، 11(34)، 145-158. https://doi.org/10.22111/jneh.2022.39817.1842
امیری، خدیجه، سیدکابلی، حسام، محمودی کهن، فرهاد. (1400). مطالعه و پایش تغییرات سطح آب و تأثیر آن بر دمای سطح تالاب با استفاده از شاخص‌های ‏NDWI، ‏MNDWI‏ و ‏AWEI‏ (مطالعه موردی: تالاب‌های شادگان و هورالعظیم). علوم و مهندسی آبیاری، 44(4)، 59-74. https://doi.org/10.22055/jise.2020.31854.1898
پروین، منصور. (1398). ارزیابی و پهنه‌بندی خطر سیلاب‌های ناگهانی براساس مدل ‏MFFPI‏ (مطالعه موردی: حوضۀ اسلام‌آباد غرب). مدیریت مخاطرات محیطی، 6(2)، 169–184. https://doi.org/10.22059/jhsci.2019.283544.480
پروین، منصور. (1399). ارزیابی و پهنه‌بندی خطر سیلاب‌های ناگهانی بر اساس عوامل فیزیوگرافی و شاخص‌های مورفومتریک (مطالعه موردی: حوضۀ قصرشیرین). جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، 31(2)، 89-104. https://doi.org/10.22108/gep.2020.119766.1221
حسینی چمنی، فرشید، فرخیان فیروزی، احمد، عامری خواه، هادی. (1398). تابع انتقالی به منظور برآورد رطوبت خاک به کمک شاخص‌های پوشش گیاهی، دمای سطح خاک و شاخص نرمال شده رطوبت. مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، 26(4)، 239-254. https://doi.org/10.22069/jwsc.2019.15306.3053
رضایی مقدم، محمد حسین، کرمی، فریبا، اباذری، کلثوم. (1402). ارزیابی و پهنه‌بندی خطر سیلاب ناگهانی در حوضۀ آبریز اوجان چای با استفاده از مدل MFFPI. هیدروژئومورفولوژی، 10(36)، 157-138. https://doi.org/10.22034/hyd.2023.57462.1701
رضائی مقدم، محمدحسین، مختاری، داود، شفیعی مهر، مجید (1400). پهنه‌بندی خطر سیلاب در حوضه آبریز شهر چای میانه با استفاده از مدل ویکور. هیدروژئومورفولوژی، 8(28)، 19-37. https://doi.org/10.22034/hyd.2021.40169.1536
رنجبر، سعیده، کامیاب، حمیدرضا. (1399). ارزیابی ناهمگونی مکانی در کیفیت بوم‌شناختی با استفاده از فن‌آوری سنجش‌ازدور (مطالعه موردی: حوضۀ آبخیز قره‌سو). جغرافیا و مخاطرات محیطی، 9(4)، 145-161. https://doi.org/10.22067/geoeh.2021.67026.0
عابدینی، موسی، بابایی اولم، طیبه، پاسبان، امیرحسام. (1403). ارزیابی و پهنه‌بندی خطر وقوع سیلاب با استفاده از مدل MFFPI (مطالعه موردی: حوضۀ آبخیز شفارود، استان گیلان). جغرافیا و روابط انسانی، 7(1)، 871-821. https://doi.org/10.22034/gahr.2024.466493.2198
عابدینی، موسی، صبوری، حمیرا، پاسبان، امیرحسام. (1404). پهنه‌بندی خطر سیلاب و ارتباط آن با کاربری اراضی با استفاده از مدل فرایند تحلیل شبکه (مطالعه موردی: حوضه آبخیز رضی‌چای، استان اردبیل). فصلنامه مطالعات توسعه پایدار شهری و منطقه‌ای، 6(2)، 68-84. https://www.srds.ir/article_214387.html
غیاثی، سید سعید، رجب‌زاده، فائزه، ناجی‌راد، سمیه، فیض‌نیا، سادات، نظری‌سامانی، علی‌اکبر. (1396). تعیین عوامل مؤثر در وقوع زمین‌لغزش‌های کم‌عمق در حوزه آبخیز خیاوچای. مهندسی و مدیریت آبخیز، 9(2)، 140-154. https://doi.org/10.22092/ijwmse.2017.109697
فرضی، حامد، بیات، اصغر، وکیلی تجره، فرزانه، رحمانی، مجید، اسدی نلیوان، امید. (1401). پهنه‌بندی حساسیت سیل در حوزه آبخیز سد کرج و تعیین عوامل مؤثر بر آن با استفاده از روش حداکثر آنتروپی. مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 16(59)، 1-11. http://jwmsei.ir/article-1-1029-fa.html
فلاح، فاطمه، زینی وند، حسین، طهماسبی‌پور، ناصر، حقی‌زاده، علی. (1402). تعیین مناطق مستعد سیل با استفاده از مدل تابع شواهد قطعی (مطالعه موردی: دشت سیلاخور در استان لرستان). پژوهش‌های کاربردی مهندسی آب، 1(2)، 153-166. https://arwe.lu.ac.ir/article_711979.html
قره‌خانی، مهدی، آقامحمدی، حسین، وحیدنیا، محمد حسن. (1401). تعیین محدوده خطر سیلاب با استفاده از تحلیل مکانی هیدرولوژیک در GIS و تفسیر تصاویر ماهواره‌ای: مطالعه موردی حوضه آبریز اهرچای. پایداری، توسعه و محیط زیست، 2(3)، 67-86. https://sanad.iau.ir/fa/Article/846656
قهرمان کاوه، زنگنه اسدی، محمدعلی. (1401). تعیین مناطق مستعد سیلاب با استفاده از تصاویر راداری Sentinel-1 (مطالعه موردی: سیلاب فروردین ۱۳۹۸، رودخانه کشکان، استان لرستان). تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، 9(3)، 103-118. http://dorl.net/dor/20.1001.1.24237892.1401.9.3.7.7
کاکاوند، مائده، حقی‌زاده، علی، سلیمانی مطلق، مهدی. (1403). مقایسه شاخص‌های سنجش از دور در تعیین پهنه سیل حوضۀ آبخیز دوآب ویسیان. مخاطرات محیط طبیعی، 13(40)، 41-56 https://doi.org/10.22111/jneh.2023.46291.1978
معیری، مسعود، انتظاری، مژگان. (1387). سیلاب و مروری بر سیلاب‌های استان اصفهان. مطالعات برنامه‌ریزی سکونتگاه‌های انسانی (چشم‌انداز جغرافیایی)، 3(6)، 109-123. https://sanad.iau.ir/Journal/jshsp/Article/1032735
Albertini, C., Gioia, A., Iacobellis, V., & Manfreda, S. (2022). Detection of surface water and floods with multispectral satellites. Remote Sensing, 14(23), 6005. https://doi.org/10.3390/rs14236005
‏Ali, S. A., Parvin, F., Pham, Q. B., Vojtek, M., Vojteková, J., Costache, R., Linh, N. T. T., Nguyen, H. Q., Ahmad, A., & Ghorbani, M. A. (2020). GIS-based comparative assessment of flood susceptibility mapping using a hybrid multi-criteria decision-making approach, naïve Bayes tree, bivariate statistics and logistic regression: A case of Topľa basin, Slovakia. Ecological Indicators, 117, Article 106620. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.106620
Costache, R., Pham, Q. B., Sharifi, E., Linh, N. T. T., Abba, S. I., Vojtek, M., Vojteková, J., Nhi, P. T. T., & Khôi, Đ. N. (2020). Flash-flood susceptibility assessment using multi-criteria decision making and machine learning supported by remote sensing and GIS techniques. Remote Sensing, 12(1), 106. https://doi.org/10.3390/rs12010106
Kocsis, I., Bilaşco, Ş., Irimuș, I.-A., Vasile, D., Rusu, R., & Roşca, S. (2022). Flash flood vulnerability mapping based on FFPI using GIS spatial analysis case study: Valea Rea catchment area, Romania. Sensors, 22(9), 3573. https://doi.org/10.3390/s22093573
‏Leskens, J. G., Brugnach, M., Hoekstra, A. Y., & Schuurmans, W. (2014). Why are decisions in flood disaster management so poorly supported by information from flood models?. Environmental Modelling & Software, 53, 53-61. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2013.11.003
‏Marković, M., Lukić, S., & Baumgerte, A. (2021). Use of Flash Flood Potential Index (FFPI) method for assessing the risk of roads to the occurrence of torrential floods - Part of the Danube Basin and PEK River Basin. International Journal of Transportation Science and Technology, 11(4). https://doi.org/10.7708/ijtte2021.11(4).04
Mohd Yassin, N. A., Adnan, N. A., & Md Sadek, E. S. S. (2023). Analysis of flash flood potential index (FFPI) and scenarios assessment in Shah Alam using a GIS approach. Planning Malaysia, 21(26). https://doi.org/10.21837/pm.v21i26.1255
Popa, M. C., Simion, A. G., Peptenatu, D., Dima, C., Draghici, C. C., Florescu, M.-S., Dobrea, C. R., & Diaconu, D. C. (2020). Spatial assessment of flash-flood vulnerability in the Moldova river catchment (N Romania) using the FFPI. Journal of Flood Risk Management, 13(4), e12624. https://doi.org/10.1111/jfr3.12624
Shahabi, H., Shirzadi, A., Ghaderi, K., Omidvar, E., Al-Ansari, N., Clague, J. J., Geertsema, M., Khosravi, K., Amini, A., Bahrami, S., Rahmati, O., Habibi, K., Mohammadi, A., Nguyen, H., Melesse, A. M., Ahmad, B. B., & Ahmad, A. (2020). Flood detection and susceptibility mapping using Sentinel-1 remote sensing data and a machine learning approach: Hybrid intelligence of bagging ensemble based on K-nearest neighbour classifier. Remote Sensing, 12(2), 266; https://doi.org/10.3390/rs12020266
‏Shawaqfah, M., AlMomani, F., & Khatatbeh, A. (2020). Mapping flash flood potential and risk level using GIS techniques and the flash flood potential index (FFPI) in the Amman Zarqa Basin of Jordan. Jordanian Journal of Engineering and Chemical Industries (JJECI), 3(3), 81–90. https://doi.org/10.48103/jjeci3102020
Singha, C., Rana, V. K., Pham, Q. B., Nguyen, D. C., & Łupikasza, E. (2024). Integrating machine learning and geospatial data analysis for comprehensive flood hazard assessment. Environmental Science and Pollution Research, 31, 48497–48522. https://doi.org/10.1007/s11356-024-34286-7
‏Taloor, A. K., Sharma, S., Sharma, D., Chib, R., Jasrotia, R., Gupta, S., Kothyari, G. C., Mehta, P., & Kale, R. V. (2024). Estimation of MFFPI for flood hazards assessment using geospatial technology in the Tawi Basin, India. Geosystems and Geoenvironment, 3(1), Article 100233. https://doi.org/10.1016/j.geogeo.2023.100233
Tincu, R., Lazar, G., & Lazar, I. (2018). Modified flash flood potential index to estimate areas with predisposition to water accumulation. Open Geosciences, 8(1), 376–387. https://doi.org/10.1515/geo-2018-0047
Yagoub, M. M., Alsereidi, A. A., Mohamed, E. A., Periyasamy, P., Alameri, R., Aldarmaki, S., & Alhashmi, Y. (2020). Newspapers as a validation proxy for GIS modeling in Fujairah, United Arab Emirates: Identifying flood-prone areas. Natural Hazards, 104(1), 111–141. https://doi.org/10.1007/s11069-020-04161-y.

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 18 مرداد 1404
  • تاریخ دریافت: 18 فروردین 1404
  • تاریخ بازنگری: 25 تیر 1404
  • تاریخ پذیرش: 18 مرداد 1404
  • تاریخ اولین انتشار: 18 مرداد 1404
  • تاریخ انتشار: 18 مرداد 1404