پهنه بندی خطر سیل در حوضه آبریز کشکانرود با استفاده از مدل ترکیبی تحلیل سلسله مراتبی فازی، تاپسیس و روش وزن‌‌دهی همپوشانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه زمین شناسی، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

چکیده

سیلاب به‌عنوان یکی از مخرب‌ترین مخاطرات طبیعی، سالانه خسارات گسترده‌ای در جهان به‌ویژه در مناطق کوهستانی ایران مانند حوضه آبریز کشکان‌رود به بار می‌آورد. این پژوهش با هدف پهنه‌بندی خطر سیل در حوضه آبریز کشکان‌رود، با استفاده از مدل‌های ترکیبی تحلیل سلسله مراتبی فازی‌‌، تاپسیس ‌در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی انجام شده است. معیارهای متعددی شامل ارتفاع، شیب، بارندگی، فاصله از رودخانه، شاخص رطوبت توپوگرافی، کاربری اراضی، نوع خاک، شاخص پوشش گیاهی نرمال‌شده‌ ‌و نرخ فرسایش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مناطق پل‌دختر، خرم‌آباد، شیراوند و بخش‌هایی از کوهدشت به دلیل شرایط توپوگرافی، هیدرولوژیکی و پوشش زمین، در معرض بیشترین خطر سیل قرار دارند، در حالی که نواحی شمالی مانند الشتر کم‌خطر هستند. این یافته‌ها با داده‌های تاریخی سیل 1398‌ (دبی 7000 مترمکعب بر ثانیه و خسارات 26 میلیون دلاری) هم‌خوانی دارد. روش وزن‌دهی همپوشانی با ضریب همبستگی 92/0، دقیق‌ترین مدل بود و 2/8% از مساحت حوضه را در محدوده خطر بسیار بالا و 1/28% را در محدوده خطر بالا طبقه‌بندی کرد. روش‌های تاپسیس و تحلیل سلسله مراتبی فازی‌‌ نیز به ترتیب با ضرایب همبستگی 89/0 و 87/0، نتایج مشابهی ارائه دادند. این مطالعه با ارائه نقشه‌های خطر سیل و پیشنهاد اقداماتی نظیر طراحی سیستم‌های زهکشی، احیای پوشش گیاهی و مدیریت توسعه شهری، مبنایی علمی برای کاهش خسارات سیل در حوضه آبریز کشکان‌رود فراهم می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Flood Hazard Mapping in the Keshkanrud Basin Using a Hybrid Model of Fuzzy-Analytical Hierarchy Process, TOPSIS, and Weighted Overlay Methods

نویسندگان [English]

  • Ahad Nazarpour 1
  • Susan Andik 2
1 Associate Prof, Department of Geology, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
2 MSc. Student, Department of RS&GIS, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

Floods, as one of the most destructive natural hazards, cause extensive damage worldwide, particularly in mountainous regions of Iran such as the Keshkanrud Basin. This study aimed to map flood hazard zones in the Keshkanrud Basin using a combination of Fuzzy Analytical Hierarchy Process (Fuzzy AHP), Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS), and Weighted Overlay methods within a Geographic Information System (GIS) framework. Multiple criteria, including elevation, slope, rainfall, distance from rivers, Topographic Wetness Index (TWI), land use/land cover (LULC), soil type, Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), and erosion rate, were evaluated. The results revealed that areas such as Pol-e Dokhtar, Khorramabad, Shiravand, and parts of Kuhdasht are at the highest risk of flooding due to their topographic, hydrologic, and land cover characteristics, while northern regions like Alashtar were identified as low-risk zones. These findings align with historical flood data from 2019, which reported a peak discharge of 7,000 m³/s and economic losses of 26 million USD in Pol-e Dokhtar. The Fuzzy AHP method, with a correlation coefficient of 0.92, proved to be the most accurate model, classifying 8.2% of the basin as very high-risk and 28.1% as high-risk. The TOPSIS and Weighted Overlay methods also yielded comparable results, with correlation coefficients of 0.89 and 0.87, respectively. This study provides a scientific basis for flood risk management in the Keshkanrud Basin by presenting flood hazard maps and recommending measures such as designing drainage systems, restoring vegetation cover, and implementing urban development management strategies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flood hazard mapping
  • Fuzzy Analytical Hierarchy Process
  • TOPSIS
  • Geographic Information System (GIS)
  • Kashkanroud
غلامی، محمد و احمدی، مهدی. (1398)؛ ریز پهنه بندی خطر سیلاب در شهر لامِرد با استفاده از AHP، GIS و منطق فازی، مخاطرات محیط طبیعی، 8 (20)، 101-114.  https://doi.org/10.22111/jneh.2018.22505.1334
موسوی، سیده معصومه، نگهبان، سعید، رخشانی مقدم، حیدر و حسین زاده، سید محسن. (1395)؛ ارزیابی و پهنه‌بندی خطر سیل‌خیزی با استفاده از منطق فازی TOPSIS در محیط GIS (مطالعه موردی: حوضه‌ی آبخیز شهر باغملک)، مخاطرات محیط طبیعی، 5 (10)، 79-98. https://doi.org/10.22111/jneh.2017.2960
میرموسوی، سید حسین و اسمعیلی، حسین. (1400)؛ پهنه‌بندی نواحی سیل‌خیز با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS)  و سنجش از دور (RS)، مطالعه موردی: شهرستان داراب. مخاطرات محیط طبیعی، 10(27)، 21-46.  https://doi.org/10.22111/jneh.2020.32986
اسماعیل، نجفی و کریمی کردآبادی، مرتضی. (1399)؛ ارزیابی و پهنه‌بندی خطر سیلاب با استفاده از مدل ترکیبی AHP-FUZZY با تأکید بر امنیت شهری (مطالعه موردی: منطقه یک کلان‌شهر تهران)، جغرافیا و مخاطرات محیطی، 9(2)، 43-60. https://doi.org/10.22067/geo.v9i2.86110
زیاری، کرامت اله، رجایی، سید عباس و داراب خانی، رسول. (1400)؛ پهنه‌بندی ظرفیت سیل‌خیزی با استفاده از تحلیل سلسه‌مراتبی و منطق فازی در محیط GIS نمونه موردی: شهر ایلام. مدیریت بحران 10(1)، 21-30. https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.23453915.1400.10.1.2.2
قیصری، حدیثه، احدنژاد، محسن، و آهار، حسن. (1394). مکان یابی فضاهای شهری چند منظوره ایمن در مواقع بروز بحران با به کارگیری روش شاخص همپوشانی وزنی (نمونه موردی: بافت قدیم شهر کرمانشاه). امداد و نجات،  7(1)، 35-5 https://sid.ir/paper/190769/fa .
Beven, K. J., & Kirkby, M. J. (1979). A physically based, variable contributing area model of basin hydrology. Hydrological Sciences Bulletin, 24(1), 43–69. https://doi.org/10.1080/02626667909491834
Chen, H. W., & Chang, N. B. (2010). Using fuzzy operators to address the complexity in decision-making of water resources redistribution in two neighbouring river basins. Advances in water resources, 33(6), 652-666.https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2010.03.007
Duchemin, M., & Hogue, R. (2009). Reduction in agricultural non-point source pollution in the first year following establishment of an integrated grass/tree filter strip system in southern Quebec (Canada). Agriculture, Ecosystems & Environment, 131(1-2), 85-97. https://doi.org/10.1016/j.agee.2008.10.005
Fernández, D. S., & Lutz, M. A. (2010). Urban flood hazard zoning in Tucumán Province, Argentina, using GIS and multicriteria decision analysis. Engineering Geology, 111(1–4), 90–98. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2009.12.006
Ghorbanian, A., Mohammadzadeh, A., Jamali, S., & Duan, Z. (2022). Performance evaluation of six gridded precipitation products throughout Iran using ground observations over the last two decades (2000–2020). Remote Sensing, 14(15), 3783.https://doi.org/10.3390/rs14153783
Glenn, E. P., Nagler, P. L., & Huete, A. R. (2012). Vegetation index methods for estimating evapotranspiration by remote sensing. Surveys in Geophysics, 33(3–4), 531–555. https://doi.org/10.1007/s10712-011-9165-2
Hartemink, A. E., & Bockheim, J. G. (2017). Anthrosols and Technosols. In The Soils of the USA (pp. 173–187). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-41870-4_11
Hooijer, A., Klijn, F., Pedroli, G. B. M., & van Os, A. G. (2004). Towards sustainable flood risk management in the Rhine and Meuse river basins: synopsis of the findings of IRMA-SPONGE. River Research and Applications, 20(3), 343-357. https://doi.org/10.1002/rra.781
Hwang, C. L., & Yoon, K. (1981). Multiple attribute decision making: Methods and applications. Springer-Verlag. https://doi.org/10.1007/978-3-642-48318-9
Jia, J., Wang, X., Hersi, N. A., Zhao, W., & Liu, Y. (2019). Flood-risk zoning based on analytic hierarchy process and fuzzy variable set theory. Natural Hazards Review, 20(3), 04019006 https://doi.org/10.1061/(ASCE)NH.1527-6996.00003
Kanani-Sadat, Y., Arabsheibani, R., Karimipour, F., & Nasseri, M. (2019). A new approach to flood susceptibility assessment in data-scarce and ungauged regions based on a GIS-based hybrid multi-criteria decision-making method. Journal of Hydrology, 572, 17-31. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.02.034
Kazakis, N., Kougias, I., & Patsialis, T. (2015). Assessment of flood hazard areas at a regional scale using an index-based approach and Analytical Hierarchy Process: Application in Rhodope–Evros region, Greece. Science of the Total Environment, 538, 555–563. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.08.055
Kay, A. L., Jones, R. G., & Reynard, N. S. (2006). RCM rainfall for UK flood frequency estimation. I. Method and validation. Journal of Hydrology, 318(1–4), 151–162. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2005.06.012
Li, K., Wu, S., Dai, E., & Xu, Z. (2012). Flood loss analysis and quantitative risk assessment in China. Natural hazards, 63, 737-760. https://doi.org/10.1007/s11069-012-0180-y
Msabi, M. M., & Makonyo, M. (2021). Flood susceptibility mapping using GIS and multi-criteria decision analysis: A case of Dodoma region, central Tanzania. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 21, 100445. https://doi:10.1016/j.rsase.2020.100445
Malik, S., Pal, S. C., Chowdhuri, I., Chakrabortty, R., Roy, P., & Das, B. (2020). Prediction of highly flood-prone areas by GIS-based heuristic and statistical model in a monsoon-dominated region of the Bengal Basin. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 19, 100343. https://do:10.1016/j.rsase.2020.100343
Mikhailov, L. (2003). Deriving priorities from fuzzy pairwise comparison judgements. Fuzzy Sets and Systems, 134(3), 365–385. https://doi.org/10.1016/S0165-0114(02)00383-4
Kulimushi, L. C., Choudhari, P., Maniragaba, A., Elbeltagi, A., Mugabowindekwe, M., Rwanyiziri, G., and Singh, S. K. (2021). Erosion risk assessment through prioritization of sub-watersheds in Nyabarongo river catchment, Rwanda. Environmental Challenges, 5, 100260. https://doi:10.1016/j.envc.2021.100260
Nedkov, S., & Burkhard, B. (2012). Flood regulating ecosystem services—Mapping supply and demand, in the Etropole municipality, Bulgaria. Ecological Indicators, 21, 67-79. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2011.06.022
Ouma, Y. O., & Tateishi, R. (2014). Urban flood vulnerability and risk mapping using integrated multi-parametric AHP and GIS: Methodological overview and case study assessment. Water, 6(6), 1515–1545. https://doi.org/10.3390/w6061515
Pathan, S., Pradhan, B., & Alamri, A. (2022). Flood susceptibility mapping using geospatial-based TOPSIS and frequency ratio models: A case study of the Thamirabarani River basin, India. Geocarto International, 37(10), 2694–2721. https://doi.org/10.1080/10106049.2020.1844300
Parsian, S., Amani, M., Moghimi, A., Ghorbanian, A., & Mahdavi, S. (2021). Flood hazard mapping using fuzzy logic, analytical hierarchy process, and multi-source geospatial datasets. Remote Sensing, 13(23), 4761. https://doi.org/10.3390/rs13234761
Pourali, S.H., Arrowsmith, C., Chrisman, N. et al. Topography Wetness Index Application in Flood-Risk-Based Land Use Planning. Appl. Spatial Analysis 9, 39–54 (2016). https://doi.org/10.1007/s12061-014-9130-2
Rahmati, O., Zeinivand, H., & Besharat, M. (2015). Flood hazard zoning in Yasooj region, Iran, using GIS and multi-criteria decision analysis. Geomatics, Natural Hazards and Risk, 7(3), 1000–1017. https://doi.org/10.1080/19475705.2015.1045043
Rao, R. V. (2007). Decision making in the manufacturing environment: using graph theory and fuzzy multiple attribute decision making methods (Vol. 2, p. 294). London: Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-84628-819-7
Saaty, T. L. (1980). The analytic hierarchy process (AHP). The Journal of the Operational Research Society, 41(11), 1073-1076.
Saaty, T. L. (1987). The analytic hierarchy process—what it is and how it is used. Mathematical Modelling, 9(3-5), 161–176. https://doi.org/10.1016/0270-0255(87)90473-8
Saaty, T. L. (1990). How to make a decision: the analytic hierarchy process. European journal of operational research, 48(1), 9-26. https://doi.org/10.1016/0377-2217(90)90057-I
Sepehri M, Malekinezhad H, Hosseini SZ, Ildoromi AR (2019). Assessment of flood hazard mapping in urban areas using the entropy weighting method: a case study in Hamadan city, Iran. Acta Geophys 67(5):1435–1449 https://doi.org/10.1007/s11600-019-00342-x
Sepehri M, Malekinezhad H, Hosseini SZ, Ildoromi AR (2020). Suburban flood hazard mapping in Hamadan city, Iran. Paper presented at the proceedings of the Institution of Civil Municipal Engineers https://doi.org/10.1680/jmuen.17.00029
Solaimani, K., Bararkhanpour, S. Spatiotemporal changes of climatic parameters, extreme quantiles and their role on evaporation in N. Iran (Golestan province). Arab J Geosci 15, 68 (2022). https://doi.org/10.1007/s12517-021-09300-8
Sowissi, A., Hassoune, M., El Machkouri, M., & El Ghachtoul, Y. (2020). Flood susceptibility mapping using GIS and analytical hierarchy process (AHP): A case study in Oued Laou Basin (Northern Morocco). International Journal of River Basin Management, 18(4), 529–540. https://doi.org/10.1080/15715124.2019.1598306
Sun, H., Yu, Q., Wang, X., Zhang, X., & Ruan, X. (2024). Exploring sustainable watershed flood risks management: An innovative TFAHP-TOPSIS methodology in the Georges River Basin, Australia. International Journal of Disaster Risk Reduction, 110, 104626. https://doi.org/10.1016/j.ijdrr.2024.104626
Tenzin, J., & Bhaskar, A. S. (2020). Flash flood Hazard zone mapping using GIS: Sarpang. International Journal of New Innovations in Engineering and Technology, 13(1), 7-20.
Vaghefi, S. A., Keykhai, M., Jahanbakhshi, F., Sheikholeslami, J., Ahmadi, A., Yang, H., & Abbaspour, K. C. (2019). The future of extreme climate in Iran. Scientific reports, 9(1), 1464. https://doi.org/10.1038/s41598-018-38071-8
Wang, Y., Fang, Z., Hong, H., Peng, L., & Yang, L. (2019). Flood susceptibility mapping using convolutional neural network frameworks. Journal of Hydrology, 575, 1152–1164. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.06.003
Wang, G., Liu, Y., Hu, Z., Lyu, Y., Zhang, G., Liu, J., & Zheng, H. (2020). Flood risk assessment based on fuzzy synthetic evaluation method in the Beijing-Tianjin-Hebei metropolitan area, China. Sustainability, 12(4), 1-30. https://doi:10.3390/su12041451
Yamani, M., & Enayati, M. (2006). The Analyses Of Flood Data In Relation To The Geomorphologic Specification Of Fashand And Behjatabad Basins. Geographical Research Quarterly, 37(54), 4-4. Sid. https://sid.ir/paper/538814/en
Yodying, A., Seejata, K., Chatsudarat, S., Chidburee, P., Mahavik, N., Kongmuang, C., & Tantanee, S. (2019, October). Flood hazard assessment using fuzzy analytic hierarchy process: A case study of Bang Rakam model in Thailand. In Proceedings of the 40th Asian Conference on Remote Sensing, Daejeon Convention Center (DCC), Daejeon, KR (pp. 14-18).
Zadeh, L. A. (1965). Fuzzy sets. Information and Control, 8(3), 338–353. https://doi.org/10.1016/S0019-9958(65)90241-X
Zhao, G., Pang, B., Xu, Z., Yue, J., & Tu, T. (2019). Mapping flood susceptibility in mountainous areas on a national scale in China. Science of the Total Environment, 615, 1133–1142. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.09.232.

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 11 شهریور 1404
  • تاریخ دریافت: 15 اردیبهشت 1404
  • تاریخ بازنگری: 25 مرداد 1404
  • تاریخ پذیرش: 11 شهریور 1404
  • تاریخ اولین انتشار: 11 شهریور 1404
  • تاریخ انتشار: 11 شهریور 1404