Навъи ҳавзаи ҷангал дар ин таҳқиқот воҳиди таҳлил ва идоракунии фазоӣ мебошад, ки замини ҷангали кӯҳиро мувофиқи пайвастагии гидрологӣ ва геоморфологиаш ба минтақаи ҷамъшавӣ, минтақаи нишебӣ ё минтақаи мустақил ҷудо мекунад. Jaejeong Kim ва Dongyeob Kim дар минтақаи Chungcheong-и Кореяи Ҷанубӣ 1809 полигони зарари лағжиши заминро, ки дар давраи 2022–2024 бо ҳавзаҳои ҷангали кӯҳӣ ҳампӯш буданд, омӯхта, санҷиданд, ки оё миқёси зарар ва омилҳои муҳитии вобаста ба лағжиши замин байни ин се навъи ҳавза фарқ мекунанд ё не. Масоҳати зарар, периметр, паҳно, дарозӣ ва таносуби дарозшавӣ аз ҷиҳати оморӣ муқоиса шуданд; бо 13 тағйирёбандаи топографӣ, хок, ҷангал, геологӣ ва морфометрияи ҳавза моделҳои Random Forest сохта шуданд; моделҳо бо санҷиши салибии такрории табақабандии 5-қисмӣ арзёбӣ шуда, саҳми тағйирёбандаҳо тавассути таҳлили SHAP тафсир гардид.

Масоҳат, периметр, паҳно ва дарозии зарар дар минтақаҳои ҷамъшавӣ баландтарин ва дар минтақаҳои мустақил пасттарин буданд. Масоҳати миёнаи зарар дар минтақаҳои ҷамъшавӣ 2413,3 m², дар минтақаҳои нишебӣ 1268,5 m² ва дар минтақаҳои мустақил 695,9 m² буд. Қиматҳои миёнаи AUC-и моделҳои Random Forest мутаносибан 0,759, 0,733 ва 0,830 буданд. Масоҳати ҳавза дар ҳар се навъи ҳавза тағйирёбандаи муштараки дорои аҳамияти баланд аст; аммо омилҳои дуюмдараҷа вобаста ба навъи ҳавза фарқ мекарданд. Дар минтақаҳои ҷамъшавӣ релеф, синфи DBH ва дарозии нишебӣ; дар минтақаҳои нишебӣ дараҷаи нишебӣ, синфи DBH ва релеф; дар минтақаҳои мустақил бошад релеф ва дараҷаи нишебӣ барҷаста буданд.

Ин натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки лағжиши заминро эҳтимол танҳо бо шароити маҳаллии устуворӣ дар як нишебӣ шарҳ додан мумкин нест; бузургии зарар ва иқтидори паҳншавӣ бояд ҳамроҳ бо об, топография, роҳҳои ҷараён ва пайвастагии таҳшин дар дохили ҳавза арзёбӣ карда шаванд. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот модели хатари бориши ҳодисамеҳвар нест, сабабиятро исбот намекунад ва натиҷаҳо ба ҳудуди минтақаи Chungcheong ва инвентари 2022–2024 маҳдуданд. Аз ҷумла, қиматҳои гузариши сифрии SHAP бояд на ҳамчун ҳадҳои физикии лағжиши замин, балки танҳо ҳамчун нуқтаҳои истинодии эмпирикӣ дар доираи маҷмӯи маълумот ва моделҳои истифодашуда тафсир карда шаванд.

Чаро зарари лағжиши заминро танҳо бо нишебии нуқтаи оғоз шарҳ додан мумкин нест?

Лағжиши замин нахуст дар як нишебӣ ба вуҷуд меояд; аммо зарар ҳамеша бо минтақаи оғоз маҳдуд намешавад. Хок, санг ва маводи чӯбие, ки канда шудаанд, метавонанд ҳамроҳ бо об ҳаракат карда ба шабакаи ҷӯйҳо расанд, роҳҳои ҷараёнро пайгирӣ кунанд ва ба самти маҳалҳои аҳолинишин, роҳҳо ё инфрасохтори поёнтар интиқол ёбанд. Аз ин рӯ, ҳамон тавре ки ҷойи оғози хатари лағжиши замин муҳим аст, он низ муҳим аст, ки маводи вайроншуда дар дохили ҳавза ба куҷо пайваст мешавад ва то чӣ масофа интиқол ёфта метавонад.

Меҳвари асосии консептуалии таҳқиқот пайвастагии гидрологӣ ва геоморфологӣ мебошад. Пайвастагии гидрологӣ роҳҳоеро ифода мекунад, ки об дар замин тавассути онҳо ҷамъ ва ҷорӣ мешавад; пайвастагии геоморфологӣ бошад дараҷаи интиқол ёфтани таҳшин ва маҳсулоти ҳаракати масса аз як ҷой ба ҷойи дигар дар дохили сохтори топографиро нишон медиҳад. Кандашавии нишебии як андоза дар ҳавзае, ки бо шабакаи ҷӯйҳо пайвастагии қавӣ дорад, метавонад ба роҳи тӯлонии интиқол ворид шавад, дар ҳоле ки дар минтақаи дорои пайвастагии заиф маҳаллӣтар мемонад.

Чаро навъи ҳавзаи ҷангал метавонад бузургии зарари лағжиши заминро тағйир диҳад?

Мувофиқи таҳқиқот, навъҳои ҳавза тарзи ҷамъшавӣ ва интиқоли об, таҳшин ва маводи вайроншудаи нишебиро дар дохили замин фарқ мекунанд; дар минтақаҳои ҷамъшавӣ наздикшавии ҷараён ба шабакаи ҷӯйҳо метавонад барои паҳн шудани зарар ба минтақаи васеътар мусоид бошад, дар ҳоле ки дар минтақаҳои мустақил пайвастагии заифтар бо маҳаллӣ мондани зарар алоқаманд аст.

Маънои илмии се навъи ҳавза

Минтақаи ҷамъшавӣ (catchment zone), минтақаест, ки ҷараёнҳои рӯизаминӣ ва зеризаминӣ ба самти як баромади муайян ё канали ҷӯй наздик мешаванд. Он аз ду синфи дигар бо ҷамъшавии об ҳангоми бориш, афзоиши серобшавӣ ва фишори оби ковокӣ ва пайвастани таҳшини кандашуда ба шабакаи ҷӯйҳо фарқ мекунад. Дар таҳқиқот калонтарин полигонҳои миёнаи зарари лағжиши замин дар ҳамин синф мушоҳида шуданд.

Минтақаи нишебӣ (slope zone), заминҳоеро ифода мекунад, ки байни хатҳои қаторкӯҳ ва водӣ нишебӣ бартарӣ дорад. Ҷараён ба ҷойи он ки дар як баромад сахт ҷамъ шавад, дар самти нишебӣ парокандатар ҳаракат мекунад. Тамаркузи зарар дар дохили нишебӣ ё доманаи он метавонад нисбат ба интиқоли дурмасофа тавассути шабакаи ҷӯйҳо бартарӣ дошта бошад.

Минтақаи мустақил (independent zone), минтақаҳои ҷангалиро ифода мекунад, ки пайвастагиашон бо каналҳои ҷӯйҳои атроф ва роҳҳои асосии топографии ҷараён нисбатан заиф буда, аз ҷиҳати фазоӣ бештар ҷудо мебошанд. Мувофиқи тафсири таҳқиқот, дар ин минтақаҳо эҳтимоли интиқоли пайвастаи маводи кандашуда ба ҳавзаи поёнӣ камтар аст; миқёси миёнаи полигонҳои зарари мушоҳидашуда низ хурдтарин мебошад.

Чаро минтақаи Chungcheong ҳамчун минтақаи таҳқиқот интихоб шуд?

Муҳаққиқон ҳамчун нуқтаи оғоз 4794 сабти зарари лағжиши заминро, ки дар давраи 2022–2024 дар саросари Кореяи Ҷанубӣ гузориш шуда буданд, баррасӣ карданд. Дар Chungcheongnam-do 1338, дар Chungcheongbuk-do 911, дар Daejeon 30 ва дар Sejong 21 сабт мавҷуд буд; ба ин тартиб, 2300 сабти умумӣ дар минтақаи Chungcheong тақрибан %48-и шумораи умумии кишварро ташкил дод. Теъдоди зиёди сабтҳои зарар ва мавҷудияти сохторҳои гуногуни ҷангал-ҳавза дар минтақа сабаби асосии интихоби минтақаи таҳқиқот буданд.

Chungcheong топографияи якхелае нест, ки танҳо аз кӯҳҳои баланд иборат бошад. Дар минтақа кӯҳҳои нисбатан паст, теппаҳо, доманаҳои мулоим, ҳавзаҳо ва ҳамвориҳо дар тӯли долонҳои дарёӣ якҷо мавҷуданд. Ин геоморфологияи гетерогенӣ имкон медиҳад, ки кандашавии нишебӣ, ҷараёни рӯизаминӣ, пайвастагии ҷӯй, интиқоли таҳшин ва зарари ҳавзаи поёнӣ шаклҳои гуногуни фазоӣ ба вуҷуд оранд.

Таснифи полигонҳои зарари лағжиши замин

Дар таҳқиқот аз инвентари зарари лағжиши замини 2022–2024 ҳамагӣ 1809 полигони зарар ҷудо карда шуд, ки бо ҳавзаҳои ҷангали кӯҳӣ ҳампӯш буданд. Аз онҳо 1159 дар минтақаи ҷамъшавӣ, 583 дар минтақаи нишебӣ ва 67 дар минтақаи мустақил тасниф шуданд.

Дар ин ҷо фарқи муҳим вуҷуд дорад. Гарчанде ки шумораи умумии полигонҳои зарар дар минтақаҳои ҷамъшавӣ баландтарин аст, зичии полигон ба як воҳиди масоҳат дар минтақаҳои нишебӣ бештар аст. Аз ин рӯ, “калонтарин масоҳати зарар” ва “бештарин полигони зарар ба як воҳиди масоҳат” як мафҳум нестанд.

Харитаи ҳавзаи ҷангал чӣ гуна таҳия шуд?

Таҳқиқот Forest Watershed Map-ро истифода бурд, ки соли 2021 аз ҷониби National Institute of Forest Science-и Кореяи Ҷанубӣ таҳия шудааст. Асоси таснифи ҳавзаҳо DEM-и дорои тафриқаи 5 m, самтҳои топографии ҷараён, ҷамъшавии ҷараён, шабакаи ҷӯйҳо, сарҳадҳои ҷангал ва муносибатҳои ҳамсоягии фазоӣ мебошанд.

Пас аз пур кардани чуқуриҳои DEM самти ҷараён ва ҷамъшавии ҷараён ҳисоб карда шуд. Барои шабакаи ҷӯйҳо масоҳати ҳадди ақали саҳмгузор 5 ha истифода шуд. Нуқтаҳое, ки шабакаи ҷӯйҳо бо сарҳади ҷангал бурида мешавад, ҳамчун баромадҳои эҳтимолии ҳавзаҳои ҷамъшавӣ арзёбӣ шуданд; агар дар як ҷӯй якчанд нуқта вуҷуд дошта бошад, нуқтаи поёнобтарин интихоб гардид. Ҳавзаҳои мувофиқ бо масоҳати ҷангалии 3 ha ё бештар ҳамчун минтақаи ҷамъшавӣ маҳдуд карда шуданд.

Пас аз ҷудо кардани минтақаҳои ҷамъшавӣ, замини боқимондаи ҷангал мувофиқи шабакаи ҷӯйҳо ба воҳидҳои нишебии рост ва чап тақсим шуда, қисмҳои ҳамшафати минтақаҳои ҷамъшавӣ ҳамчун минтақаи нишебӣ тасниф шуданд. Қисмҳои ҷангали аз ҷиҳати фазоӣ ҷудо, ки бо минтақаҳои ҷамъшавӣ ё нишебӣ ҳамсоя набуданд, ҳамчун минтақаи мустақил муайян карда шуданд.

Шакли масоҳати зарар чӣ гуна чен карда шуд?

Таҳқиқот барои ҳар як полигони лағжиши замин масоҳат, периметр, дарозӣ, паҳно ва таносуби дарозшавиро ҳисоб кард. Масоҳат сатҳи фазои ишғолкардаи зарарро, периметр дарозии умумии сарҳади полигонро, дарозӣ андозаро дар самти асосии рушди шакл ва паҳно андозаи уфуқии перпендикуляр ба онро ифода мекунад.

Азбаски истифодаи танҳо фосилаҳои координатаҳои шарқ-ғарб ё шимол-ҷануб дар полигонҳои номунтазами лағжиши замин метавонад гумроҳкунанда бошад, муҳаққиқон Oriented Minimum Bounding Box (OMBB) -ро истифода карданд. OMBB росткунҷаи чархонидашудаи масоҳаташ ҳадди ақалро муайян мекунад, ки полигонро пурра фаро мегирад. Тарафи дарози ин росткунҷа ҳамчун дарозии лағжиши замин ва тарафи кӯтоҳ ҳамчун паҳно гирифта шуд.

Таносуби дарозшавӣ дар манбаъ ҳамчун таносуби дарозӣ ба паҳно муайян шудааст:

\[ ER=\frac{L}{W} \]

Дар ин ҷо \(ER\) таносуби дарозшавӣ, \(L\) тарафи дарози OMBB ва \(W\) тарафи кӯтоҳро ифода мекунад. Бо афзоиши қимат қабул мешавад, ки полигони зарар дар як самт бештар дароз шудааст. Аммо дар натиҷаҳои таҳқиқот таносуби дарозшавӣ нисбат ба меъёрҳои масоҳат ва андоза фарқи қавии навъи ҳавзаро нишон надод.

Фарқи миқёси зарар то чӣ андоза калон буд?

Санҷиши Levene нишон дод, ки фарзияи баробарии дисперсияҳо дар ҳамаи панҷ меъёр иҷро нашудааст. Аз ин рӯ, ба ҷойи ANOVA-и классикии яксамта Welch ANOVA ва барои муқоисаҳои ҷуфтии гурӯҳҳо санҷиши post hoc-и Games–Howell истифода шуд. Барои масоҳат, периметр, паҳно ва дарозӣ тартиб аз ҷиҳати оморӣ минтақаи ҷамъшавӣ > минтақаи нишебӣ > минтақаи мустақил мебошад ва барои ҳамаи онҳо \(p<0{,}001\) гузориш шудааст.

Натиҷаҳои андозаи таъсир низ дастгирӣ мекунанд, ки фарқ танҳо як ҳолати оморӣ аз сабаби интихоби калон нест. Қиматҳои \(\omega^2\) барои масоҳат, периметр, паҳно ва дарозӣ аз 0,14 зиёданд ва мувофиқи таснифи истифодашуда дар манбаъ ба таъсири калон мувофиқат мекунанд. Қимати \(\omega^2=0{,}029\) барои таносуби дарозшавӣ бошад таъсири хурд аст; дар натиҷаи Games–Howell гурӯҳҳо ба таври равшан аз ҳам ҷудо нашуданд.

Чаро зарар дар минтақаҳои ҷамъшавӣ метавонад васеътар бошад?

Тафсири равандмеҳвари таҳқиқот ба наздикшавии ҷараён дар минтақаҳои ҷамъшавӣ тамаркуз мекунад. Вақте ки оби рӯизаминӣ ва зеризаминӣ ба баромадҳои умумӣ ва каналҳои ҷӯйҳо ҷамъ мешавад, роҳҳои ҳаракати об ва таҳшин ҳангоми бориш метавонанд ба ҳам пайваст шаванд. Вақте маводи кандашудаи нишебӣ ба канал мерасад, иқтидори интиқол ба поёноб ва дар баъзе шароитҳо табдил ёфтан ба равандҳои интиқоли таҳшини шабеҳ ба ҷараёни вайрона метавонад афзоиш ёбад.

Ин механизм дар таҳқиқот бо таҷрибаи мустақими интиқоли таҳшин бо тафриқаи замонӣ чен нашудааст. Тафсири муҳаққиқон ба арзёбии якҷояи полигонҳои калонтари зарари мушоҳидашуда ва адабиёти пайвастагии гидрологӣ-геоморфологӣ асос ёфтааст. Аз ин рӯ, хулосаи сабабие ба монанди “дар минтақаи ҷамъшавӣ будан ҳатман боиси лағжиши замини калон мешавад” бароварда намешавад.

Фарқи минтақаҳои нишебӣ ва мустақил

Минтақаҳои нишебӣ сохтори миёнаравро нишон доданд. Андозаҳои зарар аз минтақаҳои ҷамъшавӣ хурдтар ва аз минтақаҳои мустақил калонтаранд. Муҳаққиқон инро бо он вобаста мекунанд, ки пайвастагии шабакаи ҷӯйҳо нисбат ба минтақаҳои ҷамъшавӣ заифтар, вале нисбат ба минтақаҳои мустақил қавитар аст.

Дар минтақаҳои мустақил масоҳат, периметр, паҳно ва дарозии зарар пасттарин қиматҳои миёна доранд. Тафсири манбаъ нишон медиҳад, ки пайвастагии заиф бо роҳҳои асосии ҷараён метавонад интиқоли дурмасофаи маводи вайроншударо ба поёноб маҳдуд кунад. Бо вуҷуди ин, минтақаҳои мустақил ҳамчун “аз ҷиҳати лағжиши замин бехатар” тасниф нашудаанд; шароити маҳаллии нишебӣ ва релеф дар ин минтақаҳо низ муҳим аст.

Random Forest ва SHAP дар ин таҳқиқот аз ҳамдигар чӣ гуна вазифаҳои гуногунро иҷро мекунанд?

Random Forest модели бисёрдарахтаи омӯзиши мошинӣ аст, ки ҳавзаҳоро аз рӯи 13 тағйирёбандаи муҳитӣ ба “зарари лағжиши замин сабт шудааст” ё “сабт нашудааст” тасниф мекунад; SHAP бошад усули тафсирест, ки барои шарҳ додани он истифода мешавад, ки кадом тағйирёбандаҳо ба пешгӯиҳои модели омӯзонидашуда бо чӣ миқдор ва дар кадом самт саҳм мегузоранд.

Чаро Random Forest интихоб шуд?

Ба пайдоиши лағжиши замин метавонанд таъсирҳои мутақобилаи ғайрихаттии топография, хок, геология, сохтори ҷангал ва морфометрияи ҳавза таъсир расонанд. Random Forest усули омӯзиши ансамблӣ аст, ки дарахтони зиёди қарорро якҷо мекунад ва дар ҳар дарахт зернамунаҳои мушоҳидаҳо ва тағйирёбандаҳоро истифода мебарад. Ин сохтор имкон медиҳад, ки тағйирёбандаҳои пайваста ва категориявӣ бе фарзияи робитаи хаттӣ якҷо истифода шаванд.

Таҳқиқот Random Forest-ро танҳо барои пешгӯӣ истифода накардааст. Имкони тафсири модел бо SHAP яке аз сабабҳои муҳими интихоби усул барои омӯхтани он буд, ки кадом тағйирёбандаҳо дар навъҳои гуногуни ҳавза ба тасниф саҳм мегузоранд.

SHAP чиро нишон медиҳад ва чиро нишон намедиҳад?

SHAP тавассути қиматҳои Shapley шарҳ медиҳад, ки як тағйирёбанда пешгӯии муайяни моделро нисбат ба интизории базавии модел чӣ қадар тағйир медиҳад. Дар ин таҳқиқот қимати мусбати SHAP маънои онро дорад, ки тағйирёбандаи дахлдор пешгӯиро ба сӯи синфи “ҳавзае, ки зарари лағжиши замин сабт шудааст” тела медиҳад; қимати манфӣ бошад онро ба сӯи синфи “ҳавзае, ки зарар сабт нашудааст” мебарад.

Қимати SHAP қувваи физикӣ, коэффисиенти сабабӣ ё таъсири мустақили лағжиши замин дар ҷаҳони воқеӣ нест. Аҳамияти баланди SHAP-и як тағйирёбанда маънои онро дорад, ки модел аз он тағйирёбанда барои тасниф маълумот мегирад. Ин фарқ махсусан барои тағйирёбандаҳое мисли масоҳати ҳавза, ки бо андозаи воҳиди таҳлил низ алоқаманданд, муҳим аст.

Кадом тағйирёбандаҳои муҳитӣ ба модел ворид шуданд?

Ҳамагӣ 13 тағйирёбанда истифода шуд. Тағйирёбандаҳои пайваста: Topographic Wetness Index (TWI), дараҷаи нишебӣ, каҷӣ, дарозии нишебӣ, баландӣ, чуқурии хок, масоҳати ҳавза, релеф ва hypsometric integral (HI); тағйирёбандаҳои категориявӣ: самти нишебӣ, навъи ҷангал, синфи DBH ва навъи ҷинси асосӣ.

Ифодаи дар манбаъ истифодашуда барои TWI:

\[ TWI=\ln\left(\frac{A_{\mathrm{upslope}}}{\tan(\beta)}\right) \]

аст. \(A_{\mathrm{upslope}}\) масоҳати саҳмгузор аз нишебии боло ва \(\beta\) кунҷи нишебиро ифода мекунад. TWI шохисест, ки мусоид будани сохтори топографиро барои ҷамъшавии об нишон медиҳад; он дар таҳқиқот ба ҷойи миқдори бориш истифода нашудааст.

Hypsometric integral бошад:

\[ HI=\frac{\bar{z}-z_{\min}}{\mathrm{relief}} \]

муайян шудааст. Дар ин ҷо \(\bar{z}\) баландии миёна, \(z_{\min}\) баландии ҳадди ақал ва релеф фарқи байни баландии ҳадди аксар ва ҳадди ақалро ифода мекунад. HI хулосаи морфометрии тақсимоти баландии ҳавза мебошад.

Синфи DBH чиро ифода мекунад?

DBH тағйирёбандаи категориявии сохтори ҷангал аст, ки синфи диаметри дарахтонро дар баландии сина ифода мекунад. Дар маҷмӯи маълумоти манбаъ синфҳо ҳамчун ниҳол/ҷавон (<6 cm), диаметри хурд (6–16 cm), диаметри миёна (18–28 cm) ва диаметри калон (≥30 cm) муайян шудаанд.

Дар таҳқиқот, махсусан дар минтақаҳои ҷамъшавӣ ва нишебӣ, синфҳои хурди DBH бо саҳмҳои мусбати SHAP ва синфҳои миёнаю калон бо саҳмҳои бештар манфӣ алоқаманд буданд. Аммо муаллифон махсус таъкид мекунанд, ки синфи DBH тақвияти решаҳоро мустақиман чен намекунад. DBH тағйирёбандаи проксӣ мебошад, ки метавонад ҳамроҳ бо синни дарахт, таркиби намудҳо, зичии ҷангал, инкишофи хок ва идоракунии пешинаи ҷангал тағйир ёбад.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Намунаҳои ҳавзаҳои дорои лағжиши замин ва бе лағжиши замин чӣ гуна сохта шуданд?

Барои ҳар як полигони зарари лағжиши замин нуқтаи намояндагии дохили полигон истифода шуда, ҳавзае, ки ин нуқтаро дар бар мегирифт, ҳамчун “ҳавзае, ки зарари лағжиши замин сабт шудааст” тасниф гардид. Азбаски дар як ҳавза якчанд полигони зарар мавҷуд буда метавонад, шумораи 1809 полигон ба шумораи ҳавзаҳои дорои лағжиши замине, ки дар омӯзиши мошинӣ истифода шудаанд, баробар нест.

Аз байни ҳавзаҳои эҳтимолии бе лағжиши замин номзадҳое, ки дар атрофи 500 m аз ҳавзаҳои дорои лағжиши замин ҷойгир буданд, хориҷ карда шуданд. Ҳадаф коҳиш додани таъсири наздикии фазоӣ буд, ки метавонад аз он ба вуҷуд ояд, ки намунаҳои мусбат ва манфии ба ҳам хеле наздик шароити якхелаи муҳитиро муштарак доранд.

Сипас барои маҳдуд кардани номутавозунии синфҳо дар ҳар навъи ҳавза намунаҳои дорои лағжиши замин ва бе лағжиши замин бо таносуби 1:1 ташкил шуданд. Бо истифода аз намунагирии табақабандӣ дар ҳудудҳои маъмурии Chungcheongnam-do, Chungcheongbuk-do, Daejeon ва Sejong кӯшиш карда шуд, ки намояндагии минтақавӣ нигоҳ дошта шавад.

Маълумоти вурудӣ дар кадом миқёси фазоӣ коркард шуданд?

TWI, дараҷаи нишебӣ, каҷӣ, дарозии нишебӣ, баландӣ, релеф, HI ва самти нишебӣ аз DEM-и 10 m, ки аз National Digital Topographic Map бо миқёси 1:5000 гирифта шудааст, ҳосил шуданд. Чуқурии хок аз 1:25.000 National Forest Soil Map, навъи ҷангал ва синфи DBH аз 1:5000 National Forest Type Map ва навъи ҷинси асосӣ аз 1:50.000 National Geologic Map гирифта шуданд.

Маълумоти дорои тафриқа ва форматҳои гуногун барои таҳлили муштарак ба ҳуҷайраҳои 10 m × 10 m табдил дода шуданд. Барои тағйирёбандаҳои пайваста, аз қабили TWI, нишебӣ, каҷӣ, дарозии нишебӣ, баландӣ ва чуқурии хок, миёнаи ҳуҷайраҳо дар дохили ҳавза истифода шуд; барои тағйирёбандаҳои категориявӣ, аз қабили самти нишебӣ, навъи ҷангал, DBH ва ҷинси асосӣ, категорияи бештар такроршаванда дар ҳавза истифода гардид. Масоҳати ҳавза, релеф ва HI бевосита аз геометрияи ҳавза ҳисоб шуданд.

Ин раванд ҳар як ҳавзаро ба як намунаи омӯзиши мошинӣ табдил медиҳад. Аммо ҳамзамон метавонад шароити ифротиро, ба мисли қитъаи хурди хеле нишеб ё қабати маҳаллии хеле тунуки хок, дар қимати миёна ҳамвор кунад. Аз ин рӯ, миёнаҳои ҳавза набояд ҳамчун параметрҳои мустақими устувории маҳаллӣ дар нуқтаи алоҳидаи кандашавӣ тафсир карда шаванд.

Назорати мултиколлинеарӣ

Робитаҳои хаттии байни тағйирёбандаҳои пайваста бо коэффисиенти коррелятсияи Pearson санҷида шуданд ва \(|r|>0{,}7\) ҳамчун меъёри коррелятсияи баланд истифода гардид. Ҳеҷ як ҷуфти тағйирёбандаҳои пайваста аз ин ҳад нагузашт.

Аз рӯи омили таварруми дисперсия (VIF) низ ҳамаи қиматҳо аз 10 паст буданд. Баландтарин VIF барои релеф 3,903, сипас барои дараҷаи нишебӣ 3,539, барои TWI 2,375 ва барои баландӣ 2,151 буд. Қимати VIF-и масоҳати ҳавза 1,664 аст. Ҳамин тавр, ҳамаи нӯҳ тағйирёбандаи пайваста ба модел дохил карда шуданд.

Random Forest чӣ гуна омӯзонида ва санҷида шуд?

Барои ҳар як навъи ҳавза модели алоҳидаи Random Forest сохта шуд. Иҷро дар R 4.5.1 бо ranger анҷом дода шуд. Дар модел 2000 дарахти қарор истифода шуда, шумораи тағйирёбандаҳои номзад барои ҷудокунии ҳар гиреҳ \(mtry=2\) муқаррар гардид. Ҳар дарахт бо %70-и маълумоти омӯзишӣ тавассути зернамунагирии бе баргардондан сохта шуд; яъне sample.fraction = 0.7 ва replace = FALSE татбиқ шуданд.

Самаранокии модел бо санҷиши салибии такрории табақабандии 5-қисмӣ чен карда шуд. Дар ҳар такрор маълумот ба панҷ қисм ҷудо шуд, чор қисм барои омӯзиш ва як қисм барои санҷиши held-out истифода гардид. Азбаски раванд 10 маротиба такрор шуд, барои ҳар навъи ҳавза дар маҷмӯъ 50 комбинасияи омӯзиш–санҷиш ба вуҷуд омад.

Табақабандӣ аз рӯи ҳолати лағжиши замин анҷом шуда, ҳадаф нигоҳ доштани таносуби намунаҳои мусбат/манфӣ дар ҳар fold буд. Гиперпараметрҳои модел дар ҳамаи fold-ҳо собит нигоҳ дошта шуданд ва тавассути маълумоти held-out санҷиш оптимизатсияи иловагии гиперпараметрҳо анҷом дода нашуд.

Самаранокии модел

Моделҳои минтақаҳои ҷамъшавӣ ва нишебӣ дар манбаъ ҳамчун дорои қобилияти миёнаи фарқгузорӣ тафсир шудаанд. Гарчанде AUC-и минтақаи мустақил баландтар менамояд, дар маҷмӯъ танҳо 124 намунаи модел мавҷуд аст. Азбаски натиҷаи таснифи чанд намуна метавонад ба нишондиҳандаҳои самаранокӣ таъсири бештар расонад, натиҷаи минтақаи мустақил ҳамчун нишондиҳандаи умумисозии васеъмиқёс қабул нашудааст.

Илова бар ин, санҷиш тавассути fold-ҳои held-out дар ҳамон минтақаи таҳқиқот гузаронида шудааст. Маҷмӯи мустақили санҷиши берунии аз минтақаи дигар гирифташуда вуҷуд надорад. Аз ин рӯ, ин қиматҳои самаранокӣ мустақиман нишон намедиҳанд, ки модел дар кишварҳо ё давраҳои дигар то чӣ андоза муваффақ хоҳад буд.

Оё қиматҳои гузариши сифрии SHAP барои лағжиши замин ҳадди физикӣ мебошанд?

Не. Гузаришҳои сифрии SHAP дар таҳқиқот нуқтаҳои истинодии эмпирикии вобаста ба маълумот ва модел мебошанд, ки дар онҳо каҷи LOESS аз саҳми манфии SHAP ба саҳми мусбат мегузарад; муаллифон ба таври возеҳ қайд мекунанд, ки онҳо набояд ҳамчун ҳадҳои универсалии физикӣ, ҳадҳои бориш ё меъёрҳои мустақими идоракунӣ истифода шаванд.

Ҳисобкунии SHAP чӣ гуна анҷом дода шуд?

Таҳлили SHAP бо пакети fastshap дар R анҷом дода шуд. Дар ҳар комбинасияи санҷиши салибӣ модел дар fold-ҳои омӯзишӣ омӯзонида шуда, қиматҳои SHAP танҳо барои намунаҳои held-out fold ҳисоб карда шуданд. Fold-ҳои омӯзишӣ ҳамчун маълумоти заминавии SHAP истифода шуданд.

Аҳамияти умумӣ бо миёнаи қимати мутлақи SHAP-и ҳар тағйирёбанда ҷамъбаст шуд. Аломат самти пешгӯиро ифода мекард: SHAP-и мусбат саҳмро ба сӯи синфи дорои лағжиши замин ва SHAP-и манфӣ ба сӯи синфи бе лағжиши замин нишон медиҳад.

Азбаски барои ҳар навъи ҳавза модели алоҳида сохта шуд, муқоисаи мустақими бузургиҳои мутлақи SHAP байни навъҳои гуногуни ҳавза мувофиқ нест. Таҳқиқот асосан ба тартиби аҳамият, самти саҳм ва нақшҳои вобастагӣ дар дохили ҳар модел тамаркуз кардааст.

Дар моделҳои пурра кадом омилҳо барҷаста буданд?

Барои минтақаи нишебӣ дар манбаъ қиматҳои миёнаи мутлақи SHAP барои масоҳати ҳавза 0,063, дараҷаи нишебӣ 0,040 ва синфи DBH 0,039 дода шудаанд. Дар минтақаи мустақил масоҳати ҳавза 0,083, релеф 0,079 ва дараҷаи нишебӣ 0,049 аст.

Дар минтақаи ҷамъшавӣ масоҳати ҳавза 0,093 ва релеф 0,038 дар зинаҳои боло қарор доранд. Бо вуҷуди ин, азбаски байни матни манбаъ ва нишонаҳои SHAP-и DBH ва дарозии нишебӣ дар Шакли 5 номувофиқии ададӣ вуҷуд дорад, дар ин мақолаи Verianla барои ин ду тағйирёбанда як қимати ягонаи қатъӣ маҷбуран таъин нашудааст.

Оё масоҳати ҳавза воқеан ҳама чизро шарҳ медиҳад?

Муҳаққиқон бо дарки он ки масоҳати ҳавза ҳам тағйирёбандаи морфометрии дорои маънои физикӣ ва ҳам таъсири эҳтимолии миқёсест, ки андозаи воҳиди таҳлилро ифода мекунад, таҳлили ҷудогонаи ҳассосият анҷом доданд. Се модел муқоиса шуд: модели пурра бо ҳамаи 13 тағйирёбанда, модели бе масоҳати ҳавза ва модели танҳо бо масоҳати ҳавза.

Хориҷ кардани масоҳати ҳавза AUC-ро дар ҳамаи моделҳо коҳиш дод; аммо коҳиш маҳдуд буд: дар минтақаи ҷамъшавӣ 0,017, дар минтақаи нишебӣ 0,029 ва дар минтақаи мустақил 0,009. Моделҳои пурра дар ҳамаи навъҳои ҳавза беҳтарин самаранокиро нишон доданд. Ин бозёфт дастгирӣ мекунад, ки масоҳати ҳавза маълумоти маънодор дорад, вале тасниф танҳо ба андозаи ҳавза такя намекунад.

Ҳангоми хориҷ кардани масоҳати ҳавза кадом тағйирёбандаҳо боқӣ монданд?

Ҳангоми хориҷ кардани масоҳати ҳавза дар минтақаҳои ҷамъшавӣ релеф ва дарозии нишебӣ дар зинаҳои боло монданд; каҷӣ ва синфи DBH низ маълумоти маънодори моделиро таъмин карданд. Дар минтақаҳои нишебӣ дараҷаи нишебӣ, синфи DBH ва релеф омилҳои барҷастатарин буданд. Дар минтақаҳои мустақил бошад релеф ва дараҷаи нишебӣ хеле барҷаста шуданд.

Ин натиҷа дастгирӣ мекунад, ки ба ҳар се навъи ҳавза як шарҳи ягонаи “якомилӣ” татбиқ карда намешавад. Дар минтақаҳои ҷамъшавӣ морфометрияи ҳавза, ки роҳи ҷараён ва пайвастагии таҳшинро ифода мекунад; дар минтақаҳои нишебӣ устувории маҳаллӣ ва сохтори ҷангал; дар минтақаҳои мустақил бошад релеф ва нишебии маҳаллӣ равшантар ба назар мерасанд.

Нақшҳои вобастагии SHAP

Таҳқиқот ба графикҳои вобастагии SHAP барои тағйирёбандаҳои муҳими пайваста каҷи LOESS-ро мутобиқ карда, гузариши аввал аз саҳми манфӣ ба саҳми мусбатро ҳамчун гузариши сифрии эмпирикӣ муайян намуд. Номуайянии ин қиматҳо бо истифода аз 100 бознамунагирии bootstrap-и табақабандӣ бо фосилаи эътимоди %95 дода шудааст.

Азбаски синфи DBH тағйирёбандаи пайваста нест, барои он ба ҳамин тарз ҳадди физикии гузариши сифрӣ ҳисоб карда нашудааст. Дар тақсимоти SHAP-и моделҳои минтақаҳои ҷамъшавӣ ва нишебӣ он ки синфҳои ниҳол ва диаметри хурд бештар саҳми мусбат, аммо синфҳои диаметри миёна ва калон бештар саҳми манфӣ нишон медиҳанд, ҳамчун нақши моделӣ тафсир шудааст.

Тафсир аз нигоҳи идоракунии ҷангал

Дар минтақаҳои ҷамъшавӣ идоракунӣ бояд на танҳо нуқтаи кандашавӣ, балки пайвастшавӣ ба каналҳои ҷӯй, роҳҳои ҳаракати таҳшин, эҳтимоли басташавии канал ва унсурҳои зери хатар дар ҳавзаи поёнро низ арзёбӣ кунад. Минтақаҳои ҷамъшавие, ки дар онҳо масоҳати калони ҳавза, релефи баланд ва роҳҳои тӯлонии ҷараён якҷо мушоҳида мешаванд, метавонанд барои санҷиши муфассалтар авлавият дода шаванд; аммо гузаришҳои сифрии SHAP набояд ҳамчун ҳадди мустақими маъмурӣ истифода шаванд.

Дар минтақаҳои нишебӣ арзёбии якҷояи дараҷаи нишебии маҳаллӣ, релеф, шароити хок ва сохтори ҷангал мувофиқтар аст. Роҳҳои ҷангал, нишебиҳои буриш-пуркунӣ ва нишебиҳои тики ҳамшафати иншоот метавонанд аҳамияти махсус дошта бошанд. Синфи DBH танҳо барои қабули қарорҳои идоракунӣ кофӣ нест; онро бояд ҳамроҳ бо тағйирёбандаҳои мустақимтар, ба мисли намуд, синну сол, зичии ҷангал ва хусусиятҳои реша арзёбӣ кард.

Дар минтақаҳои мустақил паҳншавии дурмасофаи зарар ба ҳавзаи поён метавонад маҳдудтар бошад, аммо нишебиҳои тики маҳаллӣ ва роҳҳои ҷангал ё иншооти мустақиман дучори хатар набояд нодида гирифта шаванд. Манбаъ махсусан бинобар хурд будани намунаи минтақаи мустақил тавсия медиҳад, ки тафсирҳои идоракунӣ барои ин синф бо маълумоти иловагӣ дастгирӣ шаванд.

Тафсире, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

Маълумот нишон медиҳанд, ки контексти гидрологӣ-геоморфологии ҳавзаи ҷангал бо миқёси полигонҳои зарари лағжиши замин алоқаманд аст; масоҳат, периметр, дарозӣ ва паҳнои зарар аз минтақаҳои ҷамъшавӣ ба самти минтақаҳои мустақил кам мешаванд. Натиҷаҳои Random Forest ва SHAP низ дастгирӣ мекунанд, ки омилҳои таъсиргузори истифодашудаи модел вобаста ба навъи ҳавза яксон нестанд.

Масоҳати ҳавза як тағйирёбандаи қавии умумии модел аст, аммо таҳлили ҳассосият нишон медиҳад, ки он танҳо кофӣ нест. Аз ин рӯ, тағйирёбандаҳои дигар, аз қабили топография, сохтори ҷангал, хок ва геология набояд нодида гирифта шаванд.

Тафсире, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

Таҳқиқот нишон намедиҳад, ки тартиби аҳамияти SHAP сабабияти физикиро исбот мекунад. Қимати баланди SHAP нишон медиҳад, ки тағйирёбанда барои пешгӯии модел маълумот медиҳад; ин маънои онро надорад, ки “ин тағйирёбанда ба ҳамин миқдор сабаби лағжиши замин шуд”.

Таҳқиқот ҳадди шиддат ё давомнокии бориши ҳодисамеҳварро тавлид намекунад. Шиддати бориш, давомнокии бориш ва бориши умумии ҳодиса ба модел ворид карда нашудаанд. Аз ин рӯ, натиҷаҳоро барои муайян кардани ҳадҳои барангезиши бориш истифода бурдан мумкин нест.

Таҳқиқот системаи миллию универсалии пешгӯии лағжиши замин нест, ки дар як минтақаи мустақили беруна санҷида шуда бошад. Арзёбии модел ба fold-ҳои санҷиши салибӣ дар дохили Chungcheong асос ёфтааст.

Нишонаи “ҳавзаи бе лағжиши замин” низ маънои минтақаеро надорад, ки аз ҷиҳати геологӣ лағжиши замин дар он имконнопазир аст. Он танҳо ҳавзаҳоеро ифода мекунад, ки дар инвентари зарари истифодашудаи давраи 2022–2024 зарари лағжиши замин сабт нашудааст.

Маҳдудиятҳо ва корҳое, ки дар оянда бояд анҷом дода шаванд

Маҳдудияти аввал доираи ҷуғрофӣ ва замонӣ мебошад. Маълумот ба минтақаи Chungcheong ва танҳо ба давраи 2022–2024 тааллуқ дорад; натиҷаҳо метавонанд аз низоми бориш, замин, ҷангал ва сабти зарари ҳамон давра таъсир гирифта бошанд. Бо истифода аз минтақаҳои гуногун ва давраҳои дарозтар бояд санҷида шавад, ки нақшҳои хоси навъи ҳавза такрор мешаванд ё не.

Маҳдудияти дуюм маълумоти бориш аст. Азбаски вақти дақиқи пайдоиши ҳар полигони лағжиши замин ва мансубияти он ба кадом ҳодисаи бориш боэътимод муайян карда нашуд, шиддати бориш, давомнокӣ ва маҷмӯи ҳодиса ба модел ворид карда нашуданд. Дар оянда санҷиши мустақими раванд бо маълумоти бориши ҳодисамеҳвар, намии хок ва обҳои зеризаминӣ зарур аст.

Маҳдудияти сеюм таърифи намунаи манфӣ мебошад. Ҳавзаҳои бе сабти зарар шояд воқеан бе лағжиши замин набошанд; баъзе ҳодисаҳо метавонанд таҳқиқ нашуда ё ба инвентари зарар ворид нашуда бошанд. Манбаъ инвентарҳои муфассалтари саҳроиро тавсия медиҳад, ки минтақаи кандашавӣ, роҳи интиқол ва минтақаи таҳшиншавиро алоҳида муайян мекунанд.

Маҳдудияти чорум ин аст, ки миёнаҳои ҳавза гетерогении маҳаллиро кам мекунанд. Дараҷаи миёнаи нишебӣ, чуқурии хок ё сохтори ҷангал метавонад минтақаҳои хурди хеле нишеб, хеле тунук ё ба таври махсус фурӯрафтаро дар дохили ҳавза пинҳон кунад. Дар оянда нишондиҳандаҳои иловагӣ, аз қабили процентилҳои болоӣ, қиматҳои ифротӣ, тағйирпазирии фазоӣ, меъёрҳои DEM-и тафриқааш баланд ва масофа то ҷӯй метавонанд арзёбӣ шаванд.

Маҳдудияти панҷум набудани санҷиши беруна аст. Санҷиши салибии такрорӣ устувории моделро дар дохили як минтақа чен мекунад; spatial block cross-validation-и пурра ё санҷиши мустақил дар минтақаҳои дигар анҷом дода нашудааст. Махсусан барои модели минтақаи мустақил ҳаҷми намуна хурд аст.

Ниҳоят, навъи ҷангал ва синфи DBH тақвияти решаҳоро мустақиман чен намекунанд. Дар таҳқиқоти оянда илова кардани тағйирёбандаҳо ба мисли навъи дарахт, синни дарахтзор, тақсимоти диаметр, зичии дарахтзор, устувории кашиши реша, хусусиятҳои физикии хок ва таърихи идоракунии ҷангал тавсия дода мешавад.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

Унвони аслӣ: Quantifying Landslide Damage Characteristics and Influencing Factors Across Mountain Forest Watershed Types Using Random Forest and SHAP.

Муаллифон: Jaejeong Kim; Dongyeob Kim.

Муаллифи масъул: Dongyeob Kim.

Муассисаҳо: Department of Natural Resources, Daegu University; Landslide Division, National Institute of Forest Science; Department of Landscape, Forest and Garden, Daegu University, Republic of Korea.

Маҷалла: Forests.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Маълумоти нашр: Forests 2026, 17(9), 1063.

DOI: 10.3390/f17091063.

Санаи нашр: 6 сентябри 2026.

Таърихи мақола: Қабулшуда 13 августи 2026; бозбинӣ 1 сентябри 2026; пазируфташуда 4 сентябри 2026.

Навъи манбаъ: Мақолаи аслии таҳқиқотии тақризшуда ва дастрасии кушода; таҳлили фазоии зарар, муқоисаи оморӣ, таснифи Random Forest ва омӯзиши мошинии фаҳмондашаванда дар асоси SHAP.

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY 4.0). Ҳуқуқи муаллиф ба муаллифон тааллуқ дорад.

Минтақаи таҳқиқот: Минтақаи Chungcheong, ки Chungcheongnam-do, Chungcheongbuk-do, Daejeon Metropolitan City ва Sejong Special Self-Governing City-ро фаро мегирад, Republic of Korea.

Давраи таҳқиқот: Инвентари зарари лағжиши замини 2022–2024.

Маълумоти асосӣ: 1809 полигони зарари лағжиши замин, ки бо ҳавзаҳои ҷангали кӯҳӣ ҳампӯш буданд.

Навъҳои ҳавза: Минтақаи ҷамъшавӣ (catchment zone), минтақаи нишебӣ (slope zone), минтақаи мустақил (independent zone).

Нармафзори оморӣ: R 4.5.1.

Аҳамияти оморӣ: α = 0,05.

Муқоисаи гурӯҳҳо: Азбаски пас аз санҷиши Levene якхелагии дисперсия таъмин нашуд, Welch ANOVA ва санҷиши post hoc-и Games–Howell истифода шуданд; барои андозаи таъсир omega squared (ω²).

Омӯзиши мошинӣ: R ranger пакет; 2000 дарахт, mtry = 2, sample.fraction = 0.7, replace = FALSE.

Санҷиш: Санҷиши салибии такрории табақабандии 5-қисмӣ, ки 10 маротиба такрор шуд; барои ҳар навъи ҳавза 50 комбинасияи омӯзиш–held-out санҷиш.

Меъёрҳои модел: AUC, Cohen's kappa, F1-score, accuracy ва precision.

SHAP: R fastshap пакет; ҳисобкунии SHAP барои намунаҳои held-out fold, аҳамияти глобалӣ бо миёнаи SHAP-и мутлақ, каҷҳои вобастагии LOESS ва фосилаҳои эътимоди %95 барои гузаришҳои сифрии эмпирикӣ бо 100 намунагирии bootstrap.

Маблағгузорӣ: Korea Forest Service / Korea Forestry Promotion Institute, барномаи Forest Science Technology R&D; лоиҳа RS-2025-02213492.

Дастрасии маълумот: Инвентари зарари лағжиши замин ва маҷмӯаҳои маълумоти ҷуғрофии аз муассисаҳои давлатӣ гирифташуда ба маҳдудиятҳои бозтақсимкунӣ тобеъ мебошанд; дархостҳои дастрасӣ бояд ба таъминкунандагони аслии маълумот равона шаванд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон хабар додаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Изҳорот оид ба истифодаи зеҳни сунъӣ: Муаллифон хабар додаанд, ки барои бозбинии тарҳи аслии мақола ва таҳрири забони англисӣ ChatGPT GPT-5.5 Thinking-ро истифода кардаанд; натиҷаро худашон бозбинӣ ва таҳрир намуда, масъулияти мундариҷаи нашршударо ба уҳда гирифтаанд.

Саҳми муаллифон: Jaejeong Kim ва Dongyeob Kim дар консептуализатсия ва методология саҳм гузоштаанд. Jaejeong Kim нармафзор, санҷиш, таҳлили формалӣ, куратсияи маълумот, тарҳи аслӣ ва визуализатсияро анҷом додааст. Dongyeob Kim барои бозбинӣ/таҳрир, машварат, идоракунии лоиҳа ва ба даст овардани маблағгузорӣ масъул будааст.

Ҳадди асосии тафсир: Таҳқиқот модели барангезиши лағжиши замин аз бориши ҳодисамеҳвар ё ҳадди универсалии физикии лағжиши заминро тавлид намекунад. Натиҷаҳои Random Forest ва SHAP барои намунаи фазоии минтақаи таҳқиқот хусусияти санҷиши дохилӣ ва шарҳи модел доранд; онҳо далели сабабият ё қобилияти мустақими умумисозӣ ба минтақаҳои дигар нестанд.

Ёддошт оид ба номувофиқии дохили манбаъ: Ҷадвали 7 AUC-и модели танҳо-масоҳати-ҳавза дар минтақаи ҷамъшавиро 0,638 медиҳад, дар ҳоле ки матни шарҳи ҳамон бахш 0,683-ро гузориш мекунад. Илова бар ин, баъзе рақамҳо дар нишонаҳои SHAP-и синфи DBH ва дарозии нишебӣ дар Шакли 5 барои минтақаи ҷамъшавӣ бо матни шарҳ пурра мувофиқат намекунанд. Ин қиматҳо аз ҷониби Verianla бо тахмин ба ҳам оварда нашудаанд.