نقشه خطر سیل بر اساس GIS و تکنیک های چند معیاره (مطالعه موردی ترنگانو مالزی)

سیل های شدید در ترنگانو در سال های اخیر روند افزایشی را نشان داده است. ویژگی های اراضی زمین و ویژگی های هواشناسی منطقه از عوامل طبیعی اصلی این فاجعه است. در این مقاله ترنگانو به عنوان مطالعه موردی برای تحلیل خطر سیل انتخاب شد. سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) با تجزیه و تحلیل تصمیم گیری چند معیاره (MCDA) برای ارزیابی مناطق بالقوه خطر سیل یکپارچه شده است. برخی از عوامل ایجاد سیلاب در حوزه آبخیز شامل بارندگی سالانه، شیب حوضه، شبکه زهکشی و نوع خاک می باشد. تجزیه و تحلیل چند معیاره فضایی برای رتبه بندی و نمایش مکان های بالقوه استفاده شد، در حالی که از روش فرآیند سلسله مراتبی تحلیلی برای محاسبه وزن اولویت هر معیار استفاده شد. با استفاده از AHP، درصدهای حاصل از عوامل، بارندگی 38.7 درصد بود. شبکه زهکشی 27.5 درصد، شیب حوضه رودخانه 19.8 درصد و نوع خاک 14 درصد. در پایان مطالعه، نقشه ای از مناطق در معرض خطر سیل با هدف کمک به تصمیم گیرندگان در مورد تهدید ناشی از فاجعه ایجاد و اعتبارسنجی شد.

کلید واژه ها:

سیستم اطلاعات جغرافیایی، تصمیم گیری چند معیاره، فرآیند تحلیل سلسله مراتبی، مقایسه زوجی، سیل

1. مقدمه

در سال های 2006، 2007 و 2008، فصول بارندگی شدید موسمی باعث سیل در سواحل شرقی مالزی و همچنین در بخش های مختلف این کشور شد. ترنگانو یکی از مناطقی بود که بیشترین آسیب را در امتداد ساحل شرقی شبه جزیره مالزی داشت [ 1 ]. ویژگی های اراضی زمین و ویژگی های هواشناسی منطقه از عوامل طبیعی اصلی ایجاد بلایای سیلاب بوده است. نقشه برداری خطر سیل با استفاده از روش های GIS و چند معیاره در مطالعات موردی مختلف [ 2 ] – [ 6 ] استفاده شده است. انتخاب معیارهایی که دارای مرجع فضایی هستند گام مهمی در تحلیل تصمیم گیری چند معیاره فضایی است [ 7 ]. معیارهای مورد استفاده در این پژوهش با توجه به ارتباط آنها در منطقه مورد مطالعه انتخاب شدند.

هدف از این مطالعه تعیین مناطق مستعد سیل با استفاده از تکنیک ارزیابی چند معیاره فضایی، مقایسه زوجی (فرایند تحلیل سلسله مراتبی-AHP) و روش رتبه‌بندی است.

2. مواد و روش

2.1. منطقه مطالعه

این مطالعه در ایالت ترنگانو، مالزی غربی انجام شد ترنگانو در ساحل شرقی شبه جزیره مالزی، در شرق با ایالت کلانتان و از جنوب با ایالت پاهانگ همسایه واقع شده است ( شکل 1 ). بین عرض‌های جغرافیایی 05˚51’06” شمالی و 03˚55’37” شمالی و طول‌های جغرافیایی 102˚21’11”E و 103˚31’28”E واقع شده است. ترنگانو امروز 12995 کیلومتر مربع را پوشش می دهد و شامل هفت ناحیه است. به طور کلی در تمام طول سال گرم و مرطوب است، به طور متوسط ​​بین 28 درجه سانتیگراد تا 30 درجه سانتیگراد در روز و پس از غروب آفتاب کمی خنک تر است. میانگین بارندگی ترنگانو 2575 میلی‌متر تا 2645 میلی‌متر در سال است که بیشترین میزان بارندگی بین نوامبر و ژانویه است [ 8 ].

2.2. منبع اطلاعات

اصل پشتیبان داده های این مطالعه در سال 2006 از بخش کشاورزی و دگرگونی تهیه شده است.

بخش بررسی و نقشه برداری در کولالامپور. انتخاب معیارهایی که دارای مرجع فضایی هستند گام مهمی در تحلیل تصمیم گیری چند معیاره فضایی است [ 7 ]. داده های مکانی و توضیحات موجود در جدول 1 آمده است. تعدادی از رویه‌ها در گردآوری داده‌های جغرافیایی و جدولی دنبال شد: وارد کردن داده‌های مکانی (رقومی کردن). معیارهای مورد استفاده در این مطالعه به دلیل ارتباط آنها در منطقه مورد مطالعه انتخاب شده است که در زیر فهرست شده است.

2.2.1. بارش سالانه

اطلاعات اقلیمی از 32 ایستگاه هواشناسی واقع در محدوده مورد مطالعه به دست آمد ( شکل 2 را ببینید ). داده های فعلی شامل طول و عرض جغرافیایی برای هر ایستگاه مرتبط با رکوردهای ماهانه موجود برای داده های بارندگی 10 ساله (1996-2006) می باشد. میانگین بارندگی سالانه برای هر ایستگاه برآورد شد. سطح درون یابی بارندگی بر اساس روش وزنی معکوس فاصله ایجاد شد ( شکل 3 ).

2.2.2. شبکه زهکشی حوضه رودخانه

داده های شبکه زهکشی به فرمت GIS سازگار تبدیل شد و با استفاده از ArcGIS در لایه ایجاد شد ( شکل 4 ).

2.2.3. معیارهای توپوگرافی (شیب) و خاک

در مطالعه حاضر، ارزش زمین از نقشه توپوگرافی برای هر نوع خاک استخراج و در لایه GIS نمایش داده شد. خاک بر اساس نظر کارشناسان با توجه به بافت و ساختار آن برای ایجاد سیل رتبه بندی شد

2.3. تحلیل چند معیاره

تجزیه و تحلیل چند معیاره اعمال می شود و با داده های مکانی به منظور توصیف عوامل ایجاد کننده یک پدیده مورد توجه ادغام می شود. در این مطالعه، مناطق خطر ابتدا با پوشش عددی خاک، شبکه زهکشی، شیب و لایه های بارندگی تولید شدند. انتخاب این معیارها بر اساس نظر کارشناس و در دسترس بودن داده ها بوده است. این همپوشانی به صورت همپوشانی بولی انجام شد. همه معیارها توسط عملگرهای منطقی مانند تقاطع (AND) و اتحادیه (OR) ترکیب می شوند.

در مرحله دوم از روش رتبه‌بندی استفاده شد که در آن هر معیار مورد نظر به ترتیب اولویت تصمیم‌گیرنده رتبه‌بندی شد. هر عامل با توجه به اهمیت تخمین زده شده برای ایجاد سیل وزن داده شد. رتبه‌بندی معکوس برای این عوامل اعمال شد. عامل رتبه 1 کم اهمیت ترین و 8 مهم ترین عامل است. در مرحله سوم از روش مقایسه زوجی که توسط ساعتی [ 9 ] برای تعیین وزن هر معیار استفاده شد. شکل 5 روش کلی مورد استفاده برای ایجاد نقشه خطر سیل برای منطقه مورد مطالعه را نشان می دهد.

روش مقایسه زوجی

این روش شامل مقایسه معیارها می شود و امکان مقایسه دو معیار را در یک زمان فراهم می کند. می تواند ارزیابی های ذهنی با اهمیت نسبی را به مجموعه ای خطی از وزن ها تبدیل کند. این روش می تواند وزن معیارهای زیر را تخمین بزند:

C1 = بارندگی (بارش);

C2 = شیب حوضه;

C3 = نوع خاک;

C4 = شبکه زهکشی.

ماتریس مقایسه زوجی مربع در جدول 2 ارائه شده است . برای تولید مقادیر معیار برای هر واحد ارزیابی، هر عامل با توجه به اهمیت برآورد شده برای پروژه بالقوه سیل وزن‌گذاری شد. ماتریس نرمال شده در جدول 3 ارائه شده است . در همین حال، قضاوت فردی، که هرگز کاملاً با درجه سازگاری به دست آمده در رتبه‌بندی‌ها مطابقت نداشت، با استفاده از نسبت سازگاری (CR) اندازه‌گیری شد که نشان‌دهنده احتمال اینکه رتبه‌بندی‌های ماتریس به‌طور تصادفی ایجاد شده‌اند، اندازه‌گیری شد. شاخص های تصادفی برای ماتریس ها در جدول 4 فهرست شده است. قاعده کلی این است که CR کمتر یا مساوی 0.1 نشان دهنده یک ماتریس متقابل قابل قبول است، در حالی که نسبت بالای 0.1 نشان می دهد که ماتریس باید تجدید نظر شود.

محاسبه نسبت سازگاری (CR)

که در آن CI = (λ _max – n)/(n – 1);

RI = شاخص سازگاری تصادفی.

n = تعداد معیارها.

λ _max بردار اولویت ضرب در مجموع هر ستون است.

λ _max = 4.13526786;

CI = 0.04508929;

CR = 0.0500992.

3. نتیجه و بحث

3.1. نقشه خطر سیل

شکل 6 نقشه خطر سیل ایجاد شده بر اساس GIS و روش چند معیاره را نشان می دهد. نقشه های معیار با عملیات منطقی ترکیب شدند و مقادیر معیار بر اساس روش رتبه بندی برای هر واحد ارزیابی تولید شد. با استفاده از فشرده سازی زوجی، وزن معیار نرمال شده به ترتیب برای بارندگی سالانه، شیب حوضه، نوع خاک و شبکه زهکشی حوضه رودخانه به ترتیب 0.387، 0.198، 0.14 و 0.275 محاسبه شد. یافته‌های معنی‌دار مقدار نسبت سازگاری (CR) 0.05 را نشان داد که بسیار کمتر از مقدار آستانه 0.1 بود و نشان‌دهنده سطح بالایی از سازگاری بود. از این رو وزن ها قابل قبول است.

3.2. اعتبار سنجی نقشه سیل

نقشه پتانسیل سیل که از تجزیه و تحلیل چند معیاره حاصل می شود با نقشه سیل اولیه 2008/2009 به دست آمده از DID در ترنگانو به منظور اعتبار سنجی مقایسه شد. نقشه اصلی سیل در شکل 7 نشان داده شده است . نقشه پتانسیل سیل بر اساس آسیب پذیری سیل طبقه بندی شد، مانند:

الف) 4 برای بسیار بیشتر به سیل.

ب) 3 برای نسبتاً بیشتر تا سیل.

ج) 2 برای کمتر بیشتر به سیل.

د) 1 برای منطقه بدون سیل.

نقشه پتانسیل سیل شطرنجی به نقشه ویژگی تبدیل شد که در آن، همه ویژگی ها مقادیر کد شبکه را از مقادیر پیکسل شطرنجی می گیرند. هر چند ضلعی دارای یک مقدار شبکه (یعنی 1، 2، 3 یا 4) بر اساس مقدار سلول مربوطه در همان مکان در شطرنجی است. این مرحله باعث شد که چند ضلعی با همان مقدار در یک ویژگی چند ضلعی حل شود و در نتیجه چهار چند ضلعی تولید شود. یک چند ضلعی برای هر سطح مناسب سیل. سپس هر کلاس flood به شکل فایل خارجی (*.shp) تبدیل شد و تصویر خارجی با نقشه اصلی سیل مقایسه شد.

نقشه سیل استخراج شده از همپوشانی نقشه های سیل اولیه و احتمالی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و مشاهده شد که منطقه بدون سیل (کلاس 1) در نقشه سیل اولیه وجود ندارد. جدول 5 نتیجه همپوشانی را برای سایر کلاس ها (کلاس 2 – 4) خلاصه می کند. مساحت کل نقشه سیل اولیه 66742705.182035 متر مربع ⁽ 66.742 کیلومتر مربع ⁾ بود. حدود 90 درصد از منطقه سیل اولیه توسط کلاس 4 و 3 پوشش داده شده است که نشان دهنده منطقه بالقوه سیل بالا و منطقه بالقوه سیل متوسط ​​است. همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است، مناطق باقی مانده در کلاس 2 پوشانده شدند .

4. نتیجه گیری

منطقه مورد مطالعه (که با تاریک ترین منطقه ارائه شده است، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است ) منطقه با پتانسیل بالا برای سیل بود. با این حال، با سبک شدن مناطق، پتانسیل سیل کاهش یافت. اعتبار سنجی بیشتر برای اطمینان از نتیجه انجام شد. این نتیجه می تواند ابزار ارزشمندی برای ارزیابی خطر سیل باشد. این مطالعه همچنین نقش سیستم اطلاعات جغرافیایی را در تصمیم‌گیری بررسی کرد و سپس رویکرد ارزیابی برای بسیاری از معیارها در فرآیند تصمیم‌گیری را ترسیم کرد.

منابع