کاربرد تجزیه مؤلفه‌های اصلی در تعیین عوامل مؤثر بر تولید رواناب

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار دانشگاه شهید بهشتی

2 دانشیار دانشکده علوم زمین دانشگاه شهید بهشتی

3 دانشجوی کارشناسی ارشد هیدروژئومورفولوژی در برنامه ریزی محیطی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

چکیده

سرآغاز مطالعه هر پدیده شناخت کامل و درک روابط آن با سایر پدیده های تاثیرگذار و تاثیرپذیراست. تولید رواناب و سیل تابع عوامل پیچیده ای می باشند. بنابراین مشخص کردن این عوامل و شناخت اثر آنها بر تولید رواناب یک حوضه، به برنامه ریزی های بهتر برای کاهش خسارات ناشی از رواناب و سیلاب در یک حوضه کمک می کند. عوامل مختلفی چون بهره برداری غیر اصولی انسان از طبیعت، ویژگی های فیزیکی و هیدرولوژیکی حوضه بر مؤلفه هایی نظیر روند تولید و تجمیع رواناب تأثیرگذار می باشند. تعیین عوامل مؤثر در این فرآیند، راهگشای دستیابی به مدل ها و روش های بهینه کاهش رواناب و رخداد سیل خواهد بود. هدف از این مطالعه شناخت عوامل و میزان تأثیرگذاری آنها بر تولید رواناب حوضه حصارک می باشد. بر این اساس میزان رواناب حوضه آبخیز با استفاده از روش SCS و مدل HEC- HMS اندازه گیری و مهم ترین عوامل تأثیرگذار در رواناب حوضه مورد مطالعه در پنج گروه شامل خصوصیات فیزیوگرافی (7 پارامتر)، زمین شناسی (3 پارامتر)، انواع رسوبات (3 پارامتر)، کاربری اراضی (7 پارامتر) و حداکثر بارندگی 24 ساعته و 21 متغیر مشخص گردید. لذا لایه ها و اطلاعات مورد نیاز شامل لایه های کاربری اراضی، زمین شناسی، حداکثر بارندگی 24 ساعته و ارتفاع رواناب برای هر کدام از زیرحوضه ها محاسبه شد. سپس اطلاعات جمع آوری شده پس از تبدیل و استاندارد شدن، با استفاده از تجزیه مؤلفه‌های اصلی اقدام به تعیین مؤثرترین عوامل و مناسب ترین رابطه آماری بین تولید رواناب و مشخصات حوضه آبخیز گردید. نتایج نشان داد که از بین عوامل مؤثر بر تولید رواناب حوضه آبخیز حصارک، دو عامل زمین شناسی و نوع کاربری اراضی در میزان تولید رواناب مؤثر است. و به دلیل تعداد زیاد متغیرها، این 2 عامل 100 درصد واریانس داده ها را توجیه می کنند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of principal component analysis in determination of effective factors on runoff generating

نویسندگان [English]

  • kazem nosrati 1
  • Mohammad Mahdi Hoseinzadeh 2
  • Sepide Imeni 3
1 Associate professor of Shahid Beheshti University
2 Associate Professor, Faculty of Earth Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran
3 M. Sc. Student in Hydro-geomorphology in Environmental Planning, Faculty of Earth Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran
چکیده [English]

The initial step of each phenomenon is complementary recognizing and understanding of its relationship with other effecting and affecting phenomena. Runoff yield and flood occurrence are affected by complex factors. Therefore, defining these factors recognizing their effect on the runoff generating in the catchment can help the better planning for decreasing losses of runoff and increasing the flood in the catchment. There are several factors that affecting runoff and flood generating such as non- fundamental the exploitation of nature by man, physical and hydrological properties of the catchment. Determining the effective factors may be useful to achieve optimal models and methods for champion and reducing runoff and flood. The aim of this study was to evaluate the influence of these factors on production runoff in Hesarak catchment. In view if this, runoff of the catchment were measured using SCS method and HEC- HMS model based on five groups variables including physiographic characteristics (seven parameters), geology (three parameters), sediment types (three parameters) , land use (seven parameters) and the maximum daily rainfall and twenty one parameters. So The required layers and informations includes layers of land use, geology, Maximum daily rainfall and runoff were calculated for each subbasin. Then The informations collected after transformed and standardized, The most effective factors were determined using principal component analysis. The results showed that geology and land use are the most effective factors on runoff yield in the study area.And due the large number of variables that 2 factors justified 100% of the data variance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Factor analysis
  • runoff yield
  • Geology
  • land use
  • Hesarak catchment

- اسلامی، علیرضا. 1384. تأثیر همگنی حوضه‌های آبخیز در روابط منطقه‌ای سیلاب. مجله حفاظت آب و خاک، جلد 1، شماره 3، دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه گرگان.

2- امیدوار، کمال. آمنه کیانفر و شمس‌اله. 1389. پهنه‌بندی سیلخیزی حوضة آبخیز کنجانچم. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، دوره 42، شماره 72، دانشگاه تهران.

3- تلوری، عبدالرسول. 1382. واسنجی و مقایسه کاربرد برخی‌‌ای تجربی برای برآورد دبی حداکثر لحظه‌ای در حوضه آبخیز کرخه، مجله حفاظت خاک و آبخیزداری، شماره 3، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری.

4- سازمان جنگل‌ها و مراتع استان تهران. 1390. نقشه کاربری اراضی، شمال تهران، مقیاس 1:25000.

5- سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح. 1375. نقشه‌های توپوگرافی 25000 :1 تهران، کن.

6- شرکت جهاد تحقیقات آب و انرژی. 1390. طرح جامع احیاء منابع طبیعی اراضی مشرف به منطقه 5 شهرداری تهران، گزارش هیدرولوژی.

7- کلته، امان محمد. 1381. بررسی عوامل مؤثر بر رسوبدهی حوضه‌های آبخیز البرز شمالی و جنوبی، پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد، استاد راهنما: سادات فیض نیا، دانشگاه تهران، دانشکده منابع طبیعی، گروه آبخیزداری.

8- کیاشمشکی، سارا. 1393. نقش عوامل مؤثر بر رخداد بهمن و پهنه‌بندی آن در محور میگون - شمشک، پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد، استاد راهنما: کاظم نصرتی، دانشگاه شهیدبهشتی، دانشکده علوم زمین، گروه جغرافیای طبیعی.

9- داوودی راد، علی اکبر. 1378. بررسی روابط بین عوامل مورفومتری حوضه و دبی سیلابی در حوضه‌های آبخیز مرکزی ایران، پایان‌نامه‌کارشناسی‌ارشد، استاد راهنما: محمد مهدوی، دانشگاه تهران، دانشکده جغرافیا، گروه جغرافیای طبیعی.

10-مزبانی، مهدی. 1391. پهنه‌بندی پتانسیل سیلخیزی
در حوضه آبخیز سراب دره شهر، پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد، استاد راهنما: محمدرضا ثروتی و محمود احمدی، دانشگاه شهیدبهشتی، دانشکده علوم زمین، گروه جغرافیای طبیعی.

11-میرداوودی، حمیدرضا. حجت‌اله زاهدی و مسعود شکوبی و جواد ترکان. 1385. شناخت عوامل اکولوژیکی مؤثر بر پوشش‌گیاهی مراتع با استفاده از تجزیه تحلیل‌های چند‌متغیره (مطالعه موردی: جنوب استان مرکزی)، فصلنامه علمی- پژوهشی مرتع و بیابان ایران، دوره 13، شماره 3، مؤسسه تحقیقات جنگل ها و مراتع کشور.  

12- میرلطیفی، سیدمجید. اکرم سیفی و حسین ریاحی. 1389. توسعه مدل ترکیبی رگرسیون چندگانه-تحلیل مولفه‌ها و عامل‌های اصلی (MLR-PCA) در پیش بینی تبخیر- تعرق مرجع (مطالعه موردی: ایستگاه کرمان)، نشریه آب و خاک، دوره 24، شماره 6، دانشگاه تربیت مدرس.

13- نصرتی کاظم. محمود احمدی و محمدرضا ثروتی و مهدی مزبانی. 1392. تعیین عوامل مؤثر بر پتانسیل سیل‌خیزی حوضه آبخیز دره شهر براساس مناطق همگن هیدرولوژیک، مجله آمایش جغرافیایی فضا، دوره 3، شماره 8، دانشگاه گلستان.

14- نصرتی، کاظم. 1392. روش‌های کاربردی در پژوهش علمی، چاپ اول، انتشارات جهاد دانشگاهی واحد شهید بهشتی. دانشگاه شهید بهشتی.

15.Caratti, J.F., Nesser, J.A. and Maynard, C.L. 2004. Watershed classification using canonical correspondence analysis and clustering techniques: A cautionary note. Journal of the American Water Resources Association (JAWRA), 40(5): 1257-1268.

 

16.Johnson, R.A., and Wichern, D.W. 1992. Applied multivariate statistical analysis Prentice-Hall: Englewood Cliffs, NJ, p: 184-188.

17.Lin, G.F. and Wang, Ch.M. 2006. Performing cluster analysis and discrimination analysis of hydrological factors in one step. Advances in Water Resources, 29: 1573-1585.

18.Munteanu, A., Nedelea, A., and Comanescu, L. 2011. The dynamics of the snow avalanche affected areas in Piatra Mica mountains (Romania). Comptes Rendus Geoscience, 343(10): 691-700.

19.Noori, R., Karbassi, A.R., Moghaddamnia, A., Han, D., Zokaei-Ashtiani, M.H., Farokhnia, A. and Ghafari, G.M. 2011. Assessment of input variables determination on the SVM model performance using PCA, Gamma test, and forward selection techniques for monthly stream flow prediction. Journal of Hydrology, 401: 177-189.

20.Nosrati, K., Laaha, G., Sharifnia, S.A., and Rahimi, M. 2015. Regional low flow analysis in Sefidrood Drainage Basin, Iran using principal component regression, Hydrology Research, 46 (1): 121-136.