نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

افزایش دقت پهنه‌بندی خطر سیل با ادغام مدل‌های یادگیری ماشین، منطق فازی و نظریه دمسفر-شفر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی آبخیزداری-دانشکده منابع طبیعی ساری-دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری-ساری-ایران
2 موسسه ژئوماتیک، دانشگاه منابع طبیعی و علوم زیستی، وین، اتریش
10.22125/iwe.2026.562734.1911
چکیده
شناسایی مناطق مستعد سیل و تهیه نقشه‌های پهنه‌بندی خطر، نقش کلیدی در مدیریت ریسک و برنامه‌ریزی فضایی ایفا می‌کند. هدف این پژوهش، ارزیابی و مقایسه عملکرد سه الگوریتم یادگیری ماشین شامل رگرسیون لجستیک (LR)، ماشین بردار پشتیبان (SVM) و گرادیان بوستینگ (GB) در پهنه‌بندی خطر سیل در حوزه آبخیز نکارود استان مازندران است. بدین منظور، 13 عامل محیطی، هیدرولوژیکی و ژئومورفولوژیکی از جمله بارندگی، شیب، ارتفاع، فاصله از رودخانه و کاربری اراضی استخراج و با 152 نقطه وقوع سیل واقعی تلفیق شد. مدل‌ها پس از پیش‌پردازش داده‌ها آموزش داده شده و عملکرد آن‌ها با استفاده از شاخص‌های AUC، دقت کلی و ضریب کاپا ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که مدل گرادیان بوستینگ با مقدار AUC برابر با 0.896، دقت کلی 87٪ و ضریب کاپا 0.84 بهترین عملکرد را در شناسایی مناطق سیلابی و غیرسیلابی ارائه می‌دهد. مدل SVM با AUC برابر با 0.872 و دقت 83٪ در رتبه دوم قرار گرفت، در حالی که مدل رگرسیون لجستیک با AUC برابر با 0.853 و دقت 80٪ ضعیف‌ترین عملکرد را در میان مدل‌های مورد بررسی داشت. مقایسه نتایج بیانگر آن است که مدل‌های مبتنی بر درخت تصمیم و تقویت یادگیری، در مقایسه با مدل‌های خطی کلاسیک، توانایی بیشتری در بازنمایی الگوهای پیچیده مرتبط با وقوع سیل دارند. تحلیل اهمیت متغیرها نیز نشان داد که بارندگی، شیب، فاصله از رودخانه و ارتفاع مهم‌ترین عوامل مؤثر بر حساسیت به سیل در منطقه مطالعاتی هستند. نتایج نشان می‌دهد الگوریتم‌های یادگیری ماشین، به‌ویژه گرادیان بوستینگ، می‌تواند روش مناسب در پهنه‌بندی خطر سیل در مناطق مشابه باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Comparing the Performance of Machine Learning Models in Flood Risk Zoning in Nekarood Watershed

نویسندگان English

Seidmohamad Mousavi 1
Karim Soleimani 1
Fatemeh Shokrian 1
Omid Ghorbanzadeh 2
1 Department of Watershed Engineering - Faculty of Natural Resources of Sari - Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources - Sari - Iran
2 Institute of Geomatics, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna, Austria
چکیده English

Flooding stands as one of the most destructive hydro-climatic hazards, inflicting substantial annual losses on human communities and economic infrastructure. Identifying flood-prone zones and creating sensitivity maps are crucial for effective risk management and natural resource planning. This study focused on assessing the performance of three machine learning algorithms—logistic regression (LR), support vector machine (SVM), and gradient boosting (GB)—for flood risk mapping in the Nekarood watershed of Mazandaran province. Thirteen environmental and hydrological factors, including rainfall, slope, elevation, proximity to waterways, land use, and morphometric indices, were analyzed alongside 152 recorded flood occurrence points. The models were evaluated using metrics such as AUC, overall accuracy, and the kappa coefficient. Results indicated that the GB model achieved the highest performance, with an AUC of 0.896, an overall accuracy of 87%, and a kappa coefficient of 0.84. The SVM model followed with an AUC of 0.872 and an accuracy of 83%, while the LR model, scoring an AUC of 0.853 and an accuracy of 80%, showed the weakest performance among the three. Analysis of variable importance revealed that rainfall, slope, distance from waterways, and elevation are the most significant factors influencing flood occurrence. Consequently, reinforcement learning-based algorithms could serve as effective tools for enhancing predictive accuracy and minimizing uncertainty in flood risk mapping efforts. The findings from this study offer valuable insights for strengthening early warning systems, restricting development in high-risk zones, and reducing both human and economic damages caused by flooding in similar regions.

کلیدواژه‌ها English

Flood
Machine Learning
Gradient Boosting
Support Vector Machine
Nekarood

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 02 تیر 1405