پژوهشهای دانش زمین

پژوهشهای دانش زمین

ارزیابی ریسک زمین‌لغزش: مطالعه موردی حوزه آبخیز وروشت، استان لرستان، ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
استادیار، بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان لرستان، سازمان تحقیقات، آموزش و
چکیده
۱. مقدمه

زمین‌لغزش‌ها به عنوان یکی از مخرب‌ترین مخاطرات طبیعی در سراسر جهان، سالانه خسارات اقتصادی قابل توجه و تلفات جانی زیادی ایجاد می‌کنند. این حرکت‌های توده‌ای منجر به تخریب جنگل‌ها، اراضی کشاورزی حاصلخیز، مناطق مسکونی، شبکه‌های ارتباطی و زیرساخت‌های گردشگری می‌شوند. علاوه بر این، زمین‌لغزش‌ها به تغییرات ژئومورفولوژیکی شدید کمک کرده و ممکن است مخاطرات ثانویه مانند سیلاب را در مناطق تپه‌ای ایجاد کنند. ایران به دلیل شرایط فیزیوگرافی، محیطی و اقلیمی منحصربه‌فرد خود - همراه با فشارهای انسانی و افزایش تقاضا برای منابع طبیعی - به شدت در برابر وقوع زمین‌لغزش، به ویژه در مناطق کوهستانی، آسیب‌پذیر است. این کشور مخاطرات طبیعی متعددی از جمله فرسایش شدید خاک، سیلاب‌های ویرانگر و زمین‌لغزش‌های مخرب را تجربه می‌کند که در مجموع منجر به میلیاردها ریال خسارت مالی شده است. در نتیجه، زمین‌لغزش به یک بلای ملی در ایران تبدیل شده است که نیازمند رویکردهای سیستماتیک برای ارزیابی و مدیریت می‌باشد. رشته کوه زاگرس، که منطقه مورد مطالعه در آن واقع شده است، به دلیل ساختارهای زمین‌شناسی پیچیده، لرزه‌خیزی بالا و بارش‌های سنگین فصلی، به طور ویژه‌ای مستعد حرکات توده‌ای است. مطالعات پیشین وقوع زمین‌لغزش‌های متعددی را در امتداد راه‌های اصلی و سکونتگاه‌های روستایی این منطقه گزارش کرده‌اند که خسارات اقتصادی سالانه‌ای معادل چندین میلیون دلار به همراه داشته است. با وجود این چالش‌ها، ارزیابی‌های سیستماتیک ریسک زمین‌لغزش در مقیاس حوزه آبخیز در استان لرستان همچنان محدود است. بیشتر مطالعات موجود تنها بر پهنه‌بندی حساسیت متمرکز بوده و عناصر در معرض خطر و آسیب‌پذیری آن‌ها را در نظر نگرفته‌اند. این شکاف، ضرورت رویکردهای جامع ارزیابی ریسک را که هر سه مؤلفه ریسک (خطر، عناصر در معرض خطر و آسیب‌پذیری) را تلفیق می‌کند، برای حمایت از برنامه‌ریزی مؤثر کاربری اراضی و استراتژی‌های کاهش خطر بلایا آشکار می‌سازد. به دلیل طیف گسترده عوامل تأثیرگذار و شرایط محیطی محلی، هیچ روش پذیرفته‌شده جهانی برای تهیه نقشه حساسیت به زمین‌لغزش وجود ندارد. با این حال، کاربرد رویکردهای منطقی و کمی، از جمله مدل‌های آماری و یادگیری ماشین، دقت و قابلیت اطمینان نقشه‌های پهنه‌بندی زمین‌لغزش را به طور قابل توجهی بهبود بخشیده است. در سال‌های اخیر، تکنیک‌های داده‌کاوی و یادگیری ماشین به دلیل دقت پیش‌بینی بالا و قابلیت‌های پردازش اطلاعات قوی خود، توجه گسترده‌ای را به خود جلب کرده‌اند. در این میان، شبکه‌های عصبی مصنوعی (ANN)، مدل‌های خطی تعمیم‌یافته (GLM) و ماشین‌های بردار پشتیبان (SVM) عملکرد عالی در پهنه‌بندی حساسیت به زمین‌لغزش نشان داده‌اند. در حالی که ارزیابی حساسیت زمین‌لغزش بر روی احتمال مکانی وقوع زمین‌لغزش تمرکز دارد، ارزیابی جامع ریسک زمین‌لغزش نیازمند تلفیق سه مؤلفه مرتبط با یکدیگر است: خطر زمین‌لغزش (احتمال وقوع)، عناصر در معرض خطر (مانند راه‌ها، منابع آب، ساختمان‌ها، اراضی کشاورزی، خطوط انتقال برق) و آسیب‌پذیری آن عناصر. پژوهش حاضر با هدف انجام ارزیابی جامع ریسک زمین‌لغزش در حوزه آبخیز وروشت، استان لرستان، ایران با استفاده از سه مدل یادگیری ماشین انجام شده است.



۲. مواد و روش‌ها

حوزه آبخیز وروشت در شمال غرب استان لرستان، ایران، در محدوده مختصات جغرافیایی ۳۳°۰۶′۱۸″ تا ۳۳°۵۸′۱۹″ عرض شمالی و ۴۷°۵۰′۰۸″ تا ۴۸°۴۱′۰۹″ طول شرقی واقع شده و مساحت کل آن ۱۵۴۳۵ هکتار است. حداقل ارتفاع ۱۵۰۹ متر و حداکثر ارتفاع به ۲۶۲۰ متر می‌رسد. تقریباً ۷۵ درصد از مساحت حوزه با شیب بیش از ۱۵ درصد مشخص می‌شود که نشان‌دهنده ماهیت کوهستانی منطقه مطالعه است. به دلیل شیب‌های تند، سازندهای زمین‌شناسی حساس، فعالیت‌های راه‌سازی و تغییرات گسترده کاربری اراضی - به ویژه تبدیل جنگل‌ها و مراتع به اراضی کشاورزی دیم - حوزه آبخیز وروشت حساسیت بالایی به وقوع زمین‌لغزش نشان می‌دهد. میانگین بارندگی سالانه ۴۶۹ میلی‌متر است. الگوی بارندگی از رژیم اقلیمی مدیترانه‌ای پیروی می‌کند به طوری که بیشتر بارندگی بین ماه‌های نوامبر و مارس رخ می‌دهد. این تمرکز فصلی بارندگی، همراه با توپوگرافی تند منطقه و سازندهای زمین‌شناسی هوازده، شرایط مساعدی را برای آغاز زمین‌لغزش‌ها، به ویژه در دوره‌های بارندگی شدید یا طولانی، ایجاد می‌کند. افزون بر این، منطقه مطالعه در سده گذشته چندین زمین‌لرزه با قدرت متوسط تا شدید را تجربه کرده است که توده سنگ را بیشتر تضعیف کرده و ناپایداری کلی دامنه‌ها را افزایش داده است. بر اساس تقسیمات ساختاری-تکتونیکی ایران، منطقه مطالعه در زون ساختاری زاگرس رانده (یا مرتفع) قرار دارد و سنگ‌شناسی غالب شامل سنگ آهک، کنگلومرا، مارن، رادیولاریت و رسوبات آبرفتی است. نقشه پراکنش زمین‌لغزش بر اساس ۱۶۳ چندضلعی زمین‌لغزش که به طور سیستماتیک بررسی و ثبت شده‌اند، تهیه گردید. سطح کل تحت تأثیر زمین‌لغزش در حوزه تقریباً ۱۳۱.۳۲ هکتار است. کوچک‌ترین زمین‌لغزش مستند شده ۱۲۸ متر مربع را پوشش می‌دهد، در حالی که بزرگترین زمین‌لغزش ۱۳.۳۲ هکتار را اشغال کرده است که نشان‌دهنده ناهمگونی قابل توجه در بزرگی زمین‌لغزش در سراسر منطقه مطالعه است. هفده عامل مؤثر به عنوان متغیرهای مستقل تأثیرگذار بر وقوع زمین‌لغزش انتخاب شدند: درصد شیب، جهت شیب، ارتفاع، شکل زمین، ضریب طول-شیب (LS)، شاخص موقعیت توپوگرافی (TPI)، شاخص ناهمواری توپوگرافی (TRI)، اندازه درشتی برداری (VRM)، شاخص رطوبت توپوگرافی (TWI)، فاصله از گسل، فاصله از جاده، فاصله از روستا، سنگ‌شناسی، کاربری اراضی، شاخص تفاوت پوشش گیاهی نرمال‌شده (NDVI)، میانگین بارندگی سالانه و فاصله از آبراهه. مشتقات اولیه از مدل رقومی ارتفاع (DEM) استخراج شدند، در حالی که شاخص‌های ژئومورفومتری پیشرفته با استفاده از نرم‌افزار SAGA GIS محاسبه گردیدند. این هفده عامل بر اساس مرور جامع ادبیات حساسیت زمین‌لغزش و ویژگی‌های فیزیوگرافی ویژه منطقه زاگرس انتخاب شدند. مجموعه داده به طور تصادفی به زیرمجموعه‌های آموزش (۷۰ درصد داده‌ها) و اعتبارسنجی (۳۰ درصد داده‌ها) تقسیم شد تا از ارزیابی بی‌طرفانه مدل اطمینان حاصل شود. سه مدل یادگیری ماشین به کار گرفته شد:

• ماشین بردار پشتیبان (SVM): یک روش یادگیری نظارت‌شده که یک ابرصفحه بهینه برای جداسازی نقاط داده زمین‌لغزش و غیرزمین‌لغزش در فضای با ابعاد بالا پیدا می‌کند.

• مدل خطی تعمیم‌یافته (GLM): بسطی از مدل‌های خطی سنتی که توزیع‌های غیرنرمال را با رابطه logit(P) = β₀ + Σβᵢxᵢ پشتیبانی می‌کند.

• شبکه عصبی مصنوعی (ANN): یک پرسپترون چندلایه با یک لایه ورودی، یک لایه پنهان (با تابع فعال‌سازی ReLU) و یک لایه خروجی (با تابع فعال‌سازی سیگموئید) که با استفاده از الگوریتم پس‌انتشار خطا و بهینه‌ساز Adam آموزش داده شد.

تمامی مدل‌ها با استفاده از نرم‌افزار ModEco پیاده‌سازی شدند و با استفاده از منحنی‌های مشخصه عملکرد سیستم (ROC) و معیار سطح زیر منحنی (AUC) اعتبارسنجی گردیدند. عناصر در معرض خطر شامل مناطق مسکونی، زیرساخت‌های حمل‌ونقل (راه‌های آسفالت و خاکی)، انواع پوشش زمین (جنگل، مرتع، اراضی کشاورزی)، منابع آب سطحی و خطوط انتقال برق بودند. امتیازدهی آسیب‌پذیری با تلفیق ارزش ذاتی عناصر با کلاس‌های خطر انجام شد. نقشه نهایی ریسک با استفاده از رابطه R = H × E × V (Varnes، ۱۹۸۴) تولید و به پنج کلاس طبقه‌بندی گردید: خطر خیلی کم، کم، متوسط، بالا و خیلی بالا.



۳. نتایج و بحث

نتایج اعتبارسنجی نشان داد که مدل ماشین بردار پشتیبان با سطح زیر منحنی ۹۱۳/۰ بهترین عملکرد را داشت و پس از آن به ترتیب شبکه عصبی مصنوعی (۸۶۵/۰) و مدل خطی تعمیم‌یافته (۷۸۷/۰) قرار گرفتند. عملکرد برتر SVM به توانایی آن در یافتن ابرصفحه بهینه برای جداسازی نقاط داده زمین‌لغزش و غیرزمین‌لغزش، حتی در فضاهای با ابعاد بالا، نسبت داده می‌شود. این یافته‌ها با مطالعات قبلی پنگ و همکاران (۲۰۱۴)، فام و همکاران (۲۰۱۶) و چن و همکاران (۲۰۱۷a) که SVM را به عنوان یکی از کارآمدترین الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای شناسایی مناطق مستعد زمین‌لغزش معرفی کرده‌اند، همسو است. بر اساس مدل SVM، تقریباً ۶۶/۳۵ درصد از مساحت به عنوان حساسیت خیلی کم، ۶۲/۲۲ درصد کم، ۰۹/۱۷ درصد متوسط، ۶۸/۱۲ درصد زیاد و ۹۴/۱۱ درصد حساسیت خیلی زیاد طبقه‌بندی شد. در مقابل، مدل GLM درصد بیشتری از مساحت (۵۷/۵۵ درصد) را در کلاس‌های حساسیت متوسط تا خیلی زیاد در مقایسه با مدل SVM (۷۱/۴۱ درصد) قرار داد که نشان‌دهنده رویکرد محافظه‌کارانه‌تر SVM است. عملکرد برتر SVM نسبت به ANN و GLM را می‌توان با چند عامل توضیح داد. نخست، SVM ذاتاً برای مدیریت مؤثر فضاهای ویژگی با ابعاد بالا طراحی شده است که آن را برای پهنه‌بندی حساسیت زمین‌لغزش، جایی که چندین عامل متقابل بر پایداری دامنه تأثیر می‌گذارند، مناسب می‌سازد. دوم، استفاده از توابع هسته در SVM به مدل اجازه می‌دهد روابط غیرخطی پیچیده بین عوامل مؤثر و وقوع زمین‌لغزش را بدون دچار شدن به بیش‌برازش捕捉 کند. سوم، اتکای SVM به بردارهای پشتیبان (زیرمجموعه‌ای از داده‌های آموزش) آن را نسبت به نقاط پرت و مجموعه داده‌های نامتوازن در مقایسه با ANN و GLM حساسیت کمتری می‌کند. در مقابل، GLM روابط خطی بین پیش‌بین‌کننده‌ها و لگاریتم شانس وقوع زمین‌لغزش را فرض می‌کند که ممکن است در محیط‌های کوهستانی پیچیده صادق نباشد. ANN نیز در عین حال که قادر به مدلسازی الگوهای غیرخطی است، نیازمند تنظیم دقیق معماری شبکه بوده و زمانی که داده‌های آموزش محدود باشد، بیشتر مستعد بیش‌برازش است. نقشه نهایی ریسک نشان داد که تقریباً ۸۶/۵۴ درصد از حوزه در کلاس خطر خیلی کم، ۰۸/۲۶ درصد در خطر کم، ۸۴/۱۰ درصد در خطر متوسط، ۲۸/۴ درصد در خطر زیاد و ۹۴/۳ درصد در کلاس خطر خیلی زیاد قرار دارد. به طور کلی، حدود ۱۹ درصد از مساحت (معادل ۲۹۶۸ هکتار) به عنوان کلاس‌های خطر زیاد و خیلی زیاد طبقه‌بندی شده است که نیازمند اولویت‌بندی در اقدامات مدیریتی و کاهش خطر می‌باشد. مقایسه نقشه‌های عناصر در معرض خطر و آسیب‌پذیری نشان داد که اگرچه بیشترین مساحت حوزه (تقریباً ۵۹ درصد) در کلاس آسیب‌پذیری کم قرار دارد، اما مناطق با آسیب‌پذیری زیاد و خیلی زیاد (در مجموع حدود ۱۱ درصد) عمدتاً با کلاس‌های خطر بالا همپوشانی دارند. این همپوشانی که در نقشه نهایی ریسک منعکس شده است، اهمیت رویکرد تلفیقی ارزیابی ریسک را که خطر، عناصر در معرض خطر و آسیب‌پذیری را ترکیب می‌کند، نشان می‌دهد.

۴. نتیجه‌گیری

این پژوهش نتایج مهم زیر را به دست می‌دهد:

۱. مدل ماشین بردار پشتیبان (SVM) با سطح زیر منحنی ۹۱۳/۰ بهترین عملکرد را در میان سه مدل مورد بررسی داشت و به عنوان مدل بهینه برای پهنه‌بندی حساسیت به زمین‌لغزش در منطقه مطالعه انتخاب شد.

۲. مدل شبکه عصبی مصنوعی (ANN) با سطح زیر منحنی ۸۶۵/۰ و مدل خطی تعمیم‌یافته (GLM) با سطح زیر منحنی ۷۸۷/۰ به ترتیب در رتبه‌های دوم و سوم قرار گرفتند.

۳. نقشه نهایی ریسک زمین‌لغزش نشان داد که تقریباً ۱۹ درصد از مساحت حوزه (۲۹۶۸ هکتار) در کلاس‌های خطر زیاد و خیلی زیاد قرار دارد که نیازمند اولویت‌بندی در اقدامات مدیریتی است.

۴. رویکرد تلفیقی ارزیابی ریسک مبتنی بر رابطه R = H × E × V روشی مؤثر برای شناسایی مناطق پرخطر فراهم می‌کند.

۵. هفده عامل مؤثر استفاده‌شده مجموعه جامعی از متغیرهای تأثیرگذار بر وقوع زمین‌لغزش را تشکیل می‌دهند.

۶. نقشه پراکنش زمین‌لغزش با ۱۶۳ چندضلعی، پایه‌ای قوی برای کالیبراسیون و اعتبارسنجی مدل‌های یادگیری ماشین فراهم کرد.

توصیه می‌شود که مطالعات آینده از مدل‌های یادگیری عمیق و رویکردهای جمعی برای بهبود بیشتر دقت پیش‌بینی استفاده کنند. همچنین، توجه بیشتری به مؤلفه خسارت جانی (تلفات انسانی) که به دلیل عدم وجود داده‌های مناسب در این مطالعه مورد توجه قرار نگرفت، معطوف شود. نتایج این مطالعه می‌تواند به عنوان مبنایی علمی برای برنامه‌ریزی کاربری اراضی، توسعه پایدار و کاهش خطر زمین‌لغزش در مناطق کوهستانی ایران مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Landslide risk assessment: A case study of Varvasht Watershed, Lorestan Province, Iran

نویسندگان English

Taher Farhadinejad
Ebrahim Karimi Sangchini
Assistant Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Department, Lorestan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center(AREEO), Khorramabad, Iran.
چکیده English

1. Introduction

Landslides represent one of the most destructive natural hazards worldwide, causing substantial economic losses and human casualties annually. These mass movements result in the destruction of forests, fertile agricultural lands, residential areas, communication networks, and tourism infrastructure. Furthermore, landslides contribute to severe geomorphic modifications and may trigger secondary hazards such as flooding in hilly regions. Iran, due to its unique physiographic, environmental, and climatic conditions—coupled with anthropogenic pressures and increasing demands on natural resources—is highly vulnerable to landslide occurrences, particularly in its mountainous areas. The country experiences various natural threats, including severe soil erosion, devastating floods, and destructive landslides, which have collectively resulted in billions of Rials in financial damages. Consequently, landslides have become a national disaster in Iran, necessitating systematic approaches to assessment and management. The Zagros mountain range, where the study area is located, is particularly prone to mass movements due to its complex geological structures, high seismicity, and seasonal heavy rainfall. Previous studies have reported numerous landslide events along the main roads and rural settlements in this region, causing annual economic losses estimated at several million dollars. Despite these challenges, systematic landslide risk assessments at the watershed scale remain limited in Lorestan Province. Most existing studies have focused only on susceptibility mapping without considering elements at risk and their vulnerability. This gap highlights the urgent need for comprehensive risk assessment frameworks that integrate all three components of risk (hazard, elements at risk, and vulnerability) to support effective land-use planning and disaster risk reduction strategies.There is no universally accepted method for landslide susceptibility mapping due to the wide range of influencing factors and local environmental conditions. However, the application of logical and quantitative approaches, including statistical and machine learning models, has significantly improved the accuracy and reliability of landslide zoning maps. In recent years, data mining and machine learning techniques have gained widespread attention due to their high predictive accuracy and robust information processing capabilities. Among these, Artificial Neural Networks (ANN), Generalized Linear Models (GLM), and Support Vector Machines (SVM) have demonstrated excellent performance in landslide susceptibility zoning. While landslide susceptibility assessment focuses on the spatial probability of landslide occurrence, a comprehensive landslide risk assessment requires the integration of three interrelated components: landslide hazard (probability of occurrence), elements at risk (e.g., roads, water sources, buildings, agricultural lands, power transmission lines), and vulnerability of those elements. The present study aims to address existing gaps by conducting a comprehensive landslide risk assessment in the Varosht Watershed, Lorestan Province, Iran, using three machine learning models.



2. Materials and Methods

The Varosht Watershed is located in northwest Lorestan Province, Iran, within geographical coordinates of 33°06′18″ to 33°58′19″ North latitude and 47°50′08″ to 48°41′09″ East longitude, covering a total area of 15,435 hectares. The minimum elevation is 1,509 meters above sea level, while the maximum elevation reaches 2,620 meters. Approximately 75% of the watershed area is characterized by slopes exceeding 15%, indicating the mountainous nature of the study area. Due to its steep slopes, susceptible geological formations, road construction activities, and widespread land use changes—particularly the conversion of forests and rangelands into rain-fed agricultural lands—the Varosht Watershed exhibits high susceptibility to landslide occurrence. The mean annual precipitation is 469 mm. The precipitation pattern follows a Mediterranean climate regime, with most rainfall occurring between November and March. This seasonal concentration of rainfall, combined with the region's steep topography and weathered geological formations, creates favorable conditions for landslide initiation, particularly during periods of intense or prolonged rainfall. Additionally, the study area has experienced several moderate to strong earthquakes in the past century, which have further weakened the rock mass and increased the overall slope instability.According to Iran's structural-tectonic divisions, the study area is situated within the Crushed (High) Zagros structural zone, with predominant lithology consisting of limestone, conglomerate, marl, radiolarite, and alluvial deposits. A landslide inventory map was prepared based on 163 landslide polygons systematically surveyed and recorded. The total landslide-affected surface within the watershed is approximately 131.32 hectares. The smallest documented landslide covers 128 m², while the largest occupies 13.32 hectares, demonstrating considerable heterogeneity in landslide magnitude across the study area. Seventeen conditioning factors were selected as independent variables influencing landslide occurrence: slope percentage, aspect, elevation, landform, length-slope (LS) factor, Topographic Position Index (TPI), Topographic Roughness Index (TRI), Vector Ruggedness Measure (VRM), Topographic Wetness Index (TWI), distance to faults, distance to roads, distance to villages, lithology, land use, Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), mean annual rainfall, and distance to streams. Primary derivatives were extracted from a Digital Elevation Model (DEM), while advanced geomorphometric indices were computed using SAGA GIS software. These seventeen factors were selected based on a comprehensive review of the landslide susceptibility literature and the specific physiographic characteristics of the Zagros region. All factor layers were resampled to a uniform spatial resolution of 30 meters and standardized to ensure compatibility across different measurement units. The dataset was randomly split into training (70% of the data) and validation (30% of the data) subsets to ensure unbiased model evaluation. Three machine learning models were employed:

• Support Vector Machine (SVM): A supervised learning method that finds an optimal hyperplane for separating landslide and non-landslide data points in high-dimensional space.

• Generalized Linear Model (GLM): An extension of traditional linear models accommodating non-normal distributions, expressed as logit(P) = β₀ + Σβᵢxᵢ.

• Artificial Neural Network (ANN): A multilayer perceptron with one input layer, one hidden layer (ReLU activation), and one output layer (sigmoid activation), trained using backpropagation with Adam optimizer.

All models were implemented using ModEco software and validated using Receiver Operating Characteristic (ROC) curves and Area Under the Curve (AUC) metrics. Elements at risk included residential zones, transportation infrastructure (asphalt and unpaved roads), land cover types (forest, rangeland, agricultural land), surface water resources, and power transmission lines. Vulnerability scoring was conducted by integrating the inherent value of elements with hazard classes. The final risk map was produced using the equation R = H × E × V (Varnes, 1984), classified into five classes: very low, low, medium, high, and very high risk.



3. Results and Discussion

Validation results demonstrated that the SVM model achieved the best performance with an AUC of 0.913, followed by ANN (0.865) and GLM (0.787). The superior performance of SVM is attributed to its ability to find an optimal hyperplane for separating landslide and non-landslide data points, even in high-dimensional spaces. These findings are consistent with previous studies by Peng et al. (2014), Pham et al. (2016), and Chen et al. (2017a), which introduced SVM as one of the most efficient machine learning algorithms for identifying landslide-prone areas. According to the SVM model, approximately 35.66% of the area was classified as very low susceptibility, 22.62% as low, 17.09% as medium, 12.68% as high, and 11.94% as very high susceptibility. In contrast, the GLM model placed a higher percentage of the area (55.57%) in medium to very high susceptibility classes compared to the SVM model (41.71%), indicating the more conservative approach of SVM. The superior performance of SVM over ANN and GLM can be explained by several factors. First, SVM is inherently designed to handle high-dimensional feature spaces effectively, making it suitable for landslide susceptibility mapping where multiple interacting factors influence slope stability. Second, the use of kernel functions in SVM allows the model to capture complex nonlinear relationships between conditioning factors and landslide occurrences without suffering from overfitting. Third, SVM's reliance on support vectors (a subset of training data) makes it less sensitive to outliers and imbalanced datasets compared to ANN and GLM. In contrast, GLM assumes linear relationships between predictors and the log-odds of landslide occurrence, which may not hold true in complex mountainous environments. ANN, while capable of modeling nonlinear patterns, requires careful tuning of network architecture and is more prone to overfitting when training data are limited. The final risk map revealed that approximately 54.86% of the watershed falls within the very low-risk class, 26.08% in low-risk, 10.84% in medium-risk, 4.28% in high-risk, and 3.94% in very high-risk classes. Overall, about 19% of the area (equivalent to 2,968 hectares) is classified as high and very high-risk classes, necessitating prioritization in management and mitigation measures.

Comparison of elements at risk and vulnerability maps revealed that although the largest area of the watershed (approximately 59%) falls within the low vulnerability class, areas with high and very high vulnerability (totaling about 11%) largely overlap with high hazard classes. This overlap, reflected in the final risk map, emphasizes the importance of an integrated risk assessment approach combining hazard, elements at risk, and vulnerability.



4. Conclusion

This study draws several important conclusions:

1. The Support Vector Machine (SVM) model, with an AUC of 0.913, achieved the best performance among the three models examined and was selected as the optimal model for landslide susceptibility zonation in the study area.

2. The Artificial Neural Network (ANN) model (AUC=0.865) and Generalized Linear Model (GLM) (AUC=0.787) ranked second and third, respectively.

3. The final landslide risk map revealed that approximately 19% of the watershed area (2,968 hectares) falls within high and very high-risk classes, requiring prioritization in management measures.

4. The integrated risk assessment approach based on the equation R = H × E × V provides an effective method for identifying high-risk areas.

5. The seventeen conditioning factors used constitute a comprehensive set of variables influencing landslide occurrence.

6. The landslide inventory map with 163 polygonal landslides provided a robust foundation for calibrating and validating the machine learning models.

It is recommended that future studies employ deep learning models and ensemble approaches to further improve predictive accuracy. Furthermore, greater attention should be paid to casualty damage (human losses), which was not addressed in this study due to lack of appropriate data. The results of this study can serve as a scientific basis for land use planning, sustainable development, and landslide risk mitigation in the mountainous regions of Iran.

کلیدواژه‌ها English

Landslide risk assessment
Support Vector Machine (SVM)
Artificial Neural Network (ANN)
Generalized Linear Model (GLM)
Varvasht Watershed
Iran

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 24 شهریور 1405