Токой алабынын түрү — бул изилдөөдө тоолуу токой аймагын гидрологиялык жана геоморфологиялык байланыштуулугуна жараша топтолуу зонасына, эңкейиш зонасына же өз алдынча зонага бөлгөн мейкиндиктик талдоо жана башкаруу бирдиги. Jaejeong Kim жана Dongyeob Kim Түштүк Кореянын Chungcheong аймагында 2022–2024 мезгилинде тоо токой алаптары менен дал келген 1809 жер көчкү зыянынын полигонун изилдеп, зыяндын масштабы жана жер көчкүгө байланышкан экологиялык факторлор бул үч алап түрүнүн ортосунда өзгөрөбү же жокпу деген суроону карашкан. Зыяндын аянты, периметри, туурасы, узундугу жана созулуу катышы статистикалык жактан салыштырылган; 13 топографиялык, топурактык, токойдук, геологиялык жана алап морфометриясынын өзгөрмөлөрү менен Random Forest моделдери түзүлгөн; моделдер кайталанган катмарланган 5 бөлүктүү кайчылаш текшерүү аркылуу бааланып, өзгөрмөлөрдүн салымы SHAP талдоосу менен чечмеленген.

Зыяндын аянты, периметри, туурасы жана узундугу топтолуу зоналарында эң жогору, өз алдынча зоналарда эң төмөн болгон. Орточо зыян аянты топтолуу зоналарында 2413,3 m², эңкейиш зоналарында 1268,5 m² жана өз алдынча зоналарда 695,9 m² түзгөн. Random Forest моделдеринин орточо AUC маанилери тиешелүүлүгүнө жараша 0,759, 0,733 жана 0,830 болгон. Алаптын аянты үч алап түрүндө тең жогорку мааниге ээ жалпы өзгөрмө болуп саналат; бирок экинчи даражадагы факторлор алап түрүнө жараша айырмаланган. Топтолуу зоналарында рельеф, DBH классы жана эңкейиштин узундугу; эңкейиш зоналарында эңкейиштин тиктиги, DBH классы жана рельеф; өз алдынча зоналарда болсо рельеф менен эңкейиштин тиктиги алдыга чыккан.

Бул натыйжалар жер көчкүнү бир эле эңкейиштеги жергиликтүү туруктуулук шарттары менен гана түшүндүрүү мүмкүн болбой калышы мүмкүн экенин; зыяндын көлөмү жана жайылуу потенциалы алап ичиндеги суу, топография, агым жолдору жана чөкмө материалдардын байланыштуулугу менен бирге бааланышы керек экенин көрсөтөт. Ошол эле учурда изилдөө окуяга негизделген жаан-чачын коркунучу модели эмес, себептүүлүктү далилдебейт жана жыйынтыктар Chungcheong аймагы менен 2022–2024 инвентарынын чектеринде каралат. Өзгөчө SHAP нөлдүк өтүү маанилери физикалык жер көчкү босоголору катары эмес, колдонулган маалымат топтому жана моделдердин ичиндеги эмпирикалык таяныч чекиттер катары гана чечмеленүүгө тийиш.

Жер көчкү зыянын эмне үчүн башталгыч чекиттеги эңкейиштин тиктиги менен гана түшүндүрүүгө болбойт?

Жер көчкү адегенде эңкейиште пайда болот; бирок зыян дайыма эле башталган аймак менен чектелбейт. Үзүлгөн топурак, таш жана жыгачтуу материал суу менен кошо жылып, өзөн тармагына жетиши, агым жолдорун бойлой жүрүшү жана төмөн жактагы калктуу конуштарга, жолдорго же инфраструктурага карай ташылышы мүмкүн. Ошондуктан жер көчкү коркунучу кайсы жерде башталганындай эле, бузулган материалдын алап ичинде кайсы жерге байланышканы жана канчалык алыс ташыла алары да маанилүү.

Изилдөөнүн негизги концептуалдык өзөгү гидрологиялык жана геоморфологиялык байланыштуулук болуп саналат. Гидрологиялык байланыштуулук суунун аймакта кайсы жолдор менен топтолуп жана агарын; геоморфологиялык байланыштуулук болсо чөкмө жана массалык кыймыл продуктуларынын топографиялык түзүлүш ичинде бир жерден экинчи жерге өтө алуу даражасын билдирет. Бирдей көлөмдөгү эңкейиш үзүлүүсү өзөн тармагына күчтүү байланышкан алапта узак ташылуу жолуна кириши мүмкүн, ал эми байланышы начар аймакта көбүрөөк жергиликтүү бойдон калышы мүмкүн.

Токой алабынын түрү жер көчкү зыянынын көлөмүн эмне үчүн өзгөртө алат?

Изилдөөгө ылайык, алап түрлөрү суунун, чөкмөнүн жана бузулган эңкейиш материалынын аймак ичинде кантип топтолуп жана ташыларын айырмалайт; топтолуу зоналарында агымдын өзөн тармактарына жакындашуусу зыяндын кеңири аймакка жайылышына ыңгайлуу болушу мүмкүн, ал эми өз алдынча зоналарда байланыштын алсызыраак болушу зыяндын көбүрөөк жергиликтүү калышы менен байланыштуу.

Үч алап түрүнүн илимий мааниси

Топтолуу зонасы (catchment zone), жер үстүндөгү жана жер астындагы агымдар белгилүү бир чыгышка же өзөн каналына карай жакындашкан аймак. Жаан-чачын учурунда суунун топтолушу, каныгуунун жана көңдөй суунун басымынын жогорулашы, ошондой эле үзүлгөн чөкмөнүн өзөн тармагына байланышы жагынан калган эки класстан айырмаланат. Изилдөөдө эң чоң орточо жер көчкү зыянынын полигондору ушул класста байкалган.

Эңкейиш зонасы (slope zone), кырка жана өрөөн сызыктарынын ортосундагы эңкейиш басымдуу аймактарды билдирет. Агым бир чыгышта күчтүү топтолгондун ордуна эңкейиш багыты боюнча чачырандыраак жүрөт. Зыяндын эңкейиш ичинде же этегинде топтолушу алыскы аралыктагы өзөн-тармак аркылуу ташылууга караганда басымдуураак болушу мүмкүн.

Өз алдынча зона (independent zone), айланадагы өзөн каналдарына жана негизги топографиялык агым жолдоруна байланышы салыштырмалуу начар жана мейкиндик жагынан көбүрөөк обочолонгон токой аймактарын билдирет. Изилдөөнүн чечмелөөсүнө ылайык, бул зоналарда үзүлгөн материалдын үзгүлтүксүз түрдө төмөнкү алапка өтүү ыктымалдыгы азыраак; байкалган зыян полигондорунун орточо масштабы да эң кичине.

Эмне үчүн изилдөө аймагы катары Chungcheong аймагы тандалган?

Изилдөөчүлөр баштапкы чекит катары 2022–2024 мезгилинде Түштүк Корея боюнча катталган 4794 жер көчкү зыянынын жазуусун карап чыгышкан. Chungcheongnam-do аймагында 1338, Chungcheongbuk-do аймагында 911, Daejeon шаарында 30 жана Sejong шаарында 21 жазуу болгон; ошентип Chungcheong аймагындагы жалпы 2300 жазуу өлкө боюнча жалпы сандын болжол менен %48ин түзгөн. Аймакта зыян жазууларынын көп болушу жана ар түрдүү токой-алап түзүлүштөрүнүн камтылышы изилдөө аймагын тандоонун негизги себеби болгон.

Chungcheong жалаң бийик тоолордон турган бир тектүү топография эмес. Аймакта салыштырмалуу жапыз тоолор, адырлуу жерлер, жумшак этектер, алаптар жана дарыя коридорлорун бойлой түздүктөр чогуу кездешет. Бул гетерогендүү геоморфология эңкейиштин үзүлүшү, жер үстүндөгү агым, өзөн байланышы, чөкмө ташуу жана төмөнкү алаптагы зыяндын ар кандай мейкиндик формаларын жаратышына шарт түзөт.

Жер көчкү зыянынын полигондорун классификациялоо

Изилдөөдө 2022–2024-жылдардагы жер көчкү зыянынын инвентарынан тоо токой алаптары менен дал келген жалпы 1809 зыян полигону алынган. Алардын 1159у топтолуу зонасында, 583ү эңкейиш зонасында жана 67си өз алдынча зонада классификацияланган.

Бул жерде маанилүү айырма бар. Топтолуу зоналарында зыян полигондорунун жалпы саны эң көп болгону менен, аянт бирдигине туура келген полигон жыштыгы эңкейиш зоналарында жогору. Демек, “эң чоң зыян аянты” менен “аянт бирдигине эң көп зыян полигону” бир эле түшүнүк эмес.

Токой алабынын картасы кантип түзүлгөн?

Изилдөөдө Түштүк Кореянын National Institute of Forest Science мекемеси 2021-жылы даярдаган Forest Watershed Map колдонулган. Алаптарды классификациялоонун негизинде 5 m ажыратуучулуктагы DEM, топографиялык агым багыттары, агымдын топтолушу, өзөн тармагы, токой чек аралары жана мейкиндик коңшулук байланыштары жатат.

DEMдеги чуңкурлар толтурулгандан кийин агым багыты жана агымдын топтолушу эсептелген. Өзөн тармагы үчүн минималдуу салым кошуучу аянт 5 ha катары колдонулган. Өзөн тармагы токой чек арасы менен кесилишкен чекиттер топтолуу алаптарынын мүмкүн болгон чыгыштары катары бааланып, бир эле өзөндө бир нече чекит болсо эң төмөн агым чекити тандалган. Токой аянты 3 ha же андан чоң болгон ылайыктуу алаптар топтолуу зонасы катары чектелген.

Топтолуу зоналары бөлүнүп алынгандан кийин калган токой аймагы өзөн тармагына ылайык оң жана сол эңкейиш бирдиктерине бөлүнүп, топтолуу зоналарына жанаша бөлүктөр эңкейиш зонасы катары классификацияланган. Топтолуу же эңкейиш зоналарына коңшу эмес, мейкиндик жагынан обочолонгон токой бөлүктөрү өз алдынча зона деп аныкталган.

Зыян аянтынын формасы кантип өлчөнгөн?

Изилдөө ар бир жер көчкү полигону үчүн аянтты, периметрди, узундукту, туураны жана созулуу катышын эсептеген. Аянт зыян ээлеген мейкиндик бетин, периметр полигон чек арасынын жалпы узундугун, узундук негизги өнүгүү багытындагы өлчөмдү, туура болсо ага тик болгон туурасынан өлчөмдү билдирет.

Туура эмес формадагы жер көчкү полигондорунда чыгыш-батыш же түндүк-түштүк координата аралыктарын гана колдонуу жаңылыштыкка алып келиши мүмкүн болгондуктан, изилдөөчүлөр Oriented Minimum Bounding Box (OMBB) ыкмасын колдонгон. OMBB полигонду толугу менен камтыган минималдуу аянттагы бурулган тик төрт бурчту аныктайт. Бул тик төрт бурчтун узун тарабы жер көчкүнүн узундугу, кыска тарабы туурасы катары алынган.

Созулуу катышы булакта узундуктун туурага катышы катары аныкталган:

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

Бул жерде \(ER\) созулуу катышын, \(L\) OMBBнин узун тарабын, ал эми \(W\) кыска тарабын билдирет. Маани чоңойгон сайын зыян полигону бир багытта көбүрөөк созулган деп кабыл алынат. Бирок изилдөө жыйынтыктарында созулуу катышы аянт жана өлчөм көрсөткүчтөрүндөй күчтүү алап-түр айырмасын көрсөткөн эмес.

Зыян масштабындагы айырма канчалык чоң болгон?

Levene тести беш көрсөткүчтүн баарында дисперсиялардын теңдиги жөнүндөгү божомол аткарылбаганын көрсөткөн. Ошондуктан классикалык бир факторлуу ANOVAнын ордуна Welch ANOVA, жуптук топ салыштыруулары үчүн Games–Howell post hoc тести колдонулган. Аянт, периметр, туура жана узундук боюнча тартип статистикалык жактан топтолуу зонасы > эңкейиш зонасы > өз алдынча зона түрүндө болуп, баары үчүн \(p<0{,}001\) деп билдирилген.

Таасир өлчөмүнүн жыйынтыктары да айырма чоң тандалмадан гана келип чыккан статистикалык көрүнүш эмес экенин колдойт. Аянт, периметр, туура жана узундук үчүн \(\omega^2\) маанилери 0,14төн жогору жана булакта колдонулган классификация боюнча чоң таасирге туура келет. Созулуу катышынын \(\omega^2=0{,}029\) мааниси болсо кичине таасир; Games–Howell жыйынтыгында топтор так ажыраган эмес.

Топтолуу зоналарында зыян эмне үчүн кеңири болушу мүмкүн?

Изилдөөнүн процесске негизделген чечмелөөсү топтолуу зоналарындагы агымдын жакындашуусуна көңүл бурат. Жер үстүндөгү жана жер астындагы суу жалпы чыгыштарга жана өзөн каналдарына карай топтолгондо, жаан-чачын учурунда суу менен чөкмөнүн кыймыл жолдору бири-бирине байланышы мүмкүн. Үзүлгөн эңкейиш материалы каналга жеткенде төмөн агымга ташылуу жана айрым шарттарда сел сымал чөкмө ташуу процесстерине айлануу потенциалы өсүшү мүмкүн.

Бул механизм изилдөөдө убакыт боюнча жогорку ажыратуучулуктагы чөкмө ташуу эксперименти менен түздөн-түз өлчөнгөн эмес. Изилдөөчүлөрдүн чечмелөөсү байкалган ири зыян полигондору менен гидрологиялык-геоморфологиялык байланыштуулук боюнча адабияттарды бирге баалоого негизделет. Ошондуктан “топтолуу зонасында болуу сөзсүз чоң жер көчкүгө себеп болот” деген себептик жыйынтык чыгарууга болбойт.

Эңкейиш жана өз алдынча зоналардын айырмасы

Эңкейиш зоналары аралык түзүлүштү көрсөткөн. Зыяндын өлчөмдөрү топтолуу зоналарынан кичине, өз алдынча зоналардан чоң. Изилдөөчүлөр муну өзөн-тармак байланышы топтолуу зоналарына караганда алсызыраак, бирок өз алдынча зоналарга караганда күчтүүрөөк болушу менен байланыштырышат.

Өз алдынча зоналарда зыяндын аянты, периметри, туурасы жана узундугу эң төмөн орточо маанилерге ээ. Булактын чечмелөөсүнө ылайык, негизги агым жолдоруна начар байланыш бузулган материалдын алыскы аралыкка төмөн агым боюнча өтүшүн чектеши мүмкүн. Ошентсе да өз алдынча зоналар “жер көчкү жагынан коопсуз” деп классификацияланган эмес; жергиликтүү эңкейиш жана рельеф шарттары бул зоналарда да маанилүү.

Random Forest менен SHAP бул изилдөөдө бири-биринен айырмаланып эмне кылат?

Random Forest алаптарды 13 экологиялык өзгөрмөгө жараша жер көчкү зыяны катталган же катталбаган деп классификациялаган көп дарактуу машиналык үйрөнүү модели; SHAP болсо үйрөтүлгөн моделдин божомолдоруна кайсы өзгөрмөлөр канчалык жана кайсы багытта салым кошконун түшүндүрүү үчүн колдонулган интерпретация ыкмасы.

Random Forest эмне үчүн тандалган?

Жер көчкүнүн пайда болушуна топография, топурак, геология, токой түзүлүшү жана алап морфометриясынын сызыктуу эмес өз ара аракеттенүүлөрү таасир этиши мүмкүн. Random Forest көптөгөн чечим дарактарын бириктирген жана ар бир даракта байкоолор менен өзгөрмөлөрдүн кичи тандалмаларын колдонгон ансамблдик үйрөнүү ыкмасы. Бул түзүлүш сызыктуу байланыш божомолун талап кылбастан үзгүлтүксүз жана категориялык өзгөрмөлөрдү бирге колдонууга мүмкүндүк берет.

Изилдөө Random Forestту божомолдоо үчүн гана колдонгон эмес. Моделди SHAP аркылуу чечмелөө мүмкүнчүлүгү ар түрдүү алап түрлөрүндө кайсы өзгөрмөлөр классификацияга салым кошорун изилдөө үчүн ыкманы тандоонун маанилүү себептеринин бири болгон.

SHAP эмнени көрсөтөт, эмнени көрсөтпөйт?

SHAP бир өзгөрмөнүн белгилүү бир модель божомолун моделдин базалык күтүүсүнө салыштырмалуу канчалык өзгөрткөнүн Shapley маанилери аркылуу түшүндүрөт. Бул изилдөөдө оң SHAP мааниси тиешелүү өзгөрмө божомолду “жер көчкү зыяны катталган алап” классына, ал эми терс маани “зыян катталбаган алап” классына карай жылдырганын билдирет.

SHAP мааниси физикалык күч, себептик коэффициент же жер көчкүнүн реалдуу дүйнөдөгү өз алдынча таасири эмес. Өзгөрмөнүн SHAP маанилүүлүгүнүн жогору болушу модель ошол өзгөрмөдөн классификациялык маалымат алып жатканын билдирет. Айрыкча алап аянты сыяктуу талдоо бирдигинин өлчөмү менен да байланышкан өзгөрмөлөрдө бул айырма өтө маанилүү.

Моделге кайсы экологиялык өзгөрмөлөр киргизилген?

Жалпы 13 өзгөрмө колдонулган. Үзгүлтүксүз өзгөрмөлөр: Topographic Wetness Index (TWI), эңкейиштин тиктиги, ийрилик, эңкейиштин узундугу, бийиктик, топурактын тереңдиги, алаптын аянты, рельеф жана hypsometric integral (HI); категориялык өзгөрмөлөр: экспозиция, токой түрү, DBH классы жана түпкү тоо тектеринин түрү.

TWI үчүн булакта колдонулган туюнтма:

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

түрүндө. \(A_{\mathrm{upslope}}\) жогору эңкейиштен салым кошкон аянтты, \(\beta\) эңкейиш бурчун билдирет. TWI топографиялык түзүлүштүн суунун топтолушуна ыңгайлуулугун көрсөткөн индекс; изилдөөдө жаан-чачындын көлөмүнүн ордуна колдонулган эмес.

Ал эми hypsometric integral:

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

деп аныкталган. Бул жерде \(\bar{z}\) орточо бийиктикти, \(z_{\min}\) минималдуу бийиктикти, рельеф болсо максималдуу жана минималдуу бийиктиктин айырмасын билдирет. HI — алаптагы бийиктиктердин бөлүштүрүлүшүнүн морфометриялык жыйынтык көрсөткүчү.

DBH классы эмнени билдирет?

DBH дарактардын көкүрөк бийиктигиндеги диаметр классын билдирген категориялык токой түзүлүшү өзгөрмөсү. Булак маалымат топтомунда класстар көчөт/жаш класс (<6 cm), кичине диаметрлүү (6–16 cm), орто диаметрлүү (18–28 cm) жана чоң диаметрлүү (≥30 cm) деп аныкталган.

Изилдөөдө, айрыкча топтолуу жана эңкейиш зоналарында, кичине DBH класстары оң SHAP салымдары менен, орто жана чоң класстар болсо көбүрөөк терс салымдар менен байланышкан. Бирок авторлор DBH классы тамырлардын бекемдөө таасирин түздөн-түз өлчөбөй турганын өзгөчө белгилешет. DBH дарактын жашы, түр курамы, токойдун жыштыгы, топурактын өнүгүшү жана мурунку токой башкаруусу менен бирге өзгөрүшү мүмкүн болгон прокси өзгөрмө.

Изилдөөнүн ыкмасы жана жыйынтыктары

Жер көчкү болгон жана болбогон алап үлгүлөрү кантип түзүлгөн?

Ар бир жер көчкү зыянынын полигонунун ичиндеги өкүлчүлүк чекити колдонулуп, ошол чекитти камтыган алап “жер көчкү зыяны катталган алап” деп классификацияланган. Бир эле алаптын ичинде бир нече зыян полигону болушу мүмкүн болгондуктан, 1809 полигондун саны машиналык үйрөнүүдө колдонулган жер көчкү болгон алаптардын санына барабар эмес.

Потенциалдуу жер көчкү болбогон алаптардын ичинен жер көчкү болгон алаптардан 500 m айланасындагы талапкерлер чыгарылып салынган. Максат — бири-бирине өтө жакын оң жана терс үлгүлөр бирдей экологиялык шарттарды бөлүшкөндүктөн пайда болушу мүмкүн болгон мейкиндик жакындык таасирин азайтуу.

Андан кийин класстардын тең салмаксыздыгын чектөө үчүн ар бир алап түрүндө жер көчкү болгон жана болбогон үлгүлөр 1:1 катышында түзүлгөн. Chungcheongnam-do, Chungcheongbuk-do, Daejeon жана Sejong административдик аймактары боюнча катмарланган тандоо колдонулуп, аймактык өкүлчүлүктү сактоого аракет жасалган.

Киргизүү маалыматтары кайсы мейкиндик масштабында иштетилген?

TWI, эңкейиштин тиктиги, ийрилик, эңкейиштин узундугу, бийиктик, рельеф, HI жана экспозиция 1:5000 масштабдагы National Digital Topographic Map булагындагы 10 m DEMден алынган. Топурактын тереңдиги 1:25.000 National Forest Soil Mapтан, токой түрү жана DBH классы 1:5000 National Forest Type Mapтан, ал эми түпкү тоо тектеринин түрү 1:50.000 National Geologic Mapтан алынган.

Ар башка ажыратуучулуктагы жана форматтагы маалыматтар жалпы талдоо үчүн 10 m × 10 m уячаларга айландырылган. TWI, эңкейиш, ийрилик, эңкейиштин узундугу, бийиктик жана топурак тереңдиги сыяктуу үзгүлтүксүз өзгөрмөлөр үчүн алап ичиндеги уячалардын орточо мааниси; экспозиция, токой түрү, DBH жана түпкү тоо тек сыяктуу категориялык өзгөрмөлөр үчүн алап ичиндеги эң көп кездешкен категория колдонулган. Алаптын аянты, рельеф жана HI түздөн-түз алап геометриясынан эсептелген.

Бул иштетүү ар бир алапты бир машиналык үйрөнүү үлгүсүнө айлантат. Бирок ошол эле учурда өтө тик кичине тилке же өтө тайыз жергиликтүү топурак катмары сыяктуу экстремалдуу шарттарды орточо мааниде жумшартып коюшу мүмкүн. Ошондуктан алаптын орточо маанилерин өзүнчө үзүлүү чекитинин түз жергиликтүү туруктуулук параметрлери катары чечмелөөгө болбойт.

Мультиколлинеардуулукту текшерүү

Үзгүлтүксүз өзгөрмөлөрдүн ортосундагы сызыктуу байланыштар Pearson корреляция коэффициенти менен изилденип, \(|r|>0{,}7\) жогорку корреляция критерийи катары колдонулган. Үзгүлтүксүз өзгөрмөлөрдүн эч бир жупу бул чектен ашкан эмес.

Дисперсиянын инфляция фактору (VIF) боюнча да бардык маанилер 10дон төмөн болгон. Эң жогорку VIF рельеф үчүн 3,903, андан кийин эңкейиштин тиктиги үчүн 3,539, TWI үчүн 2,375 жана бийиктик үчүн 2,151 болгон. Алап аянтынын VIF мааниси 1,664. Ошентип тогуз үзгүлтүксүз өзгөрмөнүн баары моделге киргизилген.

Random Forest кантип үйрөтүлүп жана текшерилген?

Ар бир алап түрү үчүн өзүнчө Random Forest модели түзүлгөн. Ишке ашыруу R 4.5.1де ranger пакети менен жүргүзүлгөн. Моделде 2000 чечим дарагы колдонулуп, ар бир түйүндөгү талапкер бөлүү өзгөрмөлөрүнүн саны \(mtry=2\) деп белгиленген. Ар бир дарак окутуу маалыматтарынын %70и менен, кайра коюусуз кичи тандоо аркылуу түзүлгөн; башкача айтканда sample.fraction = 0.7 жана replace = FALSE жөндөөлөрү колдонулган.

Модель көрсөткүчү кайталанган катмарланган 5 бөлүктүү кайчылаш текшерүү аркылуу өлчөнгөн. Ар бир кайталоодо маалымат беш бөлүккө бөлүнүп, төрт бөлүк окутууга жана бир бөлүк held-out текшерүүгө колдонулган. Процесс 10 жолу кайталангандыктан ар бир алап түрү үчүн жалпы 50 окутуу–текшерүү комбинациясы түзүлгөн.

Катмарлоо жер көчкү абалы боюнча жүргүзүлүп, оң/терс үлгүлөрдүн катышын ар бир fold ичинде сактоо максат кылынган. Модель гиперпараметрлери бардык foldдордо туруктуу кармалып, held-out текшерүү маалыматтары боюнча кошумча гиперпараметр оптималдаштыруу жүргүзүлгөн эмес.

Модель көрсөткүчү

Топтолуу жана эңкейиш моделдери булакта орточо деңгээлдеги айырмалоочу көрсөткүч катары чечмеленген. Өз алдынча зонанын AUC мааниси жогору көрүнгөнү менен жалпысы 124 модель үлгүсү гана бар. Бир нече үлгүнүн классификация жыйынтыгы көрсөткүчтөргө көбүрөөк таасир эте алгандыктан, өз алдынча зонадагы жыйынтык кең масштабдагы жалпылоого болуучулуктун көрсөткүчү катары эсептелген эмес.

Мындан тышкары, текшерүү ошол эле изилдөө аймагындагы held-out foldдор аркылуу жүргүзүлгөн. Башка аймактан алынган өз алдынча тышкы текшерүү маалымат топтому жок. Ошондуктан бул көрсөткүчтөр моделдин башка өлкөлөрдө же башка мезгилдерде канчалык ийгиликтүү болорун түздөн-түз көрсөтпөйт.

SHAP нөлдүк өтүү маанилери жер көчкү үчүн физикалык босогобу?

Жок. Изилдөөдөгү SHAP нөлдүк өтүүлөрү LOESS ийри сызыгы терс SHAP салымынан оң салымга өткөн маалыматка жана моделге көз каранды эмпирикалык таяныч чекиттер; авторлор аларды универсалдуу физикалык босоголор, жаан-чачын босоголору же түз башкаруу критерийлери катары колдонбоо керектигин ачык белгилешет.

SHAP кантип эсептелген?

SHAP талдоосу Rдеги fastshap пакети менен жүргүзүлгөн. Ар бир кайчылаш текшерүү комбинациясында модель окутуу foldдорунда үйрөтүлүп, SHAP маанилери held-out fold үлгүлөрү үчүн гана эсептелген. Окутуу foldдору SHAP фондук маалыматы катары колдонулган.

Жалпы маанилүүлүк ар бир өзгөрмөнүн орточо абсолюттук SHAP мааниси менен жыйынтыкталган. Белги болсо божомол багытын билдирген: оң SHAP жер көчкү болгон класска, терс SHAP жер көчкү болбогон класска карай салымды көрсөтөт.

Ар бир алап түрү үчүн өзүнчө модель курулгандыктан, ар башка алап түрлөрүндөгү абсолюттук SHAP чоңдуктарын түздөн-түз салыштыруу туура эмес. Изилдөө негизинен ар бир моделдин ичиндеги маанилүүлүк тартибине, салымдын багытына жана көз карандылык үлгүлөрүнө көңүл бурган.

Толук моделдерде кайсы факторлор алдыга чыккан?

Эңкейиш зонасы үчүн булакта орточо абсолюттук SHAP маанилери алап аянты 0,063, эңкейиштин тиктиги 0,040 жана DBH классы 0,039 деп берилген. Өз алдынча зонада алап аянты 0,083, рельеф 0,079 жана эңкейиштин тиктиги 0,049.

Топтолуу зонасында алап аянты 0,093 жана рельеф 0,038 менен жогорку орундарда. Бирок булак тексти менен 5-сүрөттөгү DBH жана эңкейиш узундугунун SHAP белгилеринин ортосунда сандык дал келбестик болгондуктан, бул эки өзгөрмө үчүн бир гана так маани бул Verianla макаласында мажбурлап берилген эмес.

Алаптын аянты чындап эле баарын түшүндүрөбү?

Изилдөөчүлөр алап аянты физикалык мааниси бар морфометриялык өзгөрмө да, талдоо бирдигинин көлөмүн көрсөткөн потенциалдуу масштаб таасири да болушу мүмкүн экенин эске алып, өзүнчө сезгичтик талдоосун жүргүзүшкөн. Үч модель салыштырылган: 13 өзгөрмөнүн баарын камтыган толук модель, алап аянтын алып салган модель жана алап аянтын гана колдонгон модель.

Алап аянтын алып салуу бардык моделдерде AUCти төмөндөткөн; бирок төмөндөө чектелүү: топтолуу зонасында 0,017, эңкейиш зонасында 0,029 жана өз алдынча зонада 0,009. Толук моделдер бардык алап түрлөрүндө эң жакшы көрсөткүч берген. Бул табылга алап аянты маанилүү маалымат алып жүрөрүн, бирок классификация алаптын көлөмүнө гана таянбаганын колдойт.

Алап аянты алынып салынганда кайсы өзгөрмөлөр калган?

Алап аянты чыгарылганда топтолуу зоналарында рельеф жана эңкейиштин узундугу жогорку орундарда калган; ийрилик менен DBH классы да маанилүү модель маалыматын берген. Эңкейиш зоналарында эңкейиштин тиктиги, DBH классы жана рельеф эң айкын факторлор. Өз алдынча зоналарда болсо рельеф менен эңкейиштин тиктиги күчтүү түрдө алдыга чыккан.

Бул жыйынтык үч алап түрүнө бирдей “бир факторлуу” түшүндүрмө колдонууга болбой турганын колдойт. Топтолуу зоналарында агым жолун жана чөкмө байланышын көрсөткөн алап морфометриясы; эңкейиш зоналарында жергиликтүү туруктуулук жана токой түзүлүшү; өз алдынча зоналарда болсо жергиликтүү рельеф менен эңкейиш көбүрөөк байкалат.

SHAP көз карандылык үлгүлөрү

Изилдөө маанилүү үзгүлтүксүз өзгөрмөлөрдүн SHAP көз карандылык графиктерине LOESS ийри сызыгын ылайыкташтырып, терс салымдан оң салымга болгон биринчи өтүүнү эмпирикалык нөлдүк өтүү катары аныктаган. Бул маанилердеги белгисиздик 100 катмарланган bootstrap кайра тандоо аркылуу %95 ишеним аралыгы менен берилген.

DBH классы үзгүлтүксүз өзгөрмө болбогондуктан, ал үчүн ушундай эле физикалык нөлдүк өтүү босогосу эсептелген эмес. Топтолуу жана эңкейиш моделдериндеги SHAP бөлүштүрүүлөрүндө көчөт жана кичине диаметр класстары көбүрөөк оң, орто жана чоң диаметр класстары көбүрөөк терс салым көрсөтүшү модель үлгүсү катары чечмеленген.

Токой башкаруусу жагынан чечмелөө

Топтолуу зоналарында башкаруу үзүлүү чекитин гана эмес, өзөн каналдарына байланышты, чөкмө кыймылынын жолдорун, каналдын бүтөлүү ыктымалдыгын жана төмөнкү алаптагы тобокел алдындагы элементтерди да баалашы керек. Чоң алап аянты, жогорку рельеф жана узун агым жолдору чогуу кездешкен топтолуу аймактары кененирээк изилдөө үчүн артыкчылыктуу болушу мүмкүн; бирок SHAP нөлдүк өтүүлөрү түздөн-түз административдик чек катары колдонулбашы керек.

Эңкейиш зоналарында жергиликтүү эңкейиштин тиктигин, рельефти, топурак шарттарын жана токой түзүлүшүн чогуу баалоо ылайыктуураак. Токой жолдору, казма-төкмө эңкейиштер жана объекттерге жанаша тик эңкейиштер өзгөчө мааниге ээ болушу мүмкүн. DBH классы жалгыз өзү башкаруу чечимин кабыл алууга жетишсиз; аны түр, жаш, токойдун жыштыгы жана тамыр өзгөчөлүктөрү сыяктуу түз өзгөрмөлөр менен бирге баалоо керек.

Өз алдынча зоналарда зыяндын төмөнкү алапка алыскы аралыкта жайылышы чектелүүрөөк болушу мүмкүн болсо да, жергиликтүү тик эңкейиштер жана түз таасирге дуушар болгон токой жолдору же объекттер көз жаздымда калбашы керек. Булак өзгөчө өз алдынча зонадагы үлгү саны аз болгондуктан, бул класс боюнча башкаруу чечмелөөлөрүн кошумча маалыматтар менен бекемдөөнү сунуштайт.

Изилдөө колдогон чечмелөө

Маалыматтар токой алабынын гидрологиялык-геоморфологиялык контексти жер көчкү зыянынын полигондорунун масштабы менен байланыштуу экенин; зыяндын аянты, периметри, узундугу жана туурасы топтолуу зоналарынан өз алдынча зоналарга карай азаярын көрсөтөт. Random Forest жана SHAP жыйынтыктары да модель колдонгон таасир этүүчү факторлор алап түрүнө жараша бирдей эмес экенин колдойт.

Алап аянты жалпы күчтүү модель өзгөрмөсү, бирок сезгичтик талдоосу анын өзү гана жетишсиз экенин көрсөтөт. Ошондуктан топография, токой түзүлүшү, топурак жана геология сыяктуу башка өзгөрмөлөр көз жаздымда калбашы керек.

Изилдөө колдобогон чечмелөө

Изилдөө SHAP маанилүүлүк тартиби физикалык себептүүлүктү далилдейт деп көрсөтпөйт. Жогорку SHAP мааниси өзгөрмө модель божомолу үчүн маалымат алып жүргөнүн көрсөтөт; бул “бул өзгөрмө жер көчкүгө ушунча өлчөмдө себеп болду” дегенди билдирбейт.

Изилдөө окуяга негизделген жаан-чачын интенсивдүүлүгүнүн же узактыгынын босогосун чыгарбайт. Жаан-чачын интенсивдүүлүгү, жаан-чачын узактыгы жана окуя боюнча жалпы жаан-чачын моделге киргизилген эмес. Ошондуктан жыйынтыктарды жаан-чачын козгоо босоголорун аныктоо үчүн колдонууга болбойт.

Изилдөө өз алдынча тышкы аймакта текшерилген улуттук же универсалдуу жер көчкү божомол системасы эмес. Модель баалоосу Chungcheong ичиндеги кайчылаш текшерүү foldдоруна негизделет.

“Жер көчкү болбогон алап” белгиси геологиялык жактан жер көчкү пайда болбой турган аймак дегенди билдирбейт. Ал 2022–2024 мезгилинде колдонулган зыян инвентарында жер көчкү зыяны катталбаган алаптарды гана билдирет.

Чектөөлөр жана келечекте аткарылышы керек болгон иштер

Биринчи чектөө — географиялык жана убакыттык камтуу. Маалымат Chungcheong аймагына жана 2022–2024 мезгилине гана тиешелүү; жыйынтыктар ошол мезгилдеги жаан-чачын, жер, токой жана зыянды каттоо системасынан таасир алышы мүмкүн. Ар башка аймактар жана узагыраак мезгилдер колдонулуп, алап түрүнө мүнөздүү үлгүлөр кайталанабы же жокпу текшерилиши керек.

Экинчи чектөө — жаан-чачын маалыматы. Ар бир жер көчкү полигонунун так пайда болуу убактысы жана кайсы жаан-чачын окуясына тиешелүү экени ишенимдүү аныкталбагандыктан, жаан-чачын интенсивдүүлүгү, узактыгы жана окуя боюнча суммасы моделге киргизилген эмес. Келечекте окуяга негизделген жаан-чачын, топурак нымдуулугу жана жер астындагы суу маалыматтары менен процессти түз текшерүү зарыл.

Үчүнчү чектөө — терс үлгүнүн аныктамасы. Зыян катталбаган алаптар чындап эле жер көчкү болбогон алаптар болбошу мүмкүн; айрым окуялар изилденбей же зыян инвентарына кирбей калышы мүмкүн. Булак кененирээк талаа изилдөөлөрү менен үзүлүү зонасын, ташылуу жолун жана чөгүү зонасын өзүнчө аныктаган инвентарларды сунуштайт.

Төртүнчү чектөө — алаптын орточо маанилери жергиликтүү гетерогендүүлүктү азайтышы. Орточо эңкейиштин тиктиги, топурак тереңдиги же токой түзүлүшү алап ичиндеги өтө тик, өтө тайыз же өзгөчө чуңкур кичине аймактарды жашырып коюшу мүмкүн. Жогорку процентилдер, экстремалдуу маанилер, мейкиндик өзгөрмөлүүлүк, жогорку ажыратуучулуктагы DEM көрсөткүчтөрү жана өзөнгө чейинки аралык сыяктуу кошумча көрсөткүчтөр келечекте бааланышы мүмкүн.

Бешинчи чектөө — тышкы текшерүүнүн жоктугу. Кайталанган кайчылаш текшерүү бир аймактын ичиндеги модель туруктуулугун өлчөйт; толук spatial block cross-validation же башка аймактарда өз алдынча текшерүү жүргүзүлгөн эмес. Айрыкча өз алдынча зона модели үчүн үлгү саны аз.

Акырында, токой түрү жана DBH классы тамырлардын бекемдөө таасирин түздөн-түз өлчөбөйт. Келечектеги изилдөөлөрдө дарак түрү, токойдун жашы, диаметрдин бөлүштүрүлүшү, токойдун жыштыгы, тамырдын созулуу бекемдиги, топурактын физикалык касиеттери жана токой башкаруусунун тарыхы сыяктуу өзгөрмөлөрдү кошуу сунушталат.

Булак жана ыкма жөнүндө эскертүү

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

Авторлор: Jaejeong Kim; Dongyeob Kim.

Жооптуу автор: Dongyeob Kim.

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

Журнал: Forests.

Басма: MDPI, Basel, Switzerland.

Жарыялоо маалыматы: Forests 2026, 17(9), 1063.

DOI: 10.3390/f17091063.

Жарыяланган күнү: 6 сентябрь 2026.

Макаланын тарыхы: Келип түшкөн 13 август 2026; кайра каралган 1 сентябрь 2026; кабыл алынган 4 сентябрь 2026.

Булак түрү: Рецензияланган, ачык жеткиликтүү түпнуска изилдөө макаласы; мейкиндиктик зыян талдоосу, статистикалык салыштыруу, Random Forest классификациясы жана SHAP негизиндеги түшүндүрүлүүчү машиналык үйрөнүү.

Лицензия: Creative Commons Attribution (CC BY 4.0). Автордук укук авторлорго таандык.

Изилдөө аймагы: Chungcheongnam-do, Chungcheongbuk-do, Daejeon Metropolitan City жана Sejong Special Self-Governing City аймактарын камтыган Chungcheong аймагы, Republic of Korea.

Изилдөө мезгили: 2022–2024 жер көчкү зыянынын инвентары.

Негизги маалымат: Тоо токой алаптары менен дал келген 1809 жер көчкү зыянынын полигону.

Алап түрлөрү: Топтолуу зонасы (catchment zone), эңкейиш зонасы (slope zone), өз алдынча зона (independent zone).

Статистикалык программа: R 4.5.1.

Статистикалык маанилүүлүк: α = 0,05.

Топторду салыштыруу: Levene тестинен кийин дисперсиялардын бир тектүүлүгү камсыз болбогондуктан Welch ANOVA жана Games–Howell post hoc тести; таасир өлчөмү үчүн omega squared (ω²).

Машиналык үйрөнүү: R ranger пакети; 2000 дарак, mtry = 2, sample.fraction = 0.7, replace = FALSE.

Текшерүү: 10 жолу кайталанган катмарланган 5 бөлүктүү кайчылаш текшерүү; ар бир алап түрү үчүн 50 окутуу–held-out текшерүү комбинациясы.

Модель көрсөткүчтөрү: AUC, Cohen's kappa, F1-score, accuracy жана precision.

SHAP: R fastshap пакети; held-out fold үлгүлөрүнө SHAP эсептөө, орточо абсолюттук SHAP менен глобалдык маанилүүлүк, LOESS көз карандылык ийри сызыктары жана 100 bootstrap тандоосу менен эмпирикалык нөлдүк өтүүлөрдүн %95 ишеним аралыктары.

Каржылоо: Korea Forest Service / Korea Forestry Promotion Institute, Forest Science Technology R&D программасы; долбоор RS-2025-02213492.

Маалыматтын жеткиликтүүлүгү: Жер көчкү зыянынын инвентары жана мамлекеттик мекемелерден алынган географиялык маалымат топтомдору кайра бөлүштүрүү чектөөлөрүнө жатат; жеткиликтүүлүк сурамдары түпкү маалымат берүүчүлөргө багытталышы керек.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышы жок экенин билдиришкен.

Жасалма интеллектти колдонуу жөнүндө билдирүү: Авторлор макаланын түпнуска долбоорун карап чыгуу жана англис тилин редакциялоо үчүн ChatGPT GPT-5.5 Thinking колдонушканын; натыйжаны өздөрү карап чыгып, түзөтүшкөнүн жана жарыяланган мазмун үчүн жоопкерчиликти өзүнө алышканын билдиришкен.

Авторлордун салымы: Jaejeong Kim жана Dongyeob Kim концептуалдаштыруу жана методологияга салым кошкон. Jaejeong Kim программалык камсыздоо, текшерүү, формалдуу талдоо, маалыматтарды курациялоо, түпнуска долбоор жана визуалдаштырууну жүргүзгөн. Dongyeob Kim карап чыгуу/редакциялоо, кеңеш берүү, долбоорду башкаруу жана каржылоону алуу үчүн жооптуу болгон.

Негизги чечмелөө чеги: Изилдөө окуяга негизделген жаан-чачын козгоо моделин же универсалдуу физикалык жер көчкү босогосун түзбөйт. Random Forest жана SHAP жыйынтыктары изилдөө аймагындагы мейкиндик үлгү үчүн ички текшерүү жана моделди түшүндүрүү мүнөзүндө; алар себептүүлүктүн же башка аймактарга түз жалпылоого болуучулуктун далили эмес.

Булак ичиндеги дал келбестик жөнүндө эскертүү: 7-таблица топтолуу зонасындагы алап-аянты-гана моделинин AUC маанисин 0,638 деп берет, ошол эле бөлүмдүн түшүндүрмө текстинде болсо 0,683 деп көрсөтүлгөн. Мындан тышкары, топтолуу зонасы үчүн 5-сүрөттөгү DBH классы жана эңкейиш узундугунун SHAP белгилери менен түшүндүрмө текстиндеги айрым сандар толук дал келбейт. Бул маанилер Verianla тарабынан божомол жолу менен шайкештештирилген эмес.