تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

بررسی کارایی مدل های EPM و MPSIAC در تعیین وضعیت فرسایش حوزه آبخیز شهریاری

نویسندگان
رضا بیات
محمود عرب خدری
سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی
10.29252/jsaeh.7.3.1
چکیده
اطلاعات محدودی از دقت نقشه­­ی فرسایش آبی به‌عنوان یکی از عوامل مهم تهدیدکننده منابع خاک وجود دارد. به این منظور، ارزیابی صحت و نحوه پراکنش طبقات فرسایش حاصل از مدل­های EPM و MPSIAC در مقایسه با مدل BLM به­عنوان مقادیر واقعیت زمینی در حوزه آبخیز شهریاری در این پژوهش انجام شد. ابتدا آمار و اطلاعات موردنیاز مدل­های MPSIAC، EPM و BLM برای دست‌یابی به وضعیت فرسایش حوضه­ جمع­آوری و به کمک نرم‌افزار ARC/GIS9.3 نقشه­های طبقات فرسایش تهیه و با نقشه واقعیت زمینی تلاقی داده شدند. همچنین یک نقشه نقطه­ای حاوی 1400 نقطه تصادفی برای نمونه­برداری از نقشه­های حاصل از مدل­ها تهیه و بر اساس این نقشه، میزان هر یک از شاخص­های آماری RMSE،RRMSE ،MAE ، MBE، NSE، CD، CRM و MSE محاسبه شد. برای بررسی دقت و صحت مکانی نقشه­های طبقات فرسایش حاصل از مدل­ها ماتریس خطا و ضریب توافق کاپا، صحت کلی، صحت تولیدکننده و صحت کاربر تهیه شد. نتایج فرسایش حاصل از مدل­ها نشان داد که میانگین شدت فرسایش در مدل MPSIAC، 589 و در مدل EPM، 287 مترمکعب بر کیلومترمربع در سال برآورد شد که وضعیت فرسایش حوضه با کمک مدل MPSIAC، زیاد و مدل EPM، شرایط متوسطی را برآورد شده است. بررسی شاخص­های آماری فوق­الذکر نشان می­دهد که میزان تطابق طبقات فرسایش مدل MPSIAC با خروجی BLM (به‌عنوان نقشه واقعیت زمینی) بیشتر از مدل EPM است. همچنین نتایج ارزیابی صحت مدل­های MPSIAC و EPM نیز نشان داد که مقدار ضریب کاپا در مدل MPSIAC بیشتر از مدل EPM است.
کلیدواژه‌ها
ضریب کاپا
دقت طبقات فرسایش
BLM
شهریاری
دقت مکانی
MPSIAC

عنوان مقاله English

Performance evaluation of EPM and MPSIAC Models for determination of Erosion Status of Shahriari Watershed

نویسندگان English

Reza Bayat
Mahmood Arabkhedri
Education and extension Organization
چکیده English

Soil erosion is one of the most important environmental issues in developing countries, including Iran that there is inaccurate information about its amount and distribution. For this purpose, the accuracy and distribution of erosion classes obtained from EPM and MPSIAC models as compared to BLM as ground truth values were evaluated in Shahriari watershed. First, the required data and information for MPSIAC, EPM and BLM models for basin erosion status was stored in a database. Then, using ARC/GIS9.3 software, erosion class maps were prepared based on each model formula and they have been intersected with the ground-truth map. Also a point map containing 1400 random points was also prepared for sampling the maps obtained from the models. Then, based on random sampling points map, each of the statistical indices of RMSE, RRMSE, MAE, MBE, NSE, CD, CRM and MSE were calculated. Also, to verify the spatial accuracy of the erosion class maps derived from the error matrix models and the Kappa coefficient of agreement, overall accuracy, producer accuracy and user accuracy. The results of the erosion of the models showed that the mean erosion intensity in MPSIAC model was 589 and in EPM model 287 m3/ km2.year that the basin erosion status is estimated to be moderate for the basin with the help of MPSIAC model and EPM model. The analysis of the above statistical indices shows that the RSME, MAE, MBE and MSE statistics in MPSIAC model have lower values. As a result, the MPSIAC model has less error than the EPM model. Overall, the results of the statistical indices showed that the MPSIAC model's erosion classes were more in line with the BLM output (as a ground truth map) than the EPM model. Also the kappa coefficient in MPSIAC is higher than in EPM model. Overall, the results show that the MPSIAC model erosion class maps overlap with the BLM model and in fact with the actual conditions of the area.

کلیدواژه‌ها English

kappa coefficient
Accuracy of erosion classes
Erosion
BLM
Shahriari
Spatial accuracy
MPSIAC
انصاری‌لاری، احمد؛ و مریم انصاری. 1396. ارزیابی خطر فرسایش خاک و پتانسیل رسوب‌دهی حوضه‌ی آبریز گابریک استان هرمزگان با استفاده از مدل EPM. مجله مخاطرات محیط طبیعی، 6(11): 1-14.
بیات، رضا. 1385. بررسی اهمیت عوامل مدل‌های تجربی ‌MPSIAC و EPM در برآورد رسوب. بیابان، 11(1): 65-74.
بهاروند، سیامک؛ و سلمان سوری. 1397. بررسی عوامل مؤثر بر فرسایش‌پذیری حوضه وارک و پهنه‌بندی خطر ان با استفاده از روش EPM. فصلنامه علمی پژوهشی زمین‌شناسی محیط زیست، 12(45):67-77.
پرویزی، یحیی؛ شاهرخ حکیمخانی، همایون حصادی، محمد احمدی و محمد قیطوری. 1391. بررسی کارایی نسخه دامنه مدل فرایندی WEPP در برآورد تلفات خاک در حوزه آبخیز قره‌سو کرمانشاه، گزارش نهایی. پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، تهران.
جعفری، تیمور؛ مهناز ناعمی‌تبار و سید احمد ذاکریان. 1397. ارزیابی کمی فرسایش آبی خاک با مدل EPM (مطالعه‌ی موردی: حوضه‌ی آبخیز بدرانلو). جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، 29(2): 141-158.
جلالی، وحیدرضا؛ و مهدی همایی. 1390. ارائه مدلی غیرپارامتریک برای برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع K- خاک با استفاده از روش نزدیک‌ترین همسایه. نشریه آب‌وخاک، دانشگاه فردوسی مشهد، 25(2): 347-355.
حسینخانی، حسین. 1392. ارزیابی خطر فرسایش و پتانسیل رسوب‌دهی حوضه آبریز سد میانه با استفاده از تکنیک‌های GIS و مدل EPM. فصلنامه زمین‌شناسی ایران، 7(26): 96-87.
خیام، مقصود؛ مصطفی غنمی‌جابر و رسول صمد زاده. 1392. مقایسه کارایی مدل‌های MPSIAC و EPM در برآورد فرسایش و رسوب‌زایی حوضه آبخیز سقزچی چای نمین. دوفصلنامه‌ی ژئومورفولوژی کاربردی ایران، 1: 1-15.
دائم پناه، راضیه؛ غلامحسین حق نیا، امین علیزاده و علیرضا کریمی کارویه.1390. تهیه نقشه شوری و سدیمی خاک سطحی با روش‌های دورسنجی و زمین آماری در جنوب شهرستان مه ولات. نشریه آب‌وخاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 25(3): 508-498.
رفاهی، حسینقلی. 1388. فرسایش آبی و کنترل آن، چاپ ششم. انتشارات دانشگاه تهران، تهران.
عابدینی، موسی؛ و سوسن طولابی. 1396. مدل‌سازی فرسایش خاک و تولید رسوب با سه مدل WEPP، EPM و Fournier در محیط GIS (مطالعه موردی: حوضه آبخیز سولاچای-اردبیل). فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، 32(2): 93-105.
رمضانی، بهمن؛ هدی ابراهیمی و لیلا حق‌پرست‌مژدهی. 1396. نقش پارامترهای محیط طبیعی در میزان فرسایش و تولید رسوب به دو روش MPSIAC و EPM (مطالعه موردی:حوزه آبخیز سد برنجستانک). مهندسی جغرافیایی سرزمین، 1(2):49-59.
شجاعی، شهروز؛ محمدرضا نورا و شهرام حبیبی‌مود. 1397. تخمین میزان رسوب‌دهی و فرسایش با استفاده از مدل‌های تجربی MPSIAC و FSM و روش اندازه‌گیری مستقیم (مطالعه موردی: حوضه‌ی آبخیز گابریک، جنوب شرق ایران). پژوهش‌های فرسایش محیطی، 8(4): 82-100.
شهاب‌آرخازلو، حسین؛ سمیرا زاهد و شکراله اصغری. 1398. مقایسه‌ی دو مدل MPSIAC و MMF در تهیه‌ی نقشه‌ی توزیع فرسایش خاک حوزه آبخیز آق گونی اردبیل. پژوهش‌های فرسایش محیطی، 8(2): 72-88.
عرب‌خدری، محمود. 1384. بررسی رسوب‌دهی معلق حوزه‌های آبخیز ایران. تحقیقات منابع آب ایران، 1(2): 51-60.
عرفانیان، مهدی؛ پریسا قهرمانی و حسین سعادت. 1392. تهیه نقشه خطر پتانسیل خاک با استفاده از منطق فازی در حوزه آبخیز قرناوه گلستان. نشریه علمی پژوهشی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 7(23): 43-52.
عفیفی، محمد ابراهیم. 1396. ارزیابی فرسایش خاک و درجه رسوب‌دهی در حوضه‌ی آبریز نمدان با استفاده از مدل MPSIAC و GIS. فصلنامه جغرافیایی سرزمین، 14(55): 37-57.
قرمزچشمه، باقر؛ رضا بیات. 1386 بررسی اثر توزیعی عوامل موثر در خطای نقشه‌های تولید رسوب مدل‌های EPMو MPSIAC. سومین همایش ملی فرسایش و رسوب.
قضاوی، رضا؛ عباسعلی ولی، یاسر مقامی، ژاله عبدی و سیامک شرفی. 1391. مقایسه مدل‌های M‌PSIAC , EPM و PSIAC در برآورد فرسایش و رسوب با استفاده از GIS. جغرافیا و توسعه، 10(27): 117-126.
قلی‌پوری، شیما؛ پرویز غضنفری، محمود الماسیان و نادر جلالی. 1392. روش‌های کمی و کیفی برآورد فرسایش و رسوب با استفاده از مدل‌های MPSIAC و EPM در حوضه آبخیز ورده (شمال باختری کرج). علوم زمین، 22(88): 145-154.
کاظمی، روح‌اله؛ حسن یگانه، سیدجمال‌الدین خواجه الدین. 1389. مقایسه نقشه‌های کاربری اراضی تولیدی با داده‌های دو سنجندهMODIS و IRS-WiFS در منطقه سمیرم- بروجن. فصلنامه کاربرد سنجش‌ازدور و GIS در علوم منابع طبیعی، 1(1): 1-11.
هاشمی، سید علی‌اصغر؛ محمود عرب‌خدری. 1386. ارزیابی مدل EPM از طریق رسوب سنجی مخازن سدهای کوچک. علوم آب‌وخاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، 11(42):345-355.
Abdullah, M.; R. Feagin, and L. Musawi. 2017. The use of spatial empirical models to estimate soil erosion in arid ecosystems. Environ Monit Assess, 189(78): 1-17.
Ahmed, A.; D. Adil, B. Hasna, A. Elbachir, and R. Lazaar. 2019. Using EPM Mmodel and GIS for eEstimation of soil erosion in Souss basin, Morocco. Turkish Journal of Agriculture - Food Science and Technology, 7(8): 1228-1232.
Bozorgzadeh, E.; and N. Kamani. 2012. Ageographic information system (GIS)-based modified erosion potential (EPM) model for evaluation of sediment production. Journal of Geology and Mining Research, 4(6): 130-141.
Daneshfaraz, R.; M. Rahmati, and P. Akbari Moghanjiq. 2017. Soil erosion and sediment mapping in Aidoghmoush watershed using MPSIAC model and GIS and RS technologies. Environmental Resources Research, 5(1): 35-49.
Dragičević, N.; B. Karleuša, and N. Ožanić. 2019. Different approaches to estimation of drainage density and their effect on the erosion potential method. Water, 11(593):1-14.
Efthimiou, N.; and E. Lykoudi. 2016. Soil erosion estimation using the EPM model. Bulletin of the Geological Society of Greece, 50: 305-314.
Elhag, M.; T. Kojchevska, and S. Boteva. 2019. EPM for soil loss estimation in different geomorphologic conditions and data conversion by using GIS. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 221.
Kairis, O.; C. Karavitis, A. Kounalaki, L. Salvati, and C. Kosmas. 2013. The effect of land management practices on soil erosion and land desertification in an olive grove. Soil Use and Management, 29(4): 597-606.
Kouhpeima, A.; S.A.A. Hashemi, and S. Feiznia. 2011. A study on the efficiency of Erosion Potential Model (EPM) using reservoir sediment. Elixir Pollution, 38:4135-4139.
Landis J.R.; and G.G. Koch. 1977. The measurement of observer agreement for categorical data. Biometrics, 33:159-174.
Lense, G.H.E.; T.C. Parreiras, R.S. Moreira, J.C. Avanzi, and R.L. Mincato. 2019. Estimates of soil losses by the erosion potential method in tropical latosols. Ciência e Agrotecnologia, 43:4-10.
Noori, H.; S.M. Siadatmousavi, and B. Mojaradi. 2016. Assessment of sediment yield using RS and GIS at two sub-basins of Dez Watershed Iran. International Soil and Water Conservation Research, 4: 199–206.
Poesen, J. 2018. Soil erosion in the anthropocene: research needs. Earth Surface Processes and Landforms, 43:64-84.
Poggetti, E.; C. Cencetti, P. DeRosa, A. Fredduzzi, and F.R. Rivelli. 2019. Sediment supply and hydrogeological hazard in the Quebrada de Humahuaca (province of Jujuy, northwestern Argentina)—Rio Huasamayo and Tilcara area. Geosciences, 9(483):1-25.
Tosic, R.; N. Lovric, and S. Dragicevic. 2019. Assessment of the impact of depopulation on soil erosion: case study-Republika Srpska (Bosnia and Herzegovina). Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences, 14(2): 505-518.
Zarei, A.R.; and M.J. Amiri. 2017. Evaluation of soil losses and sediment yield using modified PSIAC model. Iran Agricultural Research, 36(1): 111-116.