تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

تلفیق شاخص‌های زمینی و پوشش گیاهی برای برآورد و شناسایی خطر فرسایش خاک در حوضه آبخیز عموقین اردبیل

نویسندگان
فریبا اسفندیاری درآباد
رئوف مصطفی‌زاده
امیرحسام پاسبان
بهروز نظافت تکله
دانشگاه محقق اردبیلی
چکیده
فرسایش خاک یکی از مشکلات محیطی است که تهدیدی برای منابع طبیعی، کشاورزی و محیط‌زیست به‌شمار می‌رود. در این راستا، اطلاعات زمانی و مکانی فرسایش خاک در اقدامات مدیریتی، کنترل فرسایش و مدیریت حوزه‌های آبخیز نقش مؤثری دارد. امروزه عدم استفاده صحیح از اراضی و تغییرات کاربری اراضی مانند تبدیل جنگل‌ها و مراتع به اراضی کشاورزی، چرای مفرط، شخم روی شیب‌های تند، باعث افزایش میزان فرسایش خاک و رسوب شده است. کاربری‌های مختلف اراضی مقادیر مختلف فرسایش را ایجاد می‌کنند و مدیریت اراضی نقش به‌سزایی در جلوگیری از فرسایش دارد. در مطالعه حاضر، هدف تلفیق شاخص‌های زمینی و پوشش گیاهی برای برآورد و شناسایی خطر فرسایش خاک در حوضه آبخیز عموقین با استفاده از مدل RUSLE است. لایه‌ پارامترهای مدل RUSLE شامل لایه فرسایندگی باران، لایه خاک، لایه توپوگرافی، لایه پوشش گیاهی و عامل حفاظتی خاک هم‌چنین آمارهای مختلف مربوط به ایستگاه‌های باران‌سنجی، هیدرومتری، نقشه‌های توپوگرافی، و زمین‌شناسی و نیز بهره‌گیری از سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS و سنجش ‌از دور استفاده ‌شده است. نتایج این مطالعه نشان داد که مقدار متوسط فرسایش سالانه خاک برای کل حوضه در دامنه بین 21/1 تا 53/5 تن در هکتار در سال متغیر است. هم‌چنین بررسی روابط رگرسیونی بین فاکتورهای مدل RUSLE و مقدار فرسایش سالانه خاک نشان داد که فاکتور توپوگرافی (LS) دارای ارتباط کمی با میزان فرسایش سالانه خاک به‌وسیله مدل RUSLE دارد. هم‌چنین در بررسی دیگر بین شاخص‌های زمینی با مدل RUSLE نتایج نشان داد که عامل پوشش گیاهی با ضریب تعیین 47/0 درصد نسبت به سایر شاخص‌های مورد مطالعه دارای هم‌بستگی بیش‌تری است، شاخص قدرت جریان نیز با ضریب تعیین 07/0 درصد دارای کم‌ترین هم‌بستگی بین شاخص‌های مورد مطالعه است. این تحقیق امکان تلفیق شاخص‌های موثر توپوگرافی و پوشش گیاهی بر فرسایش و نیز امکان استفاده از سایر شاخص‌های موثر را تائید می‌نماید.
کلیدواژه‌ها
برآورد فرسایش خاک
اولویت‌بندی
مدیریت پوشش گیاهی
کاربری اراضی
شاخص پوشش گیاهی

عنوان مقاله English

Integrating terrain and vegetation indices to estimate and identify the soil erosion risk Amoughin watershed, Ardabil

نویسندگان English

Fariba Esfandiari Darabad
Raoof Mostafazadeh
Amir Hesam Pasban
Behrouz Behruoz Nezafat Takleh
University of Mohaghegh Ardabili
چکیده English

Soil erosion is one of the environmental problems that is a threat to natural resources, agriculture and the environment, and in this regard, assessing the temporal and spatial amount of soil erosion has an effective role in management, erosion control and watershed management. The main aim of this study was to estimate soil erosion in Amoqin watershed and its relationship with well-known vegetation-based and topographic-related indices. The meteorological data has been used to determine the rainfall erosivity. The rainfall erosivity index was calculated using the modified Fournier index during the 10-year available recorded rainfall data. The value of LS factor has been calculate using digital elevation model. Meanwhile, C and P factors were determined based on the utilization scheme and condition of the study area. Data were analyzed and processed using ArcMap 10.1, ENVI 5.3, and Excel software. In this study, RUSLE model was used to estimate soil erosion, in GIS environment. According to the results, the amount of factor R in Amoqin watershed varies from 12.32 to 50.52 MJ/ha/h per year. The variation of soil erodibility index (K) over the study area is between 0.25 to 0.42. The amount of LS factor varies between 0.19 and 0.38, which is more in high slopes, especially around the waterways and uplands of the study area. The variation of C factor was estimated to be around -0.18 to 0.4. In general, it can be said that the central part of Amoqin watershed has less C value due to the greater area of agricultural activities and the highest amount is related to western areas, especially southwest areas because existing the rangeland areas. Due to the lack of protective measures in the study area, the amount of factor P was considered as unity for the whole region. The base layers of RUSLE factors were obtained and overlayed in GIS to calculate the soil loss in tons per hectare per year. The map of annual soil loss indicate that the erosion amounts varies between 1.21 to 5.53 tons per hectare per year in different parts of the study area. According to the results, the vegetation factor with a coefficient of determination 0.47% had a significant correlation with soil loss. The stream power index with the coefficient of determination of % 0.07% had the lowest correlation with soil erosion values.

کلیدواژه‌ها English

Soil erosion estimation
Prioritization
Vegetation management
Land use
Vegetation index
- احمدی، ح. 1388. ژئومورفولوژی کاربردی (فرسایش آبی)، چاپ اول. انتشارات دانشگاه تهران.
- آرخی، صالح و یعقوب نیازی. 1389. بررسی کاربرد RS و GIS برای تخمین فرسایش خاک و بار رسوب با استفاده از مدل RUSLE در حوضه بالادست سد ایلام. پژوهش‌های حفاظت آب ‌و خاک، 17: 27-1.
- آرمین، محسن؛ فاطمه اسکندری‌جهمانی، سهراب الوانی‌نژاد و محمدرضا میرزایی. 1399. اولویت‌بندی مناطق حساس به فرسایش خاک با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای مطالعه موردی بخشی از شهرستان بهمئی کهگیلویه و بویر احمد. پژوهش‌های فرسایش محیطی، 2: 58-41.
- بیاتی خطیبی، مریم. 1394. ارزیابی و پیش‌بینی خطر فرسایش خاک در حوضه سراسکندچای با استفاده از مدل RUSLE و GIS. نشریه علمی پژوهشی جغرافیا و برنامه‌ریزی، 54: 81-61.
- حاجی، خ.، اسمعلی‌عوری، ا.، مصطفی‌زاده، ر، نظرنژاد ح. 1397. برآورد میزان فرسایش خاک در کاربری‌های مختلف از طریق مدل RUSLE در حوزه آبخیز روضه‌چای ارومیه. حفاظت و بهره‌برداری از منابع طبیعی. ج 7، ش 1، 173 تا 189
- حبشی، خلیل؛ شاهین محمدی، حمیدرضا کریم‌زاده و سعید پورمنافی. 1397. ارزیابی خطر فرسایش خاک در دشت کوه‌پایه سگزی با استفاده از مدل تجدیدنظر شده جهانی فرسایش خاک (RUSLE). مخاطرات محیط طبیعی، 15: 161-178.
- رحیمی، خلیل و مهدی مرزبانی. 1392. ارزیابی تغییرات فرسایش حوزه آبخیز سیوند طی سال‌های ۱۹۹8 تا ۲۰۰۹ با استفاده از مدل RUSLE. فرسایش محیطی، ۹: 18-1.
- رخبین، معصومه؛ احمد نوحه گر، علیرضا کمالی و محمود حبیب اللهیان. 1393. برآورد میزان فرسایش و تولید رسوب در حوزه آبخیز لاورفین استان هرمزگان با استفاده از GIS و RS و مدل تجربی RUSLE. فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، 3: 104-89.
- رضایی، میثم؛ شادی قرقره‌چی، غلامرضا قانعی مطلق و شمس الله ایوبی. 1386. برآورد فرسایش خاک در حوزه زیارت با استفاده از مدل RUSLE. دهمین کنگره علوم خاک ایران، کرج، 1163-1161.
- زندی، جلال؛ کریم سلیمانی و محمود حبیب نژاد روشن. 1392. اولویت بندی نواحی کنترل فرسایش خاک با استفاده از تکنیک های ارزیابی چند معیاره و GIS. جغرافیا و توسعه، 31: 106-93.
- سیزشزبشسزیشسزیشسزیشسزطشسزط
- صالحی، محمدحسن. اسفندیار‌پور بروجنی، عیسی. مهاجر، رضا. و باقری، محسن. 1394. حفاظت آب‌وخاک تکمیلی، چاپ دوم. انتشارات دانشگاه پیام نور.
- صفاری، امیر؛ عباسعلی نوری و جلال کرمی. 1397. بررسی تغییرات پوشش و کاربری زمین در قابلیت فرسایش خاک حوضه قره‌سو گرگانرود. نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، 1: 96-83.
- عرب، داود؛ حامد روحانی، ابوالحسن فتح‌آبادی و سیدمرتضی سیدیان. 1397. برآورد فرسایش خاک با استفاده از روش RUSLE در حوضه آبخیز اوغان گلستان. دومین همایش ملی دانش و فناوری علوم کشاورزی منابع طبیعی و محیط‌زیست ایران، تهران.
- عسگری، ا.، اسمعلی‌عوری، ا.، مصطفی‌زاده، ر.، احمدزاده، غ.ر. 1399. تاثیر سازندهای مختلف زمین‌شناسی حوزه آبخیز قره‌شیران اردبیل بر تولید رواناب و رسوب با استفاده از شبیه‌ساز باران. هیدروژئومورفولوژی. ش 22، س 6، 177 تا 203
- عسگری، ا.، حسینی، س.ز.، مصطفی‌زاده، ر. 1399. تعیین ارتباط و تغییرات مکانی مقادیر دبی و رسوب معلق در حوضه‌های استان اردبیل. جغرافیا و توسعه، د 18، ش 61، 149 تا 176
- محمدی، شاهین؛ حمیدرضا کریم زاده، سعید پورمنافی و سعید سلطانی کوپایی. (1397). برآورد مکانی و زمانی فرسایش خاک با استفاده از مدل RUSLE و سری‌های زمانی ماهواره لندست. مندرجان، اصفهان، مرتع و آبخیزداری، مجله منابع طبیعی ایران، 3: 774-759.
- مصطفی‌زاده، ر.، صادقی، س.ح.ر.، سعدالدین، ا. 1394. مدل‌سازی اثر نوع و الگوی پراکنش مکانی کاربری‌ اراضی بر تغییرات آب‌نمود جریان. علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، س 9، ش 31، 51 تا 58
- مصطفی‌زاده، ر، حاجی، خ.، اسمعلی‌عوری، ا.، نظرنژاد ح. 1396. اولویت‌بندی زیرحوزه‌های بحرانی از لحاظ فرسایش و رسوب با استفاده از مدل پاسخ فرسایش حوزه (WERM) و آنالیز مورفومتری (مطالعه موردی: حوزه آبخیز روضه‌چای، استان آذربایجان غربی). پژوهشنامه مدیریت حوضه آبخیز. ج 8، ش 16: 142 تا 156
- ملکی، ص.، خرمالی، ف.، کریمی، ع.، ر.، 1393. معرفی الگوریتم‌های مختلف جریان، برای تهیه نقشه شاخص خیسی و کربن آلی خاک در بخشی از اراضی لسی، منطقه توشن استان گلستان، پژوهش‌های حفاظت آب‌وخاک، جلد 21، شماره 1، صص 165-141.
- ملکی، صدیقه؛ فرهاد خرمالی و علیرضا کریمی. 1393. معرفی الگوریتم‌های مختلف جریان برای تهیه نقشه شاخص خیسی و کربن آلی خاک در بخشی از اراضی لسی منطقه توشن استان گلستان. پژوهش‌های حفاظت آب ‌ و خاک، 21: 165-141.
- میرزایی، شهناز؛ اباذر اسمعلی، رئوف مصطفی‌زاده، اردوغان قربانی و سجاد میرزایی. 1397. شبیه‌سازی هیدروگراف سیل و تحلیل ارتباط آن با سنجه‌های سیمای سرزمین در حوضه آبخیز عموقین استان اردبیل. اکوهیدرولوژی، 2: 372-357.
- نژادافضلی، کرامت؛ محمدرضا شاهرخی و فاطمه بیاتانی. 1398. برآورد فرسایش خاک با استفاده از مدل RUSLE و شناسایی موثرترین عامل آن در حوضه آبخیز دهکان (جنوب کرمان). مخاطرات محیط طبیعی، 20: 38-21.
- یوسفی‌مبرهن، ابراهیم. 1399. کارایی سامانه اطلاعات جغرافیایی در تهیه نقشه فرسایش و ارائه روش‌های کنترل فرسایش. کاربرد سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش‌ازدور در برنامه‌ریزی، 1: 43-30.
- Amah, J.I.; O.P. Aghamelu, O.V. Omonona and IM. Onwe. 2020. A Study of the Dynamics of soil Erosion Using RUSLE Modeling and Geospatial Tool in Edda-Aficpo Mesas, South Eastern Nigeria. Pakistan Journal of Geology, 2: 56-71.
- Bou Kheir, R. J.; Wilson and Y. Deng. 2007. Use of terrain variables for mapping gully erosion susceptibility in Lebanon. Earth Surface Process Landforms, 12:1770-1782.
- FAO, 1996. Soil bulleten 70 - Land Husbandry-Components and strategy.
- Haan, C.T.; B.J. Barfield and J.C. Hayes.1994. Design hydrology and sedimentology for small catchments. San DiegoAcademic Press.
- Kinnell P.I. A. 2000. AGNPS-UM: Applying the USLE within the agricultural non point source pollution model. Environmental Modelling and Software, 3: 331-341.
- Lucà, F., Conforti, M., Robustelli, G., 2011. Comparison of GISbased gullying susceptibility mapping using bivariate and multivariate statistics: Northern Calabria, South Italy, Geomorphology, 134: 297–308.
- Luca, F; M. Conforti and G. Robustelli. 2011. Comparison of GISbased gullying susceptibility mapping using bivariate and multivariate statistics: Northern Calabria, South Italy. Geomorphology, 134: 297–308.
- Moore I.D. and R.B. Grayson. 1991. Landson. Digital terrain Modeling: A review of hydrological, Geomorphological and Biological application. Hydr, 5: 3-30.
- Qin Ch.Z.; A.X. Zhu, T. Pei, B.L Li, T. Scholten, T. Behrens and C.H.H. Zhou. 2009. An approach to computing topographic wetness index based on maximum downslope gradient. Precision Agriculture, 1: 32-43.
- Rawat, K.S and S.K. Singh. 2018. Appraisal of Soil Conservation Capacity Using NDVI Model-Based C Factor of RUSLE Model for a Semi Arid Ungauged Watershed: a Case Study. Water Conservation Science and Engineering, 1: 47-58.
- Renard K.G. and J.R. Freidmund. 1994. Using monthly precipitation data to estimate the R-factor in the RUSLE. National Agricultural Library, Journal of Hydrology, 157: 287-306.
- Sharma A. 2010. Integrating terrain and Vegetation Indices for Identifying Potential Soil Erosion Risk Area. Geo-Spatial Information Science 13: 201-209.
- Shi Z.H. 2002. Assessment of erosion risk with the RUSLE and GIS in the Middle and lower reaches of Hanjiang River. 12th ISCO Conference Beijing.
- Wischmeier W.H and D.D. Smith. 1978. Predicting rainfall erosion, losses: a guide to conservation planning. United States Department of Agriculture Handbook, Washington DC 537: 13-27.
- Wischmeier W.H.; C.B. Johnson and B.V. Cross. 1971. A soil erodibility nomograph for farmland and construction sites. Journal of Soil Water Conservation 26:189-192.