پهنه‌بندی خطر فرسایش و برآورد رسوب در حوضه چم‌گردلان(استان ایلام) با استفاده از مدل تجدید نظر شده جهانی فرسایش خاک (RUSLE)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه جغرافیا، دانشگاه گلستان

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه جغرافیا، دانشگاه گلستان

چکیده

در مطالعه حاضر، هدف پیش‌بینی پتانسیل هدر رفت سالیانه خاک و بار رسوب است. برای پیش‌بینی موارد مذکور، معادله تجدید نظر شده جهانی هدر رفت خاک (RUSLE) در چارچوب سیستم اطلاعات جغرافیایی به کار رفته است. مقدار عامل فرسایندگی سالیانۀ باران با استفاده از داده­های بارش ماهانۀ 22 ساله در 18 ایستگاه در اطراف حوضه محاسبه شد. سپس تغییرات مکانی آن با استفاده از کریجینگ معمولی برآورد شد. شاخص فرسایش­پذیری خاک از نقشۀ خاک، که خود با استفاده از پیمایش صحرایی و داده­های سنجش از دور تهیه شد، بدست آمد. عامل توپوگرافی از مدل رقومی ارتفاع با قدرت تفکیک مکانی 30 متر استخراج شد. عامل پوشش گیاهی سالیانه نیز از داده­های سنجش از دور برآورد شد. از آنجایی که در حوضة مورد مطالعه عملیات حفاظت خاک ناچیز است، مقدار عامل حفاظت خاک در سرتاسر حوضه 1 در نظر گرفته شد . در این مطالعه، مقادیر متوسط فاکتورهای R، K، LS، C و P به ترتیب برابر باMJ mm ha-1h-1y-1   264، Mg ha h ha-1MJ-1mm-1 35/0، 00/2، 51/0 و 1 بودند. میانگین بار رسوب سالیانه در حوضه مورد مطالعه  t h-1 y-137/16 برآورد شد که نزدیک به مقدار بدست آمده از ایستگاه­ رسوب سنجی خروجی حوضه (58/16 تن در هکتار در سال) بود. نتایج حاصل از بررسی نقشه فرسایش در این مدل نشان می­دهد که بیشترین فرسایش در قسمت غرب و میانه حوضه قرار دارد. چون این منطقه از سازندهای ناپایدار و مستعد فرسایش تشکیل شده است. شیب زیاد منطقه به اضافه بارش باران و تغییر کاربری اراضی در این محدوده بسیاری از عرصه­های آن را با بحران فرسایش خاک مواجه کرده است. بر اساس نتایج حاصل، بیشترین وسعت حوضه  مربوط به کلاس فرسایشی خیلی­کم، کم و متوسط است که عموما در کل حوضه پراکنش دارد و کمترین مساحت حوضه در کلاس فرسایشی زیاد تا خیلی زیاد (20 درصد) قرار می­گیرد. با توجه به اینکه 20 درصد حوضه مورد مطالعه در کلاس فرسایش زیاد تا خیلی زیاد قرار دارد، لزوم اقدامات حفاظتی در این مناطق الزامی است. نتایج این پژوهش همچنین نشان داد، فاکتور LS با ضریب همبستگی 81/0 بیشترین تأثیر را در برآورد فرسایش سالانه خاک توسط مدل RUSLE داشته است. این پژوهش، مؤثر بودن RS و GIS را جهت تخمین کمی مقادیر فرسایش خاک، بار رسوب و همچنین مدیریت فرسایش اثبات نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Zoning Erosion Hazard and Sediment Estimation in Cham Gardalan basin (Ilam province) using the Revised Universal Soil Erosion Equation (RUSLE)

نویسندگان [English]

  • Saleh Arekhi 1
  • Shahram Barani 2
  • Somia Emadaddian 1
1 Assistant Prof. Faculty of Geography, Human Sciences College, Golestan University, Gorgan, Iran
2 MS.c Student, Human Sciences College, Golestan University, Gorgan, Iran
چکیده [English]

Soil erosion is one of the environmental problems that pose a threat to natural resources, agriculture and the environment. Quantitative assessment of erosion and sediment using erosion and sediment estimation models is one of the solutions through which erosion and sediment can be controlled to some extent and its amount minimized. In the present study, the aim is to predict the annual soil loss potential and sediment load. To predict these cases, the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) has been used in the context of the GIS. The amount of annual rainfall erosivity factor was calculated using 22-year monthly rainfall data at 18 stations around the basin. Its spatial variations were then estimated using conventional kriging. Soil erodibility index was obtained from soil map, which was prepared using field survey and remote sensing data. The topographic factor was extracted from the digital elevation model with a spatial resolution of 30 m. The annual vegetation factor was also estimated from remote sensing data. Since soil protection operations are insignificant in the study basin, the amount of soil protection factor was considered 1 throughout Basin. In this study, the mean values ​​of R, K, LS, C and P factors were equal to 264 MJ mm ha-1h-1y-1, 0.35 Mg ha h ha-1MJ-1mm-1, 2.00, 0.51 and 1. The average annual sediment yield in the study basin was estimated to be 16.137 th-1y-1, which was close to the value obtained from the sediment measuring station of the basin outlet (16.58 tons per hectare per year). The results of the erosion map in this model show that most erosion is located in the western and middle part of the basin. Because this region is composed of unstable formations and prone to erosion. The steep slope of the region, in addition to rainfall and land use change in this area, has faced many areas with soil erosion crisis. According to the results, the largest area of ​​the basin is related to the very low, low and medium erosion class, which is generally distributed throughout the basin, and the lowest basin area is in the high to very high erosion class (20%). Due to the fact that 20% of the study basin is in the high to very high erosion class, the need for protection measures in these areas is mandatory. The results of this study also showed that LS factor with a correlation coefficient of 0.81 had the greatest effect on estimating annual soil erosion by RUSLE model. This study proved the effectiveness of RS and GIS for quantitative estimation of soil erosion amounts, sediment yield and also erosion management.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Soil erosion
  • Sediment yield
  • RS
  • GIS
  • RUSLE
  • Cham Gardalan basin
 احمدی، حسن. (1384). ژئومورفولوژی کاربردی ( فرسایش آبی- جلد 1). انتشارات دانشگاه تهران.
اعظمی، اعیاد. (1380). مقایسه روش­های مختلف برای تخمین بار رسوب در حوضه آبخیز ایلام، پایان­نامه  کارشناسی ارشد، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.
افضلی، کرامت­الله؛ شاهرخی، محمد­رضا؛ بیاتانی، فاطمه. (1398). برآورد فرسایش خاک با استفاده از مدل RUSLE و شناسایی موثرترین عامل آن در حوضه آبخیز دههکان(جنوب کرمان) . مجله مخاطرات محیط طبیعی، (20)، 21-38.
انصاری­لاری، احمد؛ انصاری، مریم.  (1395). بررس کاربرد  GISبرای تخمین فرسایش خاک و  بار رسوب با استفاده از مدل RUSLE )مطالعه موردی: حوضه قلعه­چای). مجله جغرافیا و توسعه ناحیه ای، 14(2)، 155-173.
تیموری، فاطمه؛ بذرافشان، ام­البنین. (1397). مقایسه کارایی مدل RUSLE  و  EPMدر برآورد فرسایش خاک و میزان رسوبدهی بر اساس منحنی سنجه رسوب (مطالعه موردی: حوضه آبخیز جاسک- گابریک). 12(23)، 50-62.
حبشی، خلیل؛ محمدی، شاهین؛ کریم­زاده، حمیدرضا؛ پورمنافی، سعید. (1397). ارزیابی خطر فرسایش خاک در دشت کوهپایه-سگزی با استفاده از مدل تجدید نظر شده جهانی فرسایش خاک (RUSLE). 7(15). 161-178.
https://www.sid.ir/en/Journal/ViewPaper.aspx?ID=649051
رفاهی، حسینقلی. (1394). فرسایش و حفاظت حاک. تهران، انتشارات دانشگاه تهران.
رضائی، پیمان؛ فریدی، پروانه؛ قربانی، منصور؛ کاظمی، محمد. (1393). برآورد فرسایش خاک با استفاده از مدل RUSLE و شناسایی مؤثرترین عامل آن در حوضة آبخیز گابریک- جنوب خاوری استان هرمزگان. مجله ژئوموفولوژیکی کمی، 1(9)، 97-113.
شهبازی، کاظم. (1378). تخمین فرسایش خاک و رسوب با روش­های ژئوموفولوژیکی کیفی (واحدهای همگن) و EPM و مقایسه انها با آمار رسوبی خروجی در حوضه آبخیر سد ایلام. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس. 131 ص.
عرب خدری، محمود. (1384). بررسی رسوبدهی حوزه های آبخیز ایران. تحقیقات منابع آب ایران. 1(2)، 51-60.
عساکره، حسین. (1387). کاربرد روش کریجینگ در میان­یابی بارش (مطالعه موردی: میان­یابی بارش 1376/12/26 در ایران زمین). مجله جغرافیا و توسعه. 6(12)، 25-42.
https://www.sid.ir/fa/JOURNAL/ViewPaper.aspx?ID=81998
عسگری، شمس اله؛ جعفری، سید محمد رضا. (1385).  برآورد فرسایش خاک و تولید رسوب حوضه سد ایلام با استفاده از MPSIAC، پژوهش­های جغرافیایی، شماره 64، 29-35.
https://www.sid.ir/FileServer/JF/51913876403.pdf
علیزاده، امین. ( 1379). فرسایش و حفاظت خاک. انتشارات آستان قدس رضوی. 870 ص.
قضاوی، رضا؛ ولی، عباسعلی؛ مقامی، یاسر؛ عبدی، یاسر؛ شرفی، سیامک. (1391). مقایسه مدلهای EPM و MPSIAC و PSIAC در برآورد فرسایش و رسوب با استفاده از GIS . جغرافیا و توسعه، شماره 27، 117-126.
گلی­مختاری، لیلا؛ شفیعی، نجمه؛ رحمانی، ابوالفضل. (1397). برآورد میزان فرسایش خاک با استفاد از مدل (RUSLE) (مطالعه موردی: حوضه آبخیز ممسنی نورآباد). هیدروژئومورفولوژی. 5(17)، 1-21.
- واعظی، علیرضا؛ عباسی، محمد؛ حاجی­ملکی، خالد. (1396). ارزیابی مدل RUSLE همراه شده با سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در عرصه­های زهکش کوچک در منطقه نیمه خشک شمال غرب ابران. مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 11(38)، 1-10.
Azimi Sardari, M.R., Bazrafshan, O.A., Panagupulus, T., Rafiei Sardoei, E. (2019). Current and future assessment of soil erosion in the catchment area of Esteghlal Dam in Minab using RUSLE-3D model and climate change scenarios. Desert, 7 (14), 132-119.
https://journals.tabrizu.ac.ir/article_11157_f9cf377b04a3deda530eaa8863495756.pdf
Bagio, B., Bertol,  I., Wolschick, N.H., Schneiders,  D., Santos, M.A.d.N.d. (2017). Water Erosion in Different Slope Lengths on Bare Soil. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 41.
https://www.scielo.br/j/rbcs/a/sW6xvSNWZVrJ9SPvvtwgQkF/?lang=en
Bahrawi, A., Elhag, M., Aldhebiani, AY., Galal, K., Hegazy, AK., Alghailani, E .(2016). Soil Erosion Estimation Using Remote Sensing Techniques in Wadi Yalamlam Basin, Saudi Arabia, Hindawi Publishing Corporation, 15:1-8.
Benkobi, L., Trlica, M.J., and Smith, J.L . (1994). Evaluation of a refined surface cover subfactor for use in RUSLE. J Range Manage 47:74–78.
https://www.academia.edu/9175029/Evaluation_of_a_refined_surface_cover_subfactor_for_use_in_RUSLE
Biesemans, J., Meirvenne, M.V., Gabriels, D. (2000). Extending the RUSLE with the Monte Carlo error propagation technique to predict long-term average off-site sediment accumulation. J Soil Water Conserv 55:35–42.
https://www.jswconline.org/content/55/1/35
Boyce, R.C. (1975). Sediment routing with sediment delivery ratios. Present and Prospective Technology for ARS. USDA, Washington, D.C.
Demirci, A., Karaburun, A. (2012). Estimation of soil erosion using RUSLE in a GIS framework: a case study in the Buyukcekmece Lake watershed, northwest Turkey. Environmental Earth Sciences, volume 66, number 3, pp. 903-913.
Fayas, C., Shantha Abeysingha, N. (2019). Soil loss estimation using rusle model toprioritize erosioncontrol in KELANI riverbasinin SriLanka. International Soil and Water Conservation Research. 7: 19. 130-137.
https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2019.01.003
Ferro, V., Giordano, G., Lovino, M. (1991). Isoerosivity and erosion risk map for Sicily. Hydrol Sci J 36(6):549–564.
Gavrilovic. Z (1988) The Use of an Empirical Method (Erosion Potential Method) for Calculating Sediment Production and Transportation in Unstudied or Torrential streams International Conference of River regime, 17-20May, Wallingford, 422p.
Haan, CT., Barfield, BJ., Hayes, J.C . (1994). Design hydrology and sedimentology for small catchments. Academic Press, San Diego, 588pp.
Kairis, O., C. Karavitis, A., Kounalaki, L., Salvati, 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.
Lal, R. (1990). Soil Erosion in the Tropics. Principles and Management. McGraw-Hill, New York. 580 pp.
https://searchworks.stanford.edu/view/500524
Lin, C.Y. (1997). A study on the width and placement of vegetated buffer strips in a mudstone-distributed watershed.J.china. Soil water conserve.29 (3), 250-266(in Chinese with English abstract).
http://web.nchu.edu.tw/pweb/users/cylin/research/1672.pdf
Miguel, PA., Samuel-Rosa, R., Simao, Dennis Dalmolin, F., Arajo Pedron, J., Moura Bueno, A. (2011). The USLE model for estimating soil erosion in complex topography areas. Annals XV Brazilian Symposium on Remote Sensing, (SBSR), Brasil, 85: 9227-9230.
https://res.mdpi.com/d_attachment/sustainability/sustainability-12 08531/article_deploy/sustainability-12-08531-v2.pdf
McCool, D.K., Brown, L.C., Foster, G.R . (1987). Revised slope steepness factor for the universal soil loss equation. Trans Am Soc Agric Eng 30:1387–1396.
Miguel, P.A., Samuel-Rosa, R., Simao Dennis Dalmolin, F., Arajo Pedron, J., Moura Bueno, A. (2011). The USLE model for estimating soil erosion in complex topography areas. Annals XV Brazilian Symposium on Remote Sensing, (SBSR), Brasil, 85: 9227-9230.
https://jm.um.ac.ir/article_37021_fe128a88f8a05207ac4f5c0373846a3d.pdf
Moore, I.D., Wilson, J.P.  (1993). Length-slope factors for the Revised Universal Soil Loss Equation: Simplified method of estimation. Journal of Soil and Water Conservation 47:423–428.
https://www.jswconline.org/content/47/5/423
Morgan, R.P.C. (1995). Soil erosion and conservation. Longman, London, pp.23-37.
Morgan, R.P.C., Quinton, J.N., Smith, R.E., Govers, G., Poesen, J., Auerswald, K., Chisci, G., Torri, D., Styczen, M.E. (1998). The European Soil Erosion Model (EUROSEM): a dynamic approach for predicting sediment transport from fields and small atchments. Earth Surface Processes and Landforms 23, 527–544.
Nouwakpo, S.K., Williams, C.J., Al-Hamdan, O.Z., Weltz, M.A., Pierson,  F., Nearing, M. (2016). A review of concentrated flow erosion processes on rangelands: Fundamental understanding and knowledge gaps. Int. Soil Water Conserv. Res.4:75-86.
Parysow, P., Wang, G.X., Gertner, G., Anderson, A.B. (2003). Spatial uncertainty analysis for mapping soil erodibility based on joint sequential simulation. Catena 53:65–78.
Poesen, J. (2018). Soil erosion in the Anthropocene: research needs. Earth Surface Processes and Landforms,43:64-84.
Renard, K.G., Foster, G.R., Weesies, G.A., McCool, D.K., Yoder, D.C . (1997). Predicting soil erosion by water: a guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). Agriculture Handbook No. 703, USDA-ARS.
https://www.ars.usda.gov/arsuserfiles/64080530/rusle/ah_703.pdf
Renard, K.G., Freimund, J.R. (1994). Using monthly precipitation data to estimate the R factor in the revised USLE. J Hydrol 157:287–306.
Renard, K.G., Foster, G.R., Weesies, G.A., Porter, J.P. (1991). RUSLE: revised universal soil loss equation. Journal of Soil and Water Conservation 46 (1), 30– 33.
Sun, W., Minasny, B., McBratney, A. (2012). Analysis and prediction of soil properties using local regression-Kriging. Geoderma, 23: 172-171 23.
https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2011.02.010                                                                            
USDA. (1975). Sediment Sources, Yields, and Delivery Ratios. National Engineering Handbook, Section 3 Sedimentation.
http://irrigationtoolbox.com/NEH/Part632_SedimentationGeology/NEH3_06.PDF
Vanoni, V.A. (1975). Sedimentation Engineering, Manual and Report No. 54. American Society of Civil Engineers, New York, N.Y.
Vaezi, AR., Bahrami, HA., Sadeghi, S.H.R., Mahdian, M.H.  (2010). Spatial variability of soil erodibility factor (K) of the USLE in North West of Iran. Journal of Agricultural Science and Technology, 12, 241-252.
Wischmeier, W.H. (1971). A soil erodibility nomograph for farmland and construction sites. J Soil and Water Conserv 26:189 193.
https://trid.trb.org/view.aspx?id=125184
Wischmeier, W.H., Smith, D.D. (1978). Predicting rainfall erosion. losses: a guide to conservation planning. Agriculture Handbook, vol. 537. US Department of Agriculture, Washington,DC, 58 pp.
https://naldc.nal.usda.gov/download/CAT79706928/PDF
Yu, B., Rosewell, C.J. (1996c). A robust estimator of the R factor for the Universal Soil Loss Equation. Trans Am Soc Agric Eng 39(2):559–561.
https://elibrary.asabe.org/login.aspx
Yue-Qing, X.,  Shao, X-M., Kong, X-B. (2008). Adapting the RUSLE and GIS to model soil erosion risk in a Mountain Karst watershed, Guizhou Province, China, Environ Monit Assess 141: 275-286.
Zerihun, M., Mohammedyasin, M.S., Sewnet, D., Adem, A.A., Lakew, M. (2018). Assessment of soil erosion using RUSLE, GIS and remote sensing in NW Ethiopia. Geoderma Reg. 12, 83–90.
Zhang, W., Zhou, J., Feng, G., Weindorf, D.C., Hu, G., Sheng J. (2015). Characteristics of water erosion and conservation practice in arid regions of Central Asia: Xinjiang Province, China as an example. Int. Soil Water Conserv. Res., 3(2), 97-111.
  • تاریخ دریافت: 0-711 فروردین 781
  • تاریخ بازنگری: 0-477 فروردین 781
  • تاریخ پذیرش: 0-452 فروردین 781
  • تاریخ اولین انتشار: 0-170 فروردین 781
  • تاریخ انتشار: 0-170 فروردین 781