ارزیابی کارایی مدل‌های‌ RUSLE و ICONA در پهنه بندی فرسایش خاک حوضه بلده، استان مازندران

جوکار سرهنگی, عیسی; دهقان چاچکامی, محمدرضا

doi:10.22111/jneh.2022.39920.1843

ارزیابی کارایی مدل‌های‌ RUSLE و ICONA در پهنه بندی فرسایش خاک حوضه بلده، استان مازندران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشیار گروه جغرافیا، دانشگاه مازندران

² کارشناس ارشد هیدروژئومورفولوژی، دانشگاه مازندران

10.22111/jneh.2022.39920.1843

چکیده

ارزیابی و پهنه بندی فرسایش خاک با استفاده از مدلهایی که دقت بیشتری داشته باشند، به اجرای فعالیت‌های حفاظتی و کنترل فرسایش خاک در داخل حوضه و کاهش میزان رسوب در خارج از آن کمک میکند. هدف از این پژوهش پهنه بندی شدت فرسایش خاک حوضه بلده با استفاده از مدلهای RUSLE و ICONA و بررسی میزان دقت آنها با مشاهدات و مقادیر واقعیت زمینی است. فاکتورهای مدل RUSLE شامل فرسایندگی باران (R)، فرسایش‌پذیری خاک (K)، توپوگرافی (LS)، پوشش گیاهی (C) و عملیات حفاظتی (P) به ترتیب از داده‌های بارندگی منطقه، نقشه خاک، مدل رقومی ارتفاع و تکنیک‌های سنجش از دور محاسبه شده‌اند. براساس مدل ICONA درابتدا از هم‌پوشانی دو لایه شیب و سنگ‌شناسی، نقشه فرسایش پذیری خاک به دست آمد. سپس برای تهیه نقشه حفاظت خاک، لایه های شاخص پوشش گیاهی و کاربری اراضی منطقه همپوشانی شدند و در مرحله آخر با استفاده از لایه های فرسایش پذیری و حفاظت خاک، نقشه پهنه بندی فرسایش با این مدل نیز تهیه گردید. برای ارزیابی دقت این مدل ها از شاخصهای آماری و روش BLM که تمامی عوامل آن طی مشاهدات میدانی به دست آمد، استفاده شده است. برای این منظور، یک نقشه با 2500 نقطه به صورت شبکه بندی منظم جهت نمونه‌برداری از نقشه‌های حاصل از مدل ها تهیه گردید و بر این اساس آماره هایRMSE(جذر میانگین مربعات خطا)، MAE (میانگین خطای مطلق)، MSE (میانگین مربعات خطا) و NSEC (ضریب کارایی ناش و ساتکلیف) محاسبه شد. نتایج شاخص‌های آماری مذکور و خطاهای مدل‌ها نشان میدهند که مدلهای مذکور در حوضه بلده کفایت بالایی ندارند، اما کارایی و میزان تطابق طبقات فرسایش مدل ICONA با خروجی BLM به‌عنوان نقشه مرجع اندکی بیشتر است، چرا که مقدار RMSE، MAE و MSE آن کمتر و NSEC آن به عدد یک نزدیکتر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مخاطرات محیط طبیعی

عنوان مقاله [English]

Efficiency Evaluation of RUSLE and ‌ICONA models in erosion zoning of Baladeh watershed, Mazandaran province

نویسندگان [English]

Eisa Jokar Sarhangi ¹
Mohammadreza Dehghan Chachkami ²

¹ Associate Professor of Geomorphology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran

² M.A. of Hydrogeomorphology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran

چکیده [English]

Evaluation and zoning of soil erosion using models that are more accurate, helps to implement conservation activities and control soil erosion within the watershed and reduce the amount of sediment outside it. The aim of this study was to zoning the soil erosion intensity of Baladeh watershed using RUSLE and ICONA models and toa investigate their accuracy with observations and terrestrial reality values. RUSLE model factors including rainfall erosion (R), soil erodibility (K), topography (LS), vegetation (C) and conservation operations (P) were calculated from rainfall data, soil map, digital elevation model and remote sensing techniques, respectively. In ICONA model, soil erodibility map was obtained by combining two layers of slope and rock surfaces. Then, in order to prepare soil conservation layer, vegetation index and land use layers of the area were overlapped and by combining erosion and soil conservation layers, erosion zoning map was prepared with this model. The accuracy of these models was evaluated using statistical indices and BLM method, all of which were obtained during field observations. For this purpose, a map with 2500 points was prepared as regular networking for sampling the maps obtained from the models and accordingly, RMSE statistics (root mean squares error), MAE (mean absolute error), MSE (mean squares error) and NSEC (Nash-Sutcliffe Model Efficiency Coefficient) were calculated. The results of the mentioned statistical indices and the errors of the models shows that the mentioned models are not sufficient in baladeh watershed, but the efficiency and degree of adaptation of the erosion classes of ICONA model with BLM output as reference map is higher, because the amount of RMSE, MAE and MSE is lower and NSEC is closer to number one.

کلیدواژه‌ها [English]

Soil erosion
RUSLE
ICONA
Baladeh watershed

مراجع

آرخی، صالح و نیازی، یعقوب (1389)؛ بررسی کاربرد GIS و RS برای تخمین فرسایش خاک و بار رسوب با استفاده از مدل RUSLE حوضه بالادست سد ایلام، مجله پژوهش‌های حفاظت آب‌وخاک، جلد هفدهم، شماره دوم، صص 1-26.

https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=150565

احسانی، امیر هوشنگ و غفاری شیروان، مژده (1392)؛ مدل ICONA جهت پهنه‌بندی خطر فرسایش آبی با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای و GIS (مطالعه موردی حوضه آبخیز حبله رود)، اولین همایش ملی بیابان، تهران، مرکز تحقیقات بین‌المللی بیابان دانشگاه تهران. صص 1-14. https://civilica.com/doc/160180

احمدآبادی، علی و صدیقی فر، زهرا (1396)؛ برآورد میزان فرسایش و تولید رسوب با کمک معادله جهانی فرسایش خاک اصلاح‌شده (RUSLE ) در حوضه آبریز حبله رود، فصلنامه جغرافیای طبیعی، سال دهم، شماره 37، صص 83-103.

http://jopg.iaularestan.ac.ir/article_538238.html?lang=fa

اسماعیلی قلزم، حسین، احمدی، حسن، معینی، ابولفضل، معتمدوزیری، بهارک (1399)؛ ارزیابی خطر فرسایش خاک در حوزه آبخیز کسیلیان با مدل ایکونا و استفاده از سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، پژوهشهای دانش زمین، سال یازدهم، شماره 42.

https://esrj.sbu.ac.ir/?_action=xml&article=100753

اسمعلی، اباذر، فرهودی، محمدحسین، جعفریان، زینب، کاویان پور، امیرحسین (1394)؛ اثر پوشش گیاهی بر کاهش رواناب و هدر رفت خاک با استفاده از شبیه‌سازی باران در مراتع نشو مازندران، جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، شماره2، ص 179-190.

https://gep.ui.ac.ir/article_18734.html?lang=fa

انتظاری، مژگان و خدادادی، فاطمه (1396)؛ ارزیابی خطر فرسایش آبی حوضه آبخیز طالقان رود با استفاده از مدل ICONA، مجله مخاطرات محیط طبیعی، سال ششم، شماره سیزدهم، صص 31-48. https://jneh.usb.ac.ir/article_3142.html

بابایی، مهناز، حسینی، زین العابدین، نظری سامانی، علی اکبر، مدرسی، علی (1395)، پهنه‌بندی ‌فرسایش‌خاک ‌با ‌استفاده ‌از ‌مدل ‌RUSLE 3D،‌ مطالعه ‌موردی:‌ حوضه آبخیز‌کن، نشریه مهندسی و مدیریت آبخیز، جلد 8، شماره 2، صص 181-165.

https://jwem.areeo.ac.ir/article_106454.html?lang=fa

بیات، رضا، عرب خدری، محمود، بهنام، نجمه و گرامی، زهرا (1399)؛ بررسی کارایی مدل های EPM و MPSIAC در تعیین وضعیت فرسایش حوزه آبخیز شهریاری، نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، سال هفتم، شماره 3، صص 1-16.

https://jsaeh.khu.ac.ir/article-1-3067-fa.html

حبشی، خلیل، اسکندری دامنه، هادی و میاحی، جاسم (1396)؛ ارزیابی قابلیت داده‌های ماهواره‌ای و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) در تهیه نقشه فرسایش خاک با استفاده از مدل ICONA (مطالعه موردی: شرق اصفهان)، نخستین همایش بین‌المللی سامانه اطلاعات جغرافیایی جاده ابریشم، دانشگاه صنعتی اصفهان، صص 1-13. https://civilica.com/doc/717379

رحیمی، خلیل و مزبانی، مهدی (1392)؛ ارزیابی تغییرات فرسایش حوزه آبخیز سیوند طی سال‌های 1998 تا 2009 با استفاده از مدل RUSLE، فصلنامه علمی-پژوهشی، پژوهش‌های فرسایش محیطی، سال سوم، شماره 1، صص 1-18.

http://magazine.hormozgan.ac.ir/article-1-129-fa.html

رخبین، معصومه، نوحه‌گر، احمد، کمالی، علیرضا و حبیب اللهیان، محمود (1393)؛ برآورد میزان فرسایش و تولید رسوب در حوضه آبخیز لاورفین(استان هرمزگان) با استفاده از سنجش‌ازدور(RS)، سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و مدل تجربی(RUSLE)، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، سال 29 ، شماره سوم، شماره پیاپی114، صص89-104. http://georesearch.ir/article-1-348-fa.html

زندی، جلال، حبیب نژاد روشن، محمود و سلیمانی، کریم (1392)؛ ارزیابی نقشه خطر فرسایش خاک و ارتباط آن با برخی عوامل محیطی، حوضه آبخیز وازرود مازندران، نشریه مرتع و آبخیزداری، دوره 66، شماره 3، صص 403-415.

https://jrwm.ut.ac.ir/article_36516.html

سپهر، عادل و هنرمند نژاد، سعیده (1391)؛ تهیه نقشه خطر فرسایش واقعی خاک با استفاده از مدل کرین اصلاح‌شده حوضه آبخیز جهرم، جغرافیا و مخاطرات محیطی، دوره 1، شماره 3، صص 57-72. https://geoeh.um.ac.ir/index.php/article_25831.html

سهرابی, صحبت اله؛ طهماسبی پور، ناصر، حقی زاده، علی و زینی وند، حسین (۱۳۹۴)؛ اندازه‌گیری فرسایش‌پذیری خاک به روش رومنس و پهنه‌بندی آن با کمک زمین‌آمار و سیستم اطلاعات جغرافیایی در حوضه آبخیز مادیان رود، کنفرانس ملی کشاورزی پایدار، محیط زیست و توسعه روستایی، کوهدشت، صص 1-15. https://civilica.com/doc/379025

عرفانیان، مهدی، قهرمانی ساعتلو، پریسا و سعادت، حسین (1393)؛ ارزیابی خطر فرسایش خاک با استفاده از یک مدل فازی در آبخیز قرناوه گلستان، نشریه پژوهش‌های حفاظت آب‌وخاک، جلد بیست و یکم، شماره ششم، صص 135-153.

https://jwsc.gau.ac.ir/article_2284.html

عرفانیان، مهدی، قهرمانی، پریسا و سعادت، حسین (1392)؛ تهیه نقشه خطر پتانسیل فرسایش خاک با استفاده از منطق فازی در حوضه آبخیز قرناوه گلستان، مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، سال هفتم، شماره 23، صص 43-52.

https://jwmsei.ir/article-1-280-fa.html

فریدی، پروانه، رضائی، پیمان، قربانی، منصور و کاظمی، محمد (1392)؛ کاربرد سیستم اطلاعات جغرافیایی در مدلینگ فاکتور فرسایندگی باران (مطالعه موردی: حوزه آبخیز گابریک- جنوب خاوری استان هرمزگان)، فصلنامه پژوهش‌های فرسایش محیطی، سال سوم، شماره 2، صص 39-51. http://magazine.hormozgan.ac.ir/article-1-143-fa.html

کارگر، مجید، جوادی، محمدرضا، هاشمی، علی اصغر، محمد ابراهیمی، مریم (۱۳۹۵)؛ بررسی کارایی رابطه جهانی فرسایش خاک و برخی از نسخ آن در برآورد رسوب رگبارهای منفرد در مراتع نیمه خشک (مطالعه موردی: سایت تحقیقاتی مرگسر استان سمنان)، پ‍‍ژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، سال هفتم، شماره 13، صص ۲63-271. http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-677-fa.html

کریمی، لیلا و امین، سیف‌الله (1391)؛ پهنه‌بندی خطر فرسایش حوضه سد سیوند در مدل ICONA به‌وسیله تکنیک RS، شانزدهمین همایش انجمن زمین‌شناسی ایران، صص 1-8. https://civilica.com/doc/181626

موسوی، سید علی‌اکبر، زاهدی فر، مریم و رجبی مریم (1391)؛ بررسی تغییرات مکانی فرسایش خاک و عوامل مؤثر بر آن با استفاده از روش‌های زمین‌آماری، نهمین سمینار مهندسی رودخانه. صص 1-9. https://civilica.com/doc/186513

مهندسین مشاور آباد گران طبیعت شمال (1394)؛ گزارش پایه حوضه بلده نور، اداره منابع طبیعی استان مازندران، 113 ص.

محمدی، شاهین، کریم زاده، حمیدرضا و علیزاده، میثم (1397)؛ برآورد مکانی فرسایش خاک کشور ایران با استفاده از مدل RUSLE، اکوهیدرولوژی، دوره 5، شماره 2، صص 551-569. https://ije.ut.ac.ir/article_65857.html?lang=fa

محمدی ، شاهین، کریم زاده، حمید رضا، حبشی، خلیل (1396)؛ ارزیابی خطر فرسایش خاک با استفاده از مدل ICONA (مطالعه موردی مندرجان، غرب اصفهان)، نخستین همایش بین المللی سامانه اطلاعات جغرافیایی جاده ابریشم، اصفهان، دانشگاه صنعتی اصفهان، صص 1-12. https://civilica.com/doc/717338

محمدی، مازیار، فلاح، مقدسه، کاویان، عطاالله، غلامی، لیلا و امیدوار، ابراهیم (1395)؛ کاربرد مدل RUSLE در تعیین توزیع مکانی خطر هدر رفت خاک، اکو هیدرولوژی، دوره 3، شماره 4، صص 645-658. https://ije.ut.ac.ir/article_60368.html

نوحه گر، احمد، کاظمی ، محمد (1392)؛ ارزیابی خطر فرسایش آبی با استفاده از مدلICONA (مطالعۀ موردی: حوضۀ آبخیز تنگ بستانک شیراز)، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، سال 28 ، شماره 4، صص 1-14. http://georesearch.ir/article-1-428-fa.html

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, 41p. https://doi.org/10.1590/18069657rbcs20160132

Bayramin, I., Dengiz, O., Baskan, O and Parlak, M., (2003); Soil Erosion Risk Assessment with ICONA Model, Case Study: Beypazari Area. Turkish Journal of Agriculture and Forestry For 27, pp 105-116.

https://journals.tubitak.gov.tr/agriculture/abstract.htm?id=6170

Farhan, Y., Nawaiseh, S., (2015); Spatial assessment of soil erosion risk using RUSLE and GIS techniques. Environmental Earth Sciences. 74(6), pp 4649-4669. https://link.springer.com/article/10.1007/s12665-015-4430-7

Ganasri, B.P., Ramesh, H., (2016); Assessment of soil erosion by RUSLE model using remote sensing and GIS - A case study of Nethravathi Basin. Geoscience Frontiers, 7(6), pp 953-961.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987115001255

Guo, Y., Xion, Y., (2017); Comparison of the implementation of three common types of coupled CFD-DEM model for simulating soil surface erosion. International Journal of Multiphase Flow, 91, 89-100.

https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2017.01.006

Jahun, B, G. Ibrahim, R. Dlamini, N, S. Musa, S.M., (2015); Review of Soil Erosion Assessment using RUSLE Model and GIS. Journal of Biology, Agriculture and Healthcare, 5(9), pp 36-47.

https://www.iiste.org/Journals/index.php/JBAH/article/view/22312

Kavuc Kalashami, H., Kheirkhah Zarkesh, M., Almodaresi, S. A., (2014); Water erosion risk assessment using models ICONA and techniques RS & GIS (case study catchment basin Babavly of Siahkal). International Journal of Forest, Soil and Erosion, 4(3), pp 69-81. https://www.ijfse.com/index.php/8-archive/32-volume-4-number-3-august-2014

Kouhpeima, A., Hashemi, S. A. A., Feiznia, S., (2011); A study on the efficiency of Erosion Potential Model (EPM) using reservoir sediments. Elixir Pollution, 38, pp 4135-4139. DOI: 10.14256/JCE.1602.2016

Moore, I. D., Wilson J. P., (1992); Length-slope factors for Revised Universal Soil Loss Equation. Simplified method of estimation. Journal of soil and water conservation, 47(5), pp 423- 428.

https://www.researchgate.net/publication/279600630

Pongsai, S., Schmidt, D.V. Rajendra, P. Shestha, R. Clemente S., Eiumnoh, A., (2010); Calibration and Validation of the Modified Universal Soil Loss Equation for Estimating Sediment Yield on Sloping Plots: A Case Study in Khun Satan Cachment of northern Thailand. Canadian Journal of Soil Sciences, 90(4), pp 585- 596.

https://www.researchgate.net/publication/258705248

Reis, m., Dutal, H., Bolat, N., Savac, G., (2017); Soil Erosion Risk Assessment Using GIS and ICONA: A Case Study in Kahramanmaras, Turkey. Journal of Agricultural Faculty of Gaziosmanpasa University. 34(1), pp 64-75.

https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/20183174459

Thapa, P., (2020); Spatial estimation of soil erosion using RUSLE modeling: a case study of Dolakha district, Nepal. Environmental Systems Research, 9(15), pp 1-10.

https://environmentalsystemsresearch.springeropen.com/articles/10.1186/s40068-020-00177-2

Wischmeier, W. H., Smith, D. D., (1978); Predicting rainfall erosion. losses: a guide to conservation planning. US Department of Agriculture, Washington, DC, Agriculture Handbook, 67p.