برآورد فرسایش و رسوب حوضه ی آبریز رودخانه ی گاوی با استفاده از روش MPSIAC در محیط GIS

نویسندگان

1 استاد گروه ژئو مورفولوژی دانشگاه تبریز

2 کارشناسی ارشد

3 استادیار گروه ژئومورفولوژی دانشگاه تبریز

4 کارشناسی ارشد، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان ایلام

چکیده

حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی واقع در جنوب­غرب شهرستان ایلام با مساحت 460 کیلومتر مربع می­باشد که وقوع انواع فرسایش در آن قابل ملاحظه بوده، لذا برآورد مقدار فرسایش و رسوب جهت طرح­های حفاظت آب و خاک ضروری می­نماید. روش تحقیق در این مطالعه مبتنی بر مطالعات کتابخانه­ای، میدانی و استفاده از مدل­های تجربی برآورد فرسایش و رسوب می باشد. در این تحقیق مدل تجربی MPSIAC، که بیشترین پارامترهای مؤثر در فرسایش و رسوب را در نظر می­گیرد، به عنوان تکنیک منتخب مورد استفاده قرار گرفته و پارامترهای محیطی در قالب این روش مورد بررسی قرار گرفته­اند و در نهایت نتایج حاصل با ایستگاه رسوب­سنجی تنگه باجک مقایسه گردید. در این مقاله از نرم­افزار GIS به منظور تهیه­ی لایه­های اطلاعاتی استفاده شده است. نـتایج این بررسی­ها، بیانگر این است که  مدل MPSIAC در این حوضه به خوبی پاسخ می­دهد، زیرا به عنوان نمونه مقدار رسوب برآورد شده در حوضه­ی مورد مطالعه با مدل MPSIAC  20/453 تن رسوب در کیلومتر مربع در سال و رسوب برآورد شده در ایستگاه هیدرومتری تنگه­ی باجک 23/461 تن در سال می­باشد، همچنین مشاهده گردید میزان رسوب برآورد شده در این حوضه در کلاس فرسایشی 4 و از نظر طبقه­بندی کیفی فرسایش در کلاس درجه­ی زیاد قرار داشته و طبق تعریف این کلاس می­توان گفت که در این حوضه جابجایی ذرات خاک به میزانی است که اجرای برنامه­های حفاظت خاک و آب ضرورت و اولویت داشته و استفاده از اراضی محدودیت زیادی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimates of Erosion Sediment of Gavi River Catchment Using Mpsiac Method in GIS Environment

نویسندگان [English]

  • Davood Mokhtari 1
  • Fatemeh Mohammazadeh Golani 2
  • Mohammadreza Nikjoo 3
  • Shamsollah Asghari 4
چکیده [English]



Estimates of Erosion Sediment of Gavi River Catchment Using Mpsiac  Method in GIS Environment
Davood Mokhtari[1]
Fatemeh Mohammazadeh Golani[2]*
Mohammadreza Nikjoo[3]
Shamsollah Asghari[4]
Abstract
Gavi river catchment is located in the south west of  Ilam city covering the area of 460 km² where different types of erosion incidences are noticeable therefore, estimating the amount of erosion and deposition is essential for soil and water conservation projects. The method of this study is based on litrature review, field and empirical models of erosion and sedimentation estimation. Empirical model of MPSIAC whit considers the most effective parameters in erosion and sediment is used as a chosen technique and the environmental parameters are analyzed in this format. At the end the results were compared to Bajk strait sediment station. GIS software is used to prepare the information layers. The results show that  MPSIAC model is a good model in this area, because as a sample, the estimated amount of sediment in the area using MPSIAC model was 20.453 tons per square kilometer of sediment  per year and estimated sediment in hydrometeric station of Bajak strait is 23.460 tons per year. It was also observed that the estimated  sediment  in this basin is in  erosional Class4 and  in terms of quality classification, erosion  is in high level  and according to the definition of this level it can be said that in this basin the relocation of the  soil particles (dust) is in  a rate that accomplishment of soil and water conservation programs should be in priority and lands usage should be limited.
Keywords: Gavi catchment, Erosion and sediment, MPSIAC, GIS.
 
 
 
 
 



[1]- Professor of Geomorphology, University of Tabriz, Tabriz, Iran.


[2]- Master Student of Geography, University of Tabriz, Tabriz, Iran,  Email:fa.mohammadzade@yahoo.com.


[3]- Associate Professor of Geomorphology, University of Tabriz, Tabriz, Iran.


[4]- Lecture of Agricultural Research Center of Ilam  Province.


 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Gavi catchment
  • Erosion and sediment
  • MPSIAC
  • GIS

مقدمه 

زمین از بدو پیدایش، در اثر نیروهای درونی و بیرونی دایماً در حال تحول و دگرگونی بوده است (رجایی، 1373). یکی از عواملی که موجب تغییر و تحول در نقاط مختلف زمین شده پدیده­ی فرسایش می­باشد که امروزه در تمام جهان به عنوان خطری برای رفاه بشر و بلکه حیات او شناخته شده است. امروزه تعیین بار رسوبی حوضه­ها برای استفاده در طرح­های توسعه­ی عمرانی ـ اقتصادی یک ضرورت است. معمولاً سیستم رسوب­دهی یک حوضه، بسیار پیچیده و در عین حال دارای تغییرپذیری زمانی و مکانی است و همچنان به منزله­ی یک چالش بزرگ پیش روی محققان در این زمینه باقی مانده است (هسو و همکاران[1]، 2012). اگرچه واژه­ی فرسایش در قرن نوزدهم برای عموم شناخته شده بود، اما واژه­ی فرسایش خاک بعداً وارد فرهنگ واژگان شد و در قرن بیستم مورد استفاده عمومی قرار گرفت (بیاتی­خطیبی، 1382). از لحاظ ژئومورفولوژی حصارهای کوهستانی، محیط شکل­زایی در سرزمین ایران را پر انرژی ساخته و در نتیجه به قدرت فرایندهای فرسایشی در این سرزمین افزوده­اند (علایی­طالقانی، 1388) در ژئومورفولوژی از فرسایش به عنوان یک فرایند نام برده می­شود (شایان، 1390). فرآیند فرسایش شامل سه مرحله­ی بـرداشت، حمل و رسوب­گذاری است (مایر و همکاران[2]، 1969). به طور کلی فرسایش فرایندی است که طی آن ذرات خاک از بستر اصلی خود جابجا شده و به کمک یک عامل انتقال­ دهنده به مکانی دیگر حمل می­شوند. در صورتی که عامل جدا کننده­ی ذرات از بستر و انتقال آنها به مکانی دیگر آب باشد  به آن فرسایش آبی گفته می­شود (علیزاده، 1390). هر ساله بالغ بر 20 تا 52 میلیارد تن رسوب توسط رودخانه­های جهان انتقال می­یابد و در آب­های ساکن ته­نشین می­شود (فیض­نیا و همکاران، 1381). برآورد رسوب رودخانه نیز از جمله مسایل مهم و کاربردی در مدیریت منابع آب می­باشد (احمدی و همکاران، 1391). برآورد صحیح از خطر فرسایش و مشخص کردن مناطق حساس به فرسایش در بهبود توصیه­های مدیریت اراضی و مقابله با فرسایش با روش­های مختلف نقش مهمی دارد (ویکتورا و همکاران، 1998).

اولین گزارش نسبتاً کامل در مورد فرسایش خاک و لزوم حفاظت آب و خاک در ایران در سال 1327 توسط داون و ریبن کارشناسان فائو به زبان انگلیسی تهیه و منتشر شد. روش پسیاک برای اولین بار در ایران در سال 1352 در حوضه­ی آبریز  سد دز استفاده شد. سپس با توجه به دقت نسبتاً خوب آن در مقایسه با سایر روش­ها و مدل­های تجربی در برخی از حوضه­های آبریز  کشور مانند دوخواهران، کهیر، زاینده رود، هلیل رود، دز، سروان، زیردان و اوزن دره مورد استفاده قرار گرفت. مومی­پور (1383)، دو مدل فرسایش MPSIAC،  RUSLEبا استفاده از دادهای دورسنجی و  GIS در زیرحوضه­ی اوجان چای را مورد مقایسه قرار داده، نتیجه­ی نهایی مبین این واقعیت است که مدل  MPSIACدر شرایط محیطی حوضه، نتایج قابل قبول­تری نسبت به دیگر مدل را دارد. عاقلی کهنه­شهری و صادقی (1384)، در مقاله­ای با مرور بر آثار مستقیم و غیرمستقیم فرسایش خاک، هزینه­های فرسایش خاک را محاسبه کردند. علیزاده گرجی (1385)، برآورد فرسایش و رسوب با استفاده از مدل  MPSIACدر محیط GIS حوضه­ی کلیجا نستاق را مورد بررسی قرار داده و به این نتیجه رسید که مدل ام پسیاک کاربرد قابل قبولی برای بررسی فرسایش و رسوب حوضه­ی مورد مطالعه را داشته است. منصوری دانشور و همکار (1391)، خیام و همکاران (1392)، در مقاله­ای تحت عـنوان مقایسه­ی کارایی مدل­های MPSIAC و  EP، به این نتیجه رسیدند که مدل MPSIAC با دقت 31/98 درصد رسوب حوضه را برآورد نموده است این در حالی است که مدل  EPMتنها 4/75 درصد رسوب مشاهده­ای حوضه را با متوسط شدت تولید رسوب 5133/111 تن بر هکتار در سال محاسبه نموده است.

محاسبه­ی میزان فرسایش در یک حوضه­­ی آبریز در صورت موجود بودن آمار کافی از دبی و رسوب، با بکارگیری روش­های آماری امکان­پذیر می­باشد. ولی نبود یا کمبود داد­ه­ها در زمینه­ی فرسایش خاک و تولید رسوب در بسیاری از حوضه­های کشور کاربرد روش­های تجربی را برای برآورد فرسایش خاک الزامی می­کند. بر این اساس، روش تجربی ام پسیاک با لحاظ کردن نه عامل مؤثر در فرسایش و تولید رسوب شامل زمین شناسی، خاک، اقلیم، رواناب، شیب، پوشش گیاهی زمین، کاربری اراضی، وضعیت فعلی فرسایش و فرسایش رودخانه­ای و حمل رسوب بیش از سایر مدل­ها در ایران مورد توجه قرار می­گیرد. در این پژوهش، نتایج مدل ام پسایک با نتایج ایستگاه رسوب­سنجی تنگه­ی باجک مقایسه شده است. هدف نهایی از این تحقیق بررسی میزان کارایی و دقت مدل تجربی MPSIAC در برآورد میزان رسوب حوضه و شناسایی عوامل مؤثرتر در فرسایش خاک و تولید رسوب حوضه­ی مورد مطالعه می­باشد. لازم به ذکر می­باشد که این پژوهش برای نخستین بار حوضه­ی مورد مطالعه را مورد بررسی قرار داده است. فرضیاتی که در این ارتباط مطرح شده، لیتولوژی بیشترین نقش را در ایـجاد فرسایش حوضه­­ی آبریز دارد و با توجه به ویـژگی­های طبیعی منطقه مدل MPSIAC می­تواند برای برآورد فرسایش و رسوب حوضه­ی مورد مطالعه استفاده شود.

منطقه­ی مورد مطالعه

حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی یکی از رودخانه­های حوضه­ی آبریز مهران در جنوب­غرب شهرستان ایلام با موقعیت جغرافیایی ¢24°46 تا  ¢36°46 طول شرقی و ¢12°33 تا ¢28°33 عرض شمالی واقع گردیده است (شکل 1). این حوضه بین حوضه­ی آبریز رودخانه­های چنگوله و کنجانچم  واقع گردیده است. کمترین ارتفاع حوضه­ی مورد مطالعه 409 متر در تنگ باجک محل احداث سد گاوی و بیشترین ارتفاع نیز در کوه ورزرین 2714 متر واقع در شمال حوضه می­باشد. با توجه به آمار و اطلاعات 15سال (1377-1392) ایستگاه­های باران­سنجی، بیشینه بارش سالانه در محدوده­ی مورد مطالعه، بین 515 میلی­متر در ایستگاه کشوری تا 376 میلی­متر در ایستگاه پیرمحمد متغیر است. با توجه به تقسیم­بندی که نبوی در سال 1355 انجام داده و پهنه­ی ایران را به 16 زون تقسیم کرده­اند (جداری­عیوضی، 1376)، حوضه­ی آبریز مورد مطالعه در زاگرس چین خورده قرار می­گیرد. این زون که کوه­های زاگرس را در بر می‌گیرد، ساخت زمین‌شناسی آن ساده، ملایم و شامل مجموعه‌ای از رشته تاقدیس­های نزدیک و به هم فشرده با سطح محدودی معمولاً قایم و روند شمال غربی، جنوب شرق است. رسوبات چین‌خورده­ی این منطقه به طور متناوب از آهک یا دولومیت همراه با مارن و مارن­های آهکی است که با چینه‌بندی کم و بیش ظریف مشخص‌اند. سنگ­های مارنی موجود در سطح حوضه بسیار ضعیف در مقابل عوامل فرسایش بوده و سالانه حجم قابل توجهی از رسوبات ناشی از فرسایش این سنگ­ها به همراه سیلاب­ها از این حوضه خارج می­شود.

 

شکل (1) موقعیت حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی

مواد و روش

روش مطالعه در این پژوهش شامل برآورد فرسایش و رسوب­زایی با استفاده از روش ام پسیاک و سپس مقایسه­ی نتایج این روش تجربی با برآورد واقعی حاصل شده از طریق داده­های ایستگاه رسوب­سنجی منطقه­ی مورد مطالعه می­باشد. داده­های مورد نیاز در این مطالعه شامل، نقشه­های توپوگرافی، تصاویر ماهواره­ای Land Sat ETM 2014 جهت تهیه­ی نقشه­ی پوشش زمین و کاربری اراضی، بازدیدهای صحرایی (جهت بررسی وضعیت فعلی فرسایش و فرسایش رودخانه­ای) و داده­های آب و هواشناسی سال­های 1377تا 1392 و مطالعات پیشین است. از مطالعات پیشین جهت بررسی پوشش گیاهی و محاسبه­ی ضریب فرسایش­پذیری خاک استفاده شده است. به منظور بالا بردن سرعت و دقت در محاسبات و تهیه­ی لایه­های اطلاعاتی روش MPSIAC، از دانش سنجش از دور و (نرم­افزار ArcGIS) جهت ژئورفرنس کردن و رقومی کردن نقشه­ها و تهیه­ی نقشه­های ثانوی از قبیل نقشه­های پوشش زمین، کاربری اراضی، زمین­شناسی و شیب مربوط به حوضه استفاده شده است.

در روش مورد مطالعه، تأثیر و نقش نه عامل مهم و مؤثر در فرسایش و تولید رسوب بر اساس جدول استاندارد و رابطه­های تعریف شده در مدل، محاسبه شده و سپس نتایج به صورت لایه­های اطلاعاتی با فرمت رستر وارد محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی گردیده است.

زمین­شناسی (y1) ـ در روش ام پسیاک امتیاز عامل زمین­شناسی از رابطه­ی (1)، جدول (1)، حاصل می­شود که بر اساس نوع سنگ، سختی، شکستگی و هوازدگی تعیین می­شود. لذا با توجه به مطالعات زمین­شناسی حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی بر اساس سازندهای موجود در این حوضه (شکل2) و همچنین مقاومت آنها در مقابل فرسایش، هر یک از سازندها امتیازدهی شده­اند که کمترین امتیاز در آنها به سازند سروک و بیشترین امتیاز به سازند گورپی نسبت داده شده است (جدول 3).  

خاک­شناسی (Y2)ـ در روش MPSIAC بـرای تعیین عامـل خاک از رابـطه­ی (2)، جـدول (1)، استفاده می­شود: که در آنX2  امتیاز رسوب­دهی خاک در روش پسیاک و k عامل فرسایش­پذیری خاک در فرمول جهانی فرسایش می­باشد. در فرمول جهانی فرسایش[3](USLE) برای تعیین k از مشخصه­های درصد سیلت به اضافه­ی شن خیلی ریز، درصد شن، درصد ماده­ی آلی، ساختمان خاک و قابلیت نفوذ استفاده به عمل می­آید (رفاهی، 1388). به منظور تعیین مشخصه­های درصدی جهت تعیین این عامل از گزارش خاک­شناسی حوضه (آنالیز فیزیکی شیمیایی پروفیل خاک حوضه­ی آبریز مهران) استفاده شده است.

آب و هوا (Y3)ـ جهت تعیین امتیاز عامل آب و هوا با توجه به رابطه­ی (3)، جدول (1)، نیاز به مقدار بارش 6 ساعته با دوره بازگشت 2 سال بر حسب میلی­متر می­باشد. لذا از روش بارش 24 ساعته با استفاده از فرمول تجربی زیر می­توان حداکثر بارش 6 ساعته با دوره برگشت T یا  را تخمین زد.

معادله­ی (1) 

   در این معادله t برحسب ساعت و T دوره برگشت بر حسب سال و بر حسب میلی­متر می­باشد (علیزاده،1390). برای بدست آوردن بارش 24 ساعته با دور برگشت 2 سال جهت تعیین امتیاز این عامل در حوضه­ی مورد مطالعه از آمار ایستگاه سینوپتیک ایلام و مهران استفاده شده است.

   رواناب (y4) ـ عامل رواناب به عنوان چهارمین پارامتر مندرج در مدل پسیاک اصلاح شده عبارت است از «بازده یک سیستم آبخیز که از نتیجه، عملکرد ساختمان آبخیز بر روی داده‌های آن (نزولات آسمانی) پدیدار می‌گردد (رفاهی، 1388). برای تعیین امتیاز عامل رواناب در روش MPSIAC از رابطه­ی (4)، جدول (1)، استفاده شده است که در این رابطه R: ارتفاع رواناب سالانه بر حسب میلیمتر، و q دبی ویژه پیک برحسب متر مکعب بر ثانیه در کیلومتر مربع می­باشد.

با استفاده از مطالعات هیدرولوژی و منابع آب حوضه­ی مورد مطالعه پس از مشخص شدن ارتفاع رواناب و دبی حداکثر سالانه در هر یک از واحدهای کاری نسبت به محاسبه­ی عامل رواناب در روش پسیاک اقدام گردید. جدول (2)، این محاسبات را نشان می­دهد.

توپوگرافی (Y5)ـ شیب حوضه­ نقش اساسی در میزان رواناب، مقدار نفوذ، شدت سیلاب­ها و میزان فرسایش دارد (مهدوی، 1384). در این مطالعه جهت استخراج پارامتر شیب، ابتدا نقشه­های توپوگرافی رقومی شده و سپس این خطوط در محیط  GISبه نقشه­ی مدل رقومی ارتفاعی DEM تبدیل شده­اند و آنگاه از این نقشه با دستور Slope در محیط نرم­افزار، نقشه درصد متوسط شیب استخراج گردید (شکل3)، سپس امتیاز این عامل تعیین گردیده است.

پوشش زمین (y6)ـ در مدل پسیاک اصلاح شده از رابطه­ی (6)، جدول (1)، جهت تعیین امتیاز عامل پوشش زمین استفاده ‌گردیده است. در تحقیق حاضر، به منظور تعیین عامل فوق، ابتدا با استفاده از تصویر ماهواره‌ای لندست از نوع TM[4] اقدام به تهیه­ی نقشه­ی پوشش زمین (شکل4)، از نظر مقدار گیاهی گردید و سپس با مطالعه­­ی میدانی و مشاهدات صحرایی تفاوت واحدهای گیاهی مشخص و مرز تیپ­ها اصلاح شده است و درصد اراضی لخت و فاقد پوشش هر واحد محاسبه شد و در نهایت عدد به دست آمده را در رابطه­ی مربوط قرار داده و امتیاز عامل پوشش زمین برآورد شده است.

نحوه­ی استفاده از زمین (Y7)ـ در روش ام پسیاک بر مبنای درصد تاج پوشش گیاهی، مشخصه­ی نحوه­ی استفاده از زمین محاسبه می­گردد. به منظور تعیین امتیاز عامل نحوه­ی استفاده از اراضی، ابتدا اقدام به تهیه­ی نقشه­ی کاربری اراضی (شکل 5) و سپس نقشه­ی پوشش گیاهی حوضه­ی آبریز مورد مطالعه با استفاده از تصویر ماهواره‌ای لندست از نوع TM گردید، سپس مساحت هر تیپ از پوشش گیاهی مشخص شده و در ادامه جهت تعیین وزن برای هر تیپ پوشش گیاهی از نتایج گزارش مطالعات پوشش گیاهی انجام شــده در استان استفاده شده است. در نهایت درصد تاج پوشش گیاهی هر واحد محاسبه و با استفاده از رابطه­ی (7)، جدول (1)، امتیاز عامل مربوطه تعیین می‌گردد.

جدول (1) عوامل مؤثر در مدل MPSIAC و نحوه­ی امتیازدهی به آنها

ردیف

عوامل مؤثر در فرسایش و تولید رسوب

شرح پارامترها

نحوه­ی محاسبه­ی امتیاز در روش MPSIAC

1

2

3

4

5

6

7

8

9

زمین­شناسی

خاک

آب و هوا

رواناب

پستی بلندی

پوشش گیاهی

کاربری اراضی

وضعیت فعلی فرسایش

فرسایش رودخانه­ای

 

 

X1: امتیاز حساسیت سنگ به فرسایش (10-0)

K: عامل فرسایش­پذیری خاک در معادله­ی جهانی

X3: بارندگی 6 ساعته با دوره بازگشت دو ساله

R: ارتفاع رواناب سالانه (mm)وQp دبی ویژه سالانه (K.)

S: درصد شیب

  : در صد اراضی لخت

 : درصد تاج پوشش گیاهی

SSF : امتیاز عامل سطحی خاک در مدل BLM

SS.F.G : امتیاز فرسایش خندقی در مدل B.L.M

رابطه­ی (1)

رابطه­ی (2) 16.67K=

رابطه­ی (3) 0.2  =

رابطه­ی (4)  0.0006 R+10=

رابطه­ی (5) 0.33 S=

رابطه­ی (6)  0.2  =

رابطه­ی (7) 20–0.2   =

رابطه­ی (8) 0.25 SSF   =

رابطه­ی (9)   1.67 SS.F.G=y9

منبع: (رفاهی، 1388)

وضعیت فعلی فرسایش در سطح حوضه­ی (y8)ـ در روش  MPSIACبرای تعیین امتیاز عامل وضعیت فعلی فرسایش، از رابطه­ی (8)، (جدول 1)، استفاده می­شود. تعیین این عامل در حوضه­ی مورد مطالعه با کمک اطلاعات مربوط به داده­های صحرایی، استفاده از نرم­افزاز گوگل ارث جهت بررسی مناطق دور از دسترس و با توجه به نوع فرسایش در سطح حوضه­ی آبریز با استفاده از جدول BLM[5] صورت گرفته است. پس از بررسی 7 عامل، وضعیت سـطح خاک و ارزیابی کـمی، مـجموع نـمره­های داده شـده را با هـم جمع کـرده، سپس بر

مجموع حداکثر نمرات هر عامل تقسیم نموده و حاصل را در 100 ضرب می­کنیم.

جدول (2) مشخصات هیدرولوژیکی حوضه­ی مورد مطالعه بر حسب زیرحوضه

              زیرحوضه

پارامترهای رواناب

A1

A2

A3

A4

کل حوضه

مساحت حوضه ()

97/115

51/119

96/129

83/94

27/460

ارتفاع متوسط m

1975

1340

1170

980

1565

بارش سالانه mm

74/396

87/356

20/346

26/334

09/371

ارتفاع رواناب mm

2/330

39/485

175

47/126

82/242

دبی اوجsec /

47/35

72/26

03/27

52/35

91/27

دبی ویژه پیک/sec

30/0

22/0

20/0

37/0

06/0

امتیاز عامل رواناب

61/0

46/0

40/0

74/0

61/0

جدول (3) نحوه­ی امتیازدهی به عامل زمین­شناسی در مدل MPSIAC

 

حساسیت نسبت به فرسایش

کد فرسایش­پذیری

واحدسنگی

لیتولوژی

 

کم

3

SV

سنگ آهک خاکستری تا سیاه توده­ای تا نازک لایه چرت­دار (سازند سروک)

 

4

Qf2

رسوبات مخروطه افکنه­ای دانه درشت

 

 

متوسط

 

5

II

 

AS

سنگ آهک خاکستری تا سفید رنگ متوسط تا نازک لایه و میان لایه­ی ایشیل (سازند ایلام)

سنگ آهک نازک لایه­ تا توده­ای کرم تا سفید رنگ (سازند آسماری)

 

6

Sg

شیل خاکستری تیره پیرت­دار ولایه­های سنگ آهک زرد رنگ (سازند سروگاه)

 

زیاد

8

Qfi

رسوبات مخروطه افکنه­ای دانه ریز قدیمی

 

بسیار زیاد

9

Pb

 

GU 

تناوب شیل خاکستری تا شیری و آهک مارنی و مارن (سازند پابده)

تناوب شیل و اهک مارنی و مارن (سازند گورپی)

         

منبع: (منابع طبیعی استان ایلام، 1390)

فرسایش رودخانه­ای (Y9)ـ برای تعیین امتیاز این عامل از رابطه­ی (9)، (جدول 1)، استفاده شده است. به منظور تعیین امتیاز فرسایش رودخانه­ای، SSf[6] به عنوان یکی از پارامترهای جدول BLM مد نظر قرار گرفته و در نهایت به صورت لایه­ای اطلاعاتی با فرمت رستری وارد محیط  GISگردیده است.

 

شکل (2) نقشه­ی زمین­شناسی حوضه­ی آبریز رودخانه­­ی گاوی

 

شکل (3) نقشه­ی شیب حوضه، حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی

 

شکل (4) نقشه­ی پوشش زمین حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی

 

شکل (5) نقشه­ی کاربری اراضی حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی

تعیین درجه­ی رسوبدهی واحدهای هیدرولوِژیکی

پس از وزن­دهی و نهایی­سازی لایه­های اطلاعاتی که به صورت لایه­های وزنی درآمده­اند برای تهیه­ی نقشه­ی فرسایش حوضه (شکل 6)،  لازم است این عوامل را با هم تلفیق کنیم، لازم به ذکر است لایه­های وزنی باید به صورت رستری باشند تا امکان تلفیق آنها وجود داشته باشد.

سپس به منظور تعیین میزان فرسایش هر یک از واحدهای هیدرولوژیکی، شناسایی تأثیرگذارترین عامل در تولید رسوب و نیز تشخیص واحدهای بحرانی از نظر تولید رسوب، محاسبه­ی درجه­ی رسوب­دهی هر یک از این واحدها ضروری است. برای این منظور مجموع امتیاز عوامل نه گانه در هر واحد محاسبه و درجه­ی رسوب­دهی آن واحد مشخص می‌گردد (جدول 4).

 

شکل(6) نقشه­ی شدت فرسایش حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی

به منظور بررسی بیشتر و تعیین میزان فرسایش و رسوب­زایی در سطح حوضه از جدول (5)، که در این زمینه تهیه شده است، استفاده می­شود.

در نهایت برای اعمال دقت بیشتر و پرهیز از اشتباه در عمل درون­یابی و برون­یابی برای برآورد فرسایش و تولید رسوب طبق مدل ام پسیاک از رابطه بین درجه­ی رسوب­دهی و میزان تولید رسوب، رابطه­ی (10)، استفاده

به عمل می­آید (صفامنش و همکاران[7]، 2006):

رابطه­ی (10)            18.6=Qs

در این رابطه  QSمیزان رسوبدهی سالانه بر حسب متر مکعب در کیلومتر مربع،e  عدد نپرین که تقریباً برابر با 718/2 می­باشد وR  درجه­ی رسوبدهی یعنی مجموع امتیازات عوامل مختلف در نظر گرفته شده در مدل  MPSIACمی­باشد. لازم به ذکر می­باشد که وزن مخصوص برای حوضه­ی مورد مطالعه با توجه به مطالعات انجام شده توسط امور آب استان بر روی رودخانه، 5/1 در نظر گرفته می­شود.

برای محاسبه­یSDR  از روش لارنس[8] رابطه­ی (11) استفاده شده است و برای تعیین فرسایش کل بایستی فرسایش ویژه را در کل مساحت هر زیر حوضه ضرب کنیم (افسری و قدوسی 1390).

رابطه­ی (11)      SDR =

جدول (4) داده­های لازم جهت محاسبه درجه­ی رسوبدهی واحدهای هیدرولوژیکی حوضه­ی آبریز رودخانه­ی  گاوی

کل حوضه

واحدهای هیدرولوژیکی

عامل

A4

A3

A2

A1

74/5

23/5

65/6

46/5

46/5

زمین­شناسی

44/8

16/8

58/8

38/8

66/8

خاک

11/5

88/2

69/4

55/6

34/6

آب و هوا

5/0

74/0

40/0

46/0

61/0

رواناب

43/11

40/13

68/10

87/11

80/9

توپوگرافی

41/7

05/6

07/8

48/6

33/9

پوشش زمین

48/18

05/17

76/18

96/18

16/19

کاربری اراضی

33/13

28/16

27/14

58/11

2/11

وضعیت فرسایش فعلی

03/7

67/3

27/6

01/7

68/8

فرسایش رودخانه­ای

47/77

64/73

37/78

75/76

24/79

 مجموع امتیازات R

جدول (5) تعیین میزان تولید رسوب سالانه و کلاس فرسایش خاک در روش MPSIAC

کلاس رسوب­دهی و فرسایش

شدت رسوبدهی

تولید رسوب سالانه

نمرات نشان­دهنده­ی شدت رسوبدهی

متر مکعب در کیلو متر مربع

تن در کیلومتر مربع

V

خیلی زیاد

1429<

5/2143<

100<

IV

زیاد

1429-476

5/2143 - 714

100-75

III

متوسط

476-238

714 – 357

75-50

II

کم

238-95

357 – 5/142

50-25

I

خیلی کم یا جزیی

95>

5/142>

25-0

منبع: (رفاهی، 1385)

بحث و نتایج

این پژوهش با هدف برآورد فرسایش و رسوب­زایی حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی به روش ام پسایک و مقایسه­­ی نتایج با برآورد واقعی انجام شده است. نتایج بررسی روش ام پسیاک و 9 پارامتر این روش برای 4 زیرحوضه تعیین شده (جدول 6)، نشان می­دهد که با توجه به مجموع امتیازات پارامترهای مؤثر در فرسایش و رسوب، حوضه­ی مورد مطالعه بـه صورت کلی با درجه­ی رسوب­دهی 47/77 در کلاس فرسایشی زیـاد قرار می­گیرد و میزان تولید رسـوب این کلاس  1429-476 متر مکعب در کیلومتر مربع و 5/2143-714 تن در کیلومتر مربع می­باشد. با اعمال رابطه­ی (10)، میزان رسوب­دهی سالانه برابر  13/302 متر مکعب در کیلومتر مربع برآورد گردیده که با دخالت دادن وزن مخصوص (5/1)، معادل 20/453 تن رسوب در کیلومتر مربع است.

جدول (6) نتایج مدل  MPSIACدر حوضه

پارامترهای رسوب و فرسایش

واحدهای هیدرولوژیکی حوضه­ی آبریز گاوی

A1

A2

A3

A4

کل حوضه

مساحت کل Km2

97/115

51/119

96/129

83/94

27/460

رسوب ویژه Km2/m3 (Qs)

10/322

79/293

27/312

45/263

13/302

وزن مخصوص رسوب   m/Ton

5/1

5/1

5/1

5/1

5/1

رسوب ویژه  Ton/.Km2.yr

15/483

68/440

40/468

18/395

20/453

رسوب کل  Ton.yr

11/56031

80/52666

96/60873

31/37475

21/208595

SDR

38/0

38/0

37/0

40/0

29/0

فرسایش ویژه Ton/.Km2.yr

44/1271

68/1159

94/1265

95/987

75/1562

فرسایش کل  Ton.yr

75/147449

86/138593

33/164522

29/93687

91/719290

نتیجه­گیری

نتایج حاصله نشان مـی­دهد که منطقه­ی مورد مطالعه از لـحاظ فرسایش­پذیری در رده­ی فرسایشی زیـاد قـرار می­گیرد و طبق تعریف این کلاس می­توان گفت که در این حوضه جابجایی ذرات خاک به میزانی است که اجرای برنامه­های حفاظت خاک و آب ضرورت و اولویت داشته و استفاده از اراضی محدودیت زیادی دارد. همچنین مدل MPSIAC در این حوضه به خوبی پاسخ می­دهد و فرضیه­ی اول تأیید می­شود، زیرا به عنوان نمونه مقدار رسوب برآورد شده در حوضه­ی مورد مطالعه با مدل ام پسیاک 20/453 تن رسوب در کیلومتر مربع در سال  و رسوب برآورد شده در ایستگاه رسوب­سنجی حوضه­ی مربوطه 23/461 تن رسوب در کیلومتر مربع در سال می­باشد، دلیل دقت این روش می­تواند این باشد که این روش به عنوان جغرافیایی­ترین مدل در برگیرنده­ی 9 پارامتر تأثیرگذار در تولید فرسایش و رسوب می­باشد. در مورد فرضیه­ی دوم قبل از انجام تحقیق با توجه به بازدیدهای به عمل آمده از منطقه مورد مطالعه به نظر می­رسید که از بین عوامل مؤثر در فرسایش، لیتولوژی با توجه به سازندهای حساس به فرسایش، بیشترین تأثیر را در فرسایش حوضه داشته باشد، در حالی که نتایج حاصل شده از طریق مدل تجربی عامل کاربری با امتیاز 48/18را به عنوان عوامل مؤثر در فرسایش حوضه در اولویت اول و عامل زمین­شناسی با امتیاز 76/5 در اولویت ششم  قرار می­دهد. بر این اساس فرضیه­ی فوق رد می­شود. در پایان باید اشاره کرد که با توجه به اینکه حوضه از نظر تقسیم­بندی واحد اراضی در گروه دشت­های دامنه­ای با شیب ملایم قرار می­گیرد و مناسب کشت غلات به صورت دیم و مرتع آن محل قشلاق عشایر می­باشد، در نتیجه این شرایط تأثیر عامل کاربری اراضی را تأیید می­کند.



[1]- Hsu et al.,                                                     

[2]- Mayer et al.,

1- Unirersal Soil Loss Equation

1- Thematic Mapper

[5]- Burau of Land Management

[6]- Soil Surface Factor

[7]- Safamanesh et al., 2006  

2- Larens

مقدمه 

زمین از بدو پیدایش، در اثر نیروهای درونی و بیرونی دایماً در حال تحول و دگرگونی بوده است (رجایی، 1373). یکی از عواملی که موجب تغییر و تحول در نقاط مختلف زمین شده پدیده­ی فرسایش می­باشد که امروزه در تمام جهان به عنوان خطری برای رفاه بشر و بلکه حیات او شناخته شده است. امروزه تعیین بار رسوبی حوضه­ها برای استفاده در طرح­های توسعه­ی عمرانی ـ اقتصادی یک ضرورت است. معمولاً سیستم رسوب­دهی یک حوضه، بسیار پیچیده و در عین حال دارای تغییرپذیری زمانی و مکانی است و همچنان به منزله­ی یک چالش بزرگ پیش روی محققان در این زمینه باقی مانده است (هسو و همکاران[1]، 2012). اگرچه واژه­ی فرسایش در قرن نوزدهم برای عموم شناخته شده بود، اما واژه­ی فرسایش خاک بعداً وارد فرهنگ واژگان شد و در قرن بیستم مورد استفاده عمومی قرار گرفت (بیاتی­خطیبی، 1382). از لحاظ ژئومورفولوژی حصارهای کوهستانی، محیط شکل­زایی در سرزمین ایران را پر انرژی ساخته و در نتیجه به قدرت فرایندهای فرسایشی در این سرزمین افزوده­اند (علایی­طالقانی، 1388) در ژئومورفولوژی از فرسایش به عنوان یک فرایند نام برده می­شود (شایان، 1390). فرآیند فرسایش شامل سه مرحله­ی بـرداشت، حمل و رسوب­گذاری است (مایر و همکاران[2]، 1969). به طور کلی فرسایش فرایندی است که طی آن ذرات خاک از بستر اصلی خود جابجا شده و به کمک یک عامل انتقال­ دهنده به مکانی دیگر حمل می­شوند. در صورتی که عامل جدا کننده­ی ذرات از بستر و انتقال آنها به مکانی دیگر آب باشد  به آن فرسایش آبی گفته می­شود (علیزاده، 1390). هر ساله بالغ بر 20 تا 52 میلیارد تن رسوب توسط رودخانه­های جهان انتقال می­یابد و در آب­های ساکن ته­نشین می­شود (فیض­نیا و همکاران، 1381). برآورد رسوب رودخانه نیز از جمله مسایل مهم و کاربردی در مدیریت منابع آب می­باشد (احمدی و همکاران، 1391). برآورد صحیح از خطر فرسایش و مشخص کردن مناطق حساس به فرسایش در بهبود توصیه­های مدیریت اراضی و مقابله با فرسایش با روش­های مختلف نقش مهمی دارد (ویکتورا و همکاران، 1998).

اولین گزارش نسبتاً کامل در مورد فرسایش خاک و لزوم حفاظت آب و خاک در ایران در سال 1327 توسط داون و ریبن کارشناسان فائو به زبان انگلیسی تهیه و منتشر شد. روش پسیاک برای اولین بار در ایران در سال 1352 در حوضه­ی آبریز  سد دز استفاده شد. سپس با توجه به دقت نسبتاً خوب آن در مقایسه با سایر روش­ها و مدل­های تجربی در برخی از حوضه­های آبریز  کشور مانند دوخواهران، کهیر، زاینده رود، هلیل رود، دز، سروان، زیردان و اوزن دره مورد استفاده قرار گرفت. مومی­پور (1383)، دو مدل فرسایش MPSIAC،  RUSLEبا استفاده از دادهای دورسنجی و  GIS در زیرحوضه­ی اوجان چای را مورد مقایسه قرار داده، نتیجه­ی نهایی مبین این واقعیت است که مدل  MPSIACدر شرایط محیطی حوضه، نتایج قابل قبول­تری نسبت به دیگر مدل را دارد. عاقلی کهنه­شهری و صادقی (1384)، در مقاله­ای با مرور بر آثار مستقیم و غیرمستقیم فرسایش خاک، هزینه­های فرسایش خاک را محاسبه کردند. علیزاده گرجی (1385)، برآورد فرسایش و رسوب با استفاده از مدل  MPSIACدر محیط GIS حوضه­ی کلیجا نستاق را مورد بررسی قرار داده و به این نتیجه رسید که مدل ام پسیاک کاربرد قابل قبولی برای بررسی فرسایش و رسوب حوضه­ی مورد مطالعه را داشته است. منصوری دانشور و همکار (1391)، خیام و همکاران (1392)، در مقاله­ای تحت عـنوان مقایسه­ی کارایی مدل­های MPSIAC و  EP، به این نتیجه رسیدند که مدل MPSIAC با دقت 31/98 درصد رسوب حوضه را برآورد نموده است این در حالی است که مدل  EPMتنها 4/75 درصد رسوب مشاهده­ای حوضه را با متوسط شدت تولید رسوب 5133/111 تن بر هکتار در سال محاسبه نموده است.

محاسبه­ی میزان فرسایش در یک حوضه­­ی آبریز در صورت موجود بودن آمار کافی از دبی و رسوب، با بکارگیری روش­های آماری امکان­پذیر می­باشد. ولی نبود یا کمبود داد­ه­ها در زمینه­ی فرسایش خاک و تولید رسوب در بسیاری از حوضه­های کشور کاربرد روش­های تجربی را برای برآورد فرسایش خاک الزامی می­کند. بر این اساس، روش تجربی ام پسیاک با لحاظ کردن نه عامل مؤثر در فرسایش و تولید رسوب شامل زمین شناسی، خاک، اقلیم، رواناب، شیب، پوشش گیاهی زمین، کاربری اراضی، وضعیت فعلی فرسایش و فرسایش رودخانه­ای و حمل رسوب بیش از سایر مدل­ها در ایران مورد توجه قرار می­گیرد. در این پژوهش، نتایج مدل ام پسایک با نتایج ایستگاه رسوب­سنجی تنگه­ی باجک مقایسه شده است. هدف نهایی از این تحقیق بررسی میزان کارایی و دقت مدل تجربی MPSIAC در برآورد میزان رسوب حوضه و شناسایی عوامل مؤثرتر در فرسایش خاک و تولید رسوب حوضه­ی مورد مطالعه می­باشد. لازم به ذکر می­باشد که این پژوهش برای نخستین بار حوضه­ی مورد مطالعه را مورد بررسی قرار داده است. فرضیاتی که در این ارتباط مطرح شده، لیتولوژی بیشترین نقش را در ایـجاد فرسایش حوضه­­ی آبریز دارد و با توجه به ویـژگی­های طبیعی منطقه مدل MPSIAC می­تواند برای برآورد فرسایش و رسوب حوضه­ی مورد مطالعه استفاده شود.

منطقه­ی مورد مطالعه

حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی یکی از رودخانه­های حوضه­ی آبریز مهران در جنوب­غرب شهرستان ایلام با موقعیت جغرافیایی ¢24°46 تا  ¢36°46 طول شرقی و ¢12°33 تا ¢28°33 عرض شمالی واقع گردیده است (شکل 1). این حوضه بین حوضه­ی آبریز رودخانه­های چنگوله و کنجانچم  واقع گردیده است. کمترین ارتفاع حوضه­ی مورد مطالعه 409 متر در تنگ باجک محل احداث سد گاوی و بیشترین ارتفاع نیز در کوه ورزرین 2714 متر واقع در شمال حوضه می­باشد. با توجه به آمار و اطلاعات 15سال (1377-1392) ایستگاه­های باران­سنجی، بیشینه بارش سالانه در محدوده­ی مورد مطالعه، بین 515 میلی­متر در ایستگاه کشوری تا 376 میلی­متر در ایستگاه پیرمحمد متغیر است. با توجه به تقسیم­بندی که نبوی در سال 1355 انجام داده و پهنه­ی ایران را به 16 زون تقسیم کرده­اند (جداری­عیوضی، 1376)، حوضه­ی آبریز مورد مطالعه در زاگرس چین خورده قرار می­گیرد. این زون که کوه­های زاگرس را در بر می‌گیرد، ساخت زمین‌شناسی آن ساده، ملایم و شامل مجموعه‌ای از رشته تاقدیس­های نزدیک و به هم فشرده با سطح محدودی معمولاً قایم و روند شمال غربی، جنوب شرق است. رسوبات چین‌خورده­ی این منطقه به طور متناوب از آهک یا دولومیت همراه با مارن و مارن­های آهکی است که با چینه‌بندی کم و بیش ظریف مشخص‌اند. سنگ­های مارنی موجود در سطح حوضه بسیار ضعیف در مقابل عوامل فرسایش بوده و سالانه حجم قابل توجهی از رسوبات ناشی از فرسایش این سنگ­ها به همراه سیلاب­ها از این حوضه خارج می­شود.

 

شکل (1) موقعیت حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی

مواد و روش

روش مطالعه در این پژوهش شامل برآورد فرسایش و رسوب­زایی با استفاده از روش ام پسیاک و سپس مقایسه­ی نتایج این روش تجربی با برآورد واقعی حاصل شده از طریق داده­های ایستگاه رسوب­سنجی منطقه­ی مورد مطالعه می­باشد. داده­های مورد نیاز در این مطالعه شامل، نقشه­های توپوگرافی، تصاویر ماهواره­ای Land Sat ETM 2014 جهت تهیه­ی نقشه­ی پوشش زمین و کاربری اراضی، بازدیدهای صحرایی (جهت بررسی وضعیت فعلی فرسایش و فرسایش رودخانه­ای) و داده­های آب و هواشناسی سال­های 1377تا 1392 و مطالعات پیشین است. از مطالعات پیشین جهت بررسی پوشش گیاهی و محاسبه­ی ضریب فرسایش­پذیری خاک استفاده شده است. به منظور بالا بردن سرعت و دقت در محاسبات و تهیه­ی لایه­های اطلاعاتی روش MPSIAC، از دانش سنجش از دور و (نرم­افزار ArcGIS) جهت ژئورفرنس کردن و رقومی کردن نقشه­ها و تهیه­ی نقشه­های ثانوی از قبیل نقشه­های پوشش زمین، کاربری اراضی، زمین­شناسی و شیب مربوط به حوضه استفاده شده است.

در روش مورد مطالعه، تأثیر و نقش نه عامل مهم و مؤثر در فرسایش و تولید رسوب بر اساس جدول استاندارد و رابطه­های تعریف شده در مدل، محاسبه شده و سپس نتایج به صورت لایه­های اطلاعاتی با فرمت رستر وارد محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی گردیده است.

زمین­شناسی (y1) ـ در روش ام پسیاک امتیاز عامل زمین­شناسی از رابطه­ی (1)، جدول (1)، حاصل می­شود که بر اساس نوع سنگ، سختی، شکستگی و هوازدگی تعیین می­شود. لذا با توجه به مطالعات زمین­شناسی حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی بر اساس سازندهای موجود در این حوضه (شکل2) و همچنین مقاومت آنها در مقابل فرسایش، هر یک از سازندها امتیازدهی شده­اند که کمترین امتیاز در آنها به سازند سروک و بیشترین امتیاز به سازند گورپی نسبت داده شده است (جدول 3).  

خاک­شناسی (Y2)ـ در روش MPSIAC بـرای تعیین عامـل خاک از رابـطه­ی (2)، جـدول (1)، استفاده می­شود: که در آنX2  امتیاز رسوب­دهی خاک در روش پسیاک و k عامل فرسایش­پذیری خاک در فرمول جهانی فرسایش می­باشد. در فرمول جهانی فرسایش[3](USLE) برای تعیین k از مشخصه­های درصد سیلت به اضافه­ی شن خیلی ریز، درصد شن، درصد ماده­ی آلی، ساختمان خاک و قابلیت نفوذ استفاده به عمل می­آید (رفاهی، 1388). به منظور تعیین مشخصه­های درصدی جهت تعیین این عامل از گزارش خاک­شناسی حوضه (آنالیز فیزیکی شیمیایی پروفیل خاک حوضه­ی آبریز مهران) استفاده شده است.

آب و هوا (Y3)ـ جهت تعیین امتیاز عامل آب و هوا با توجه به رابطه­ی (3)، جدول (1)، نیاز به مقدار بارش 6 ساعته با دوره بازگشت 2 سال بر حسب میلی­متر می­باشد. لذا از روش بارش 24 ساعته با استفاده از فرمول تجربی زیر می­توان حداکثر بارش 6 ساعته با دوره برگشت T یا  را تخمین زد.

معادله­ی (1) 

   در این معادله t برحسب ساعت و T دوره برگشت بر حسب سال و بر حسب میلی­متر می­باشد (علیزاده،1390). برای بدست آوردن بارش 24 ساعته با دور برگشت 2 سال جهت تعیین امتیاز این عامل در حوضه­ی مورد مطالعه از آمار ایستگاه سینوپتیک ایلام و مهران استفاده شده است.

   رواناب (y4) ـ عامل رواناب به عنوان چهارمین پارامتر مندرج در مدل پسیاک اصلاح شده عبارت است از «بازده یک سیستم آبخیز که از نتیجه، عملکرد ساختمان آبخیز بر روی داده‌های آن (نزولات آسمانی) پدیدار می‌گردد (رفاهی، 1388). برای تعیین امتیاز عامل رواناب در روش MPSIAC از رابطه­ی (4)، جدول (1)، استفاده شده است که در این رابطه R: ارتفاع رواناب سالانه بر حسب میلیمتر، و q دبی ویژه پیک برحسب متر مکعب بر ثانیه در کیلومتر مربع می­باشد.

با استفاده از مطالعات هیدرولوژی و منابع آب حوضه­ی مورد مطالعه پس از مشخص شدن ارتفاع رواناب و دبی حداکثر سالانه در هر یک از واحدهای کاری نسبت به محاسبه­ی عامل رواناب در روش پسیاک اقدام گردید. جدول (2)، این محاسبات را نشان می­دهد.

توپوگرافی (Y5)ـ شیب حوضه­ نقش اساسی در میزان رواناب، مقدار نفوذ، شدت سیلاب­ها و میزان فرسایش دارد (مهدوی، 1384). در این مطالعه جهت استخراج پارامتر شیب، ابتدا نقشه­های توپوگرافی رقومی شده و سپس این خطوط در محیط  GISبه نقشه­ی مدل رقومی ارتفاعی DEM تبدیل شده­اند و آنگاه از این نقشه با دستور Slope در محیط نرم­افزار، نقشه درصد متوسط شیب استخراج گردید (شکل3)، سپس امتیاز این عامل تعیین گردیده است.

پوشش زمین (y6)ـ در مدل پسیاک اصلاح شده از رابطه­ی (6)، جدول (1)، جهت تعیین امتیاز عامل پوشش زمین استفاده ‌گردیده است. در تحقیق حاضر، به منظور تعیین عامل فوق، ابتدا با استفاده از تصویر ماهواره‌ای لندست از نوع TM[4] اقدام به تهیه­ی نقشه­ی پوشش زمین (شکل4)، از نظر مقدار گیاهی گردید و سپس با مطالعه­­ی میدانی و مشاهدات صحرایی تفاوت واحدهای گیاهی مشخص و مرز تیپ­ها اصلاح شده است و درصد اراضی لخت و فاقد پوشش هر واحد محاسبه شد و در نهایت عدد به دست آمده را در رابطه­ی مربوط قرار داده و امتیاز عامل پوشش زمین برآورد شده است.

نحوه­ی استفاده از زمین (Y7)ـ در روش ام پسیاک بر مبنای درصد تاج پوشش گیاهی، مشخصه­ی نحوه­ی استفاده از زمین محاسبه می­گردد. به منظور تعیین امتیاز عامل نحوه­ی استفاده از اراضی، ابتدا اقدام به تهیه­ی نقشه­ی کاربری اراضی (شکل 5) و سپس نقشه­ی پوشش گیاهی حوضه­ی آبریز مورد مطالعه با استفاده از تصویر ماهواره‌ای لندست از نوع TM گردید، سپس مساحت هر تیپ از پوشش گیاهی مشخص شده و در ادامه جهت تعیین وزن برای هر تیپ پوشش گیاهی از نتایج گزارش مطالعات پوشش گیاهی انجام شــده در استان استفاده شده است. در نهایت درصد تاج پوشش گیاهی هر واحد محاسبه و با استفاده از رابطه­ی (7)، جدول (1)، امتیاز عامل مربوطه تعیین می‌گردد.

جدول (1) عوامل مؤثر در مدل MPSIAC و نحوه­ی امتیازدهی به آنها

ردیف

عوامل مؤثر در فرسایش و تولید رسوب

شرح پارامترها

نحوه­ی محاسبه­ی امتیاز در روش MPSIAC

1

2

3

4

5

6

7

8

9

زمین­شناسی

خاک

آب و هوا

رواناب

پستی بلندی

پوشش گیاهی

کاربری اراضی

وضعیت فعلی فرسایش

فرسایش رودخانه­ای

 

 

X1: امتیاز حساسیت سنگ به فرسایش (10-0)

K: عامل فرسایش­پذیری خاک در معادله­ی جهانی

X3: بارندگی 6 ساعته با دوره بازگشت دو ساله

R: ارتفاع رواناب سالانه (mm)وQp دبی ویژه سالانه (K.)

S: درصد شیب

  : در صد اراضی لخت

 : درصد تاج پوشش گیاهی

SSF : امتیاز عامل سطحی خاک در مدل BLM

SS.F.G : امتیاز فرسایش خندقی در مدل B.L.M

رابطه­ی (1)

رابطه­ی (2) 16.67K=

رابطه­ی (3) 0.2  =

رابطه­ی (4)  0.0006 R+10=

رابطه­ی (5) 0.33 S=

رابطه­ی (6)  0.2  =

رابطه­ی (7) 20–0.2   =

رابطه­ی (8) 0.25 SSF   =

رابطه­ی (9)   1.67 SS.F.G=y9

منبع: (رفاهی، 1388)

وضعیت فعلی فرسایش در سطح حوضه­ی (y8)ـ در روش  MPSIACبرای تعیین امتیاز عامل وضعیت فعلی فرسایش، از رابطه­ی (8)، (جدول 1)، استفاده می­شود. تعیین این عامل در حوضه­ی مورد مطالعه با کمک اطلاعات مربوط به داده­های صحرایی، استفاده از نرم­افزاز گوگل ارث جهت بررسی مناطق دور از دسترس و با توجه به نوع فرسایش در سطح حوضه­ی آبریز با استفاده از جدول BLM[5] صورت گرفته است. پس از بررسی 7 عامل، وضعیت سـطح خاک و ارزیابی کـمی، مـجموع نـمره­های داده شـده را با هـم جمع کـرده، سپس بر

مجموع حداکثر نمرات هر عامل تقسیم نموده و حاصل را در 100 ضرب می­کنیم.

جدول (2) مشخصات هیدرولوژیکی حوضه­ی مورد مطالعه بر حسب زیرحوضه

              زیرحوضه

پارامترهای رواناب

A1

A2

A3

A4

کل حوضه

مساحت حوضه ()

97/115

51/119

96/129

83/94

27/460

ارتفاع متوسط m

1975

1340

1170

980

1565

بارش سالانه mm

74/396

87/356

20/346

26/334

09/371

ارتفاع رواناب mm

2/330

39/485

175

47/126

82/242

دبی اوجsec /

47/35

72/26

03/27

52/35

91/27

دبی ویژه پیک/sec

30/0

22/0

20/0

37/0

06/0

امتیاز عامل رواناب

61/0

46/0

40/0

74/0

61/0

جدول (3) نحوه­ی امتیازدهی به عامل زمین­شناسی در مدل MPSIAC

 

حساسیت نسبت به فرسایش

کد فرسایش­پذیری

واحدسنگی

لیتولوژی

 

کم

3

SV

سنگ آهک خاکستری تا سیاه توده­ای تا نازک لایه چرت­دار (سازند سروک)

 

4

Qf2

رسوبات مخروطه افکنه­ای دانه درشت

 

 

متوسط

 

5

II

 

AS

سنگ آهک خاکستری تا سفید رنگ متوسط تا نازک لایه و میان لایه­ی ایشیل (سازند ایلام)

سنگ آهک نازک لایه­ تا توده­ای کرم تا سفید رنگ (سازند آسماری)

 

6

Sg

شیل خاکستری تیره پیرت­دار ولایه­های سنگ آهک زرد رنگ (سازند سروگاه)

 

زیاد

8

Qfi

رسوبات مخروطه افکنه­ای دانه ریز قدیمی

 

بسیار زیاد

9

Pb

 

GU 

تناوب شیل خاکستری تا شیری و آهک مارنی و مارن (سازند پابده)

تناوب شیل و اهک مارنی و مارن (سازند گورپی)

         

منبع: (منابع طبیعی استان ایلام، 1390)

فرسایش رودخانه­ای (Y9)ـ برای تعیین امتیاز این عامل از رابطه­ی (9)، (جدول 1)، استفاده شده است. به منظور تعیین امتیاز فرسایش رودخانه­ای، SSf[6] به عنوان یکی از پارامترهای جدول BLM مد نظر قرار گرفته و در نهایت به صورت لایه­ای اطلاعاتی با فرمت رستری وارد محیط  GISگردیده است.

 

شکل (2) نقشه­ی زمین­شناسی حوضه­ی آبریز رودخانه­­ی گاوی

 

شکل (3) نقشه­ی شیب حوضه، حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی

 

شکل (4) نقشه­ی پوشش زمین حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی

 

شکل (5) نقشه­ی کاربری اراضی حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی

تعیین درجه­ی رسوبدهی واحدهای هیدرولوِژیکی

پس از وزن­دهی و نهایی­سازی لایه­های اطلاعاتی که به صورت لایه­های وزنی درآمده­اند برای تهیه­ی نقشه­ی فرسایش حوضه (شکل 6)،  لازم است این عوامل را با هم تلفیق کنیم، لازم به ذکر است لایه­های وزنی باید به صورت رستری باشند تا امکان تلفیق آنها وجود داشته باشد.

سپس به منظور تعیین میزان فرسایش هر یک از واحدهای هیدرولوژیکی، شناسایی تأثیرگذارترین عامل در تولید رسوب و نیز تشخیص واحدهای بحرانی از نظر تولید رسوب، محاسبه­ی درجه­ی رسوب­دهی هر یک از این واحدها ضروری است. برای این منظور مجموع امتیاز عوامل نه گانه در هر واحد محاسبه و درجه­ی رسوب­دهی آن واحد مشخص می‌گردد (جدول 4).

 

شکل(6) نقشه­ی شدت فرسایش حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی

به منظور بررسی بیشتر و تعیین میزان فرسایش و رسوب­زایی در سطح حوضه از جدول (5)، که در این زمینه تهیه شده است، استفاده می­شود.

در نهایت برای اعمال دقت بیشتر و پرهیز از اشتباه در عمل درون­یابی و برون­یابی برای برآورد فرسایش و تولید رسوب طبق مدل ام پسیاک از رابطه بین درجه­ی رسوب­دهی و میزان تولید رسوب، رابطه­ی (10)، استفاده

به عمل می­آید (صفامنش و همکاران[7]، 2006):

رابطه­ی (10)            18.6=Qs

در این رابطه  QSمیزان رسوبدهی سالانه بر حسب متر مکعب در کیلومتر مربع،e  عدد نپرین که تقریباً برابر با 718/2 می­باشد وR  درجه­ی رسوبدهی یعنی مجموع امتیازات عوامل مختلف در نظر گرفته شده در مدل  MPSIACمی­باشد. لازم به ذکر می­باشد که وزن مخصوص برای حوضه­ی مورد مطالعه با توجه به مطالعات انجام شده توسط امور آب استان بر روی رودخانه، 5/1 در نظر گرفته می­شود.

برای محاسبه­یSDR  از روش لارنس[8] رابطه­ی (11) استفاده شده است و برای تعیین فرسایش کل بایستی فرسایش ویژه را در کل مساحت هر زیر حوضه ضرب کنیم (افسری و قدوسی 1390).

رابطه­ی (11)      SDR =

جدول (4) داده­های لازم جهت محاسبه درجه­ی رسوبدهی واحدهای هیدرولوژیکی حوضه­ی آبریز رودخانه­ی  گاوی

کل حوضه

واحدهای هیدرولوژیکی

عامل

A4

A3

A2

A1

74/5

23/5

65/6

46/5

46/5

زمین­شناسی

44/8

16/8

58/8

38/8

66/8

خاک

11/5

88/2

69/4

55/6

34/6

آب و هوا

5/0

74/0

40/0

46/0

61/0

رواناب

43/11

40/13

68/10

87/11

80/9

توپوگرافی

41/7

05/6

07/8

48/6

33/9

پوشش زمین

48/18

05/17

76/18

96/18

16/19

کاربری اراضی

33/13

28/16

27/14

58/11

2/11

وضعیت فرسایش فعلی

03/7

67/3

27/6

01/7

68/8

فرسایش رودخانه­ای

47/77

64/73

37/78

75/76

24/79

 مجموع امتیازات R

جدول (5) تعیین میزان تولید رسوب سالانه و کلاس فرسایش خاک در روش MPSIAC

کلاس رسوب­دهی و فرسایش

شدت رسوبدهی

تولید رسوب سالانه

نمرات نشان­دهنده­ی شدت رسوبدهی

متر مکعب در کیلو متر مربع

تن در کیلومتر مربع

V

خیلی زیاد

1429<

5/2143<

100<

IV

زیاد

1429-476

5/2143 - 714

100-75

III

متوسط

476-238

714 – 357

75-50

II

کم

238-95

357 – 5/142

50-25

I

خیلی کم یا جزیی

95>

5/142>

25-0

منبع: (رفاهی، 1385)

بحث و نتایج

این پژوهش با هدف برآورد فرسایش و رسوب­زایی حوضه­ی آبریز رودخانه­ی گاوی به روش ام پسایک و مقایسه­­ی نتایج با برآورد واقعی انجام شده است. نتایج بررسی روش ام پسیاک و 9 پارامتر این روش برای 4 زیرحوضه تعیین شده (جدول 6)، نشان می­دهد که با توجه به مجموع امتیازات پارامترهای مؤثر در فرسایش و رسوب، حوضه­ی مورد مطالعه بـه صورت کلی با درجه­ی رسوب­دهی 47/77 در کلاس فرسایشی زیـاد قرار می­گیرد و میزان تولید رسـوب این کلاس  1429-476 متر مکعب در کیلومتر مربع و 5/2143-714 تن در کیلومتر مربع می­باشد. با اعمال رابطه­ی (10)، میزان رسوب­دهی سالانه برابر  13/302 متر مکعب در کیلومتر مربع برآورد گردیده که با دخالت دادن وزن مخصوص (5/1)، معادل 20/453 تن رسوب در کیلومتر مربع است.

جدول (6) نتایج مدل  MPSIACدر حوضه

پارامترهای رسوب و فرسایش

واحدهای هیدرولوژیکی حوضه­ی آبریز گاوی

A1

A2

A3

A4

کل حوضه

مساحت کل Km2

97/115

51/119

96/129

83/94

27/460

رسوب ویژه Km2/m3 (Qs)

10/322

79/293

27/312

45/263

13/302

وزن مخصوص رسوب   m/Ton

5/1

5/1

5/1

5/1

5/1

رسوب ویژه  Ton/.Km2.yr

15/483

68/440

40/468

18/395

20/453

رسوب کل  Ton.yr

11/56031

80/52666

96/60873

31/37475

21/208595

SDR

38/0

38/0

37/0

40/0

29/0

فرسایش ویژه Ton/.Km2.yr

44/1271

68/1159

94/1265

95/987

75/1562

فرسایش کل  Ton.yr

75/147449

86/138593

33/164522

29/93687

91/719290

نتیجه­گیری

نتایج حاصله نشان مـی­دهد که منطقه­ی مورد مطالعه از لـحاظ فرسایش­پذیری در رده­ی فرسایشی زیـاد قـرار می­گیرد و طبق تعریف این کلاس می­توان گفت که در این حوضه جابجایی ذرات خاک به میزانی است که اجرای برنامه­های حفاظت خاک و آب ضرورت و اولویت داشته و استفاده از اراضی محدودیت زیادی دارد. همچنین مدل MPSIAC در این حوضه به خوبی پاسخ می­دهد و فرضیه­ی اول تأیید می­شود، زیرا به عنوان نمونه مقدار رسوب برآورد شده در حوضه­ی مورد مطالعه با مدل ام پسیاک 20/453 تن رسوب در کیلومتر مربع در سال  و رسوب برآورد شده در ایستگاه رسوب­سنجی حوضه­ی مربوطه 23/461 تن رسوب در کیلومتر مربع در سال می­باشد، دلیل دقت این روش می­تواند این باشد که این روش به عنوان جغرافیایی­ترین مدل در برگیرنده­ی 9 پارامتر تأثیرگذار در تولید فرسایش و رسوب می­باشد. در مورد فرضیه­ی دوم قبل از انجام تحقیق با توجه به بازدیدهای به عمل آمده از منطقه مورد مطالعه به نظر می­رسید که از بین عوامل مؤثر در فرسایش، لیتولوژی با توجه به سازندهای حساس به فرسایش، بیشترین تأثیر را در فرسایش حوضه داشته باشد، در حالی که نتایج حاصل شده از طریق مدل تجربی عامل کاربری با امتیاز 48/18را به عنوان عوامل مؤثر در فرسایش حوضه در اولویت اول و عامل زمین­شناسی با امتیاز 76/5 در اولویت ششم  قرار می­دهد. بر این اساس فرضیه­ی فوق رد می­شود. در پایان باید اشاره کرد که با توجه به اینکه حوضه از نظر تقسیم­بندی واحد اراضی در گروه دشت­های دامنه­ای با شیب ملایم قرار می­گیرد و مناسب کشت غلات به صورت دیم و مرتع آن محل قشلاق عشایر می­باشد، در نتیجه این شرایط تأثیر عامل کاربری اراضی را تأیید می­کند.



[1]- Hsu et al.,                                                     

[2]- Mayer et al.,

1- Unirersal Soil Loss Equation

1- Thematic Mapper

[5]- Burau of Land Management

[6]- Soil Surface Factor

[7]- Safamanesh et al., 2006  

2- Larens

ـ افسری، روح­الله و جمال قدوسی (1390)، «ارزیابی روش­های مختلف تخمین نسبت تحویل رسوب (SDR) تحت شزایط آب و هوایی مختلف (مطالعه­ی موردی حوضه­های آبریز استان مرکزی)»، فصلنامه­ی جغرافیای طبیعی سال چهارم شماره 12.
ـ احمدی، حسن؛ ملکیان، آرش و رقیه عابدی (1391)، «مناسب­ترین روش آماری برآورد رسوب معلق رودخانه­ی جاجرود»، فصلنامه­ی پژوهشی پژوهش­های فرسایش محیطی، شماره­ی 2.
ـ ارخی، صالح؛ ملکی، سعید و رحیم نظری (1387)، «پهنه­بندی شدت فرسایش و تولید رسوب بر اساس مدل MPSIAC با استفاده از GIS (مطالعه­ی موردی: حوضه­ی آبریز در استان ایلام)»،همایش ژئوماتیک. 
ـ اداره­ی کل مـنابع طبیعی اسـتان ایلام، «آنالیز فیزیکی شیمیایی پـروفیل خاک حوضه­ی آبـریز مهران، گـزارش خاک­شناسی حوضه».
ـ بیاتی خطیبی، مریم (1383)، «فرسایش، فرایندهای فرسایشی و شکل­های ناشی از آنها»، مجله­ی رشد آموزش جغرافیا شمار­ه­ی 69.
ـ پیرمحمدی، زیبا؛ فیض­نیا، سادات؛ یونس­زاده جلیلی، سهیلا و جهانگیر فقهی (1389)، «مقایسه­ی مدل­های کمی در برآورد فرسایش و رسوب در زیرحوضه­ی سامان عرفی چم لرستان»، نخستین کنفرانس پژوهش­های کاربردی منابع آب ایران، دانشگاه صنعتی کرمانشاه.
ـ خیام، مسعود؛ غنمی جابر، مصطفی و رسول صمدزاده (1392)، «مقایسه کارایی مدل­های  MPSIACوEPM در برآورد فرسایش و رسوب­زایی حوضه­ی آبریز سقز چی چای نمین»، فصلنامه­ی ژئومورفولوژی کاربردی ایران شماره­ی 1.
ـ فیض­نیا، سادات؛ مجدآبادی فراهانی، فرهاد؛ محسنی ساروی، محسن و محمود عرب خدری (1381)، «طول دوره­های آماری مناسب برای برآورد میانگین رسوب سالانه و روابط آن با مساحت، اقلیم، زمین­شناسی و پوشش گیاهی حوضه­ی آبریز»، مجله­ی کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، سال نهم شمار­ه­ی 3.
ـ رفاهی حسینقلی (1388)، «فرسایش آبی و کنترل آن»، تهران، انتشارات دانشگاه تهران.
ـ شایان، سیاوش و غلامرضا زارع (1390)، «تبیین مفهوم فرسایش از دیدگاه ژئومورفولوژی و مقایسه­ی آن با دیدگاه منابع طبیعی»، مجله­ی پژوهش­های فرسایش محیطی، دانشگاه هرمزگان، سال اول، شماره­ی اول.
ـ عاقلی کهنه شهری، لطفعلی و حسین صادقی (1384)، «برآورد آثار اقتصادی فرسایش خاک در ایران»، فصلنامه­ی پژوهش­های اقتصادی، شماره­ی 15.
ـ علیزاده گرجی، غلامرضا (1385)، «برآورد فرسایش و رسوب با استفاده از مدل  MPSIACدر محیط GIS (مطالعه موردی حوضه­ی کلیجانر ستاق) پایان­نامه­ی کارشناسی ارشد»، دانشکده­ی علوم انسانی و اجتماعی، دانشگاه تبریز.
ـ عسگری، شمس­الله (1386)، «مدل­سازی فرسایش خاک وتولید رسوب حوضه­ی آبخیز گل گل- استان ایلام»، محل انتشار چهارمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. 
- مومی­پور، مـهدی (1383)، «مقایسه دو مدل MPSIAC، RUSLEبا اسـتفاده از داده­های دورسـنجی و GISمطالعه­ی موردی زیرحوضه­ی اوجان چای»،پایان­نامه­ی کارشناسی ارشد، دانشکده­ی علوم انسانی علوم اجتماعی، دانشگاه تبریز.
ـ مقصودی، مهران و مجتبی یمانی (1388)، «برآورد فرسایش ورسوب از طریق ارزیابی متغیرهای تأثیرگذار در حوضه ی آبریز وزنه با استفاده از  GIS»، جغرافیا و توسعه، شماره­ی 16 (زمستان).
- Dearman,W.H. (1970), “Weathering Classification In The Chavacteriz- Ation of Erosion”Intel.Assoc.Engry Geol”, BuII., No. 13, PP: 123-128.
- Hsu, S.M, Wen,H.Y.,Chen, N.C., Hsu, S.Y. and Chi, S. (2012), “Using an Intergrated Method to Estimate Watershed Sediment Yieldduring Heavy Rain Paiod: A Case Study in Hualin County”, Taiwan, Natural Hazards and Earth System Sciences, Vol.12, No. 6.
- Li . M,Y.W. (2010),“Effects of Landforms on The Erosion Rate in a Small Watershed by The Cs Tracing Method”, Journal of Environmental Radioactivity, Vol. 101, No. 5.
- Morgan, R.P.C, (1995), “Soil erosion and Conservation, Longman Scientific and Technica, John Wiley and Sons”.
- Renard, K.G, J.J Ston. (1982), “Sediment Ield from Small Semiarid Rangland Watersheds, USDa-SEA_ARM, Westem Series”, No. 26, PP: 129-144.
     - Mayer, L.D et al. (1969), “Mathmation Simulation of Processes of Soil Erosion by Water”, Trans.Am..soc.agric.Engric, 12(6), PP: 754-758.
- PSIAC, (1968), “Report of  the Water Management Subcom-mittee on Factors Affecting Sediment Yild in the Pacific South-west Area and Selection and Evaluation of Measures for Reduc-tion of Erosion and Sediment Yield”, American Society of Civil Engineers,98, Report No. HY12.
  - Safamanesh, R., AzminSulaiman, W.N., Ramli, M.F., (2006),“Erosion risk  Assessment Using an Empirical Model of Pacific South West Inter Agency Committee Method for ZargehWaterhed, Iran”, Journal of spatial Hydrology Vol. 6, No.2.
- Victora, C., A. Kacevas,&h.Fiori.(1998), “Soil Credibility Assessments with Simulated Rainfall and with the USLE Monograph in Soil from Uruguay”, Proceeding of 16th World Congress of Soil Science, Montpllier, France.
- Mansouri Daneshvar, M.R.  and Bagherzadeh, A .(2012), “Evaluation of Sediment Yield in Psiac and Mpsiac Models by Using GIS at Torop Watershed”, Frontiers of Earth Science in China, 83.