مطالعات جغرافیایی مناطق خشک

مطالعات جغرافیایی مناطق خشک

ارزیابی و پهنه‌بندی پتانسیل فرسایش خاک با استفاده از شاخص‌های ژئومورفومتری و رویکرد فازی در حوضه خیاوچای مشگین‌شهر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایـران
2 گروه آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایـران
3 گروه منابع طبیعی و عضو پژوهشکده مدیریت آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق ادربیلی، اردبیل، ایـران
چکیده
هدف: فرسایش به‌عنوان یکی از مهم‌ترین فرایندهای ژئومورفولوژیک، به دلیل خسارات قابل توجه مخصوصاً تخریب اراضی، کاهش حاصل‌خیزی و اثرات محیط زیستی بر اکوسیستم‌های آبی به‌عنوان یک مخاطره محیطی نیز مطرح است. در پژوهش حاضر پتانسیل فرسایش خاک در حوزه خیاوچای مشگین‌شهر با استفاده از شاخص‌های ژئومورفومتری و رویکرد فازی پهنه‌بندی شده است.
روش و داده: متغیرهای مورد استفاده در ارزیابی وضعیت فرسایش شامل شیب، جهت، انحنای سطح، طول دامنه، ضریب ناهمواری ملتون، توان آبراهه، تراکم زهکشی، شاخص رطوبت توپوگرافی، فاصله از آبراهه، پوشش گیاهی، بارش و سازندهای زمین‌شناسی بوده است. پس از تهیه لایه‌های اطلاعاتی، با توجه به نقش و میزان اثرگذاری در فرسایش با استفاده از توابع مختلف فازی‌ساز همسان شدند. در ادامه ترکیب و روی‌هم‌گذاری شاخص‌ها با عملگر گامای فازی در بستر GIS انجام شده است.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که حدود ۸/۴ درصد مساحت منطقه مورد مطالعه در کلاس با پتانسیل فرسایشی بسیار زیاد و حدود ۱۸/۷ درصد آن در کلاس با پتانسیل فرسایش زیاد واقع شده‌اند که در قست‌های میانی حوضه توزیع شده‌اند. دلایل شرایط مساعد فرسایش‌پذیری این پهنه‌ها را می‌توان با وجود سازندهای زمین‌شناسی فرسایش‌پذیر، شیب زیاد، تراکم زهکشی بالا توجیه نمود. علاوه بر این، غالبیت جهت‌های شیب جنوبی و غربی، طول بیش‌تر دامنه‌ها و ضعف پوشش گیاهی از دیگر عوامل مؤثر بر پتانسیل بالای فرسایش در مناطقی با فرسایش بالا است.
 نتیجه‌گیری: شاخص‌های مورد استفاده در این پژوهش، منعکس‌کننده وضعیت ژئومورفولوژیکی و هیدرولوژیکی منطقه مورد مطالعه است. تهیه نقشه‌های پتانسیل فرسایش گامی اساسی در راستای مدیریت و کاهش اثرات فرسایش محسوب می‌شود. نقشه فرسایش تهیه شده می‌تواند مبنای اولویت‌بندی مناطق از نظر اقدامات مدیریتی باشد.
نوآوری، کاربرد نتایج: در این تحقیق از ترکیبی از شاخص‌های ژئومورفومتریک و رویکرد فازی برای ارزیابی دقیق پتانسیل فرسایش خاک استفاده شده است. کاربرد عملی یافته‌های مطالعه حاضر در راستای اولویت‌بندی مؤثر مناطق برای اجرای اقدامات کاهش فرسایش و حفاظت خاک در مدیریت اراضی است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Evaluation and zoning of soil erosion potential using geomorphometric indexes and Fuzzy approach in Khiavchai watershed, Meshginshahr

نویسندگان English

Faraiba Esfandyari Darabad 1
Mahya Yansori 1
Maryam Adhami 2
Raoof Mostafazadeh 3
1 Department of Physical Geography, Faculty of Social Sciences, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
2 Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University, Noor, Iran
3 Department of Natural Resources and Member of Water Management Research Center, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
چکیده English

Aim: Erosion is a critical geomorphological process with significant environmental implications, including land degradation, fertility loss, and negative effects on aquatic ecosystems. It is recognized as an environmental hazard due to the substantial damages it can cause.
Materials & Methods: This research uses geomorphometric indicators and a fuzzy approach to zoning the soil erosion potential in the Khiavchai area of Meshginshahr. Various variables were used, including slope, aspect, surface curvature, range length, Melton's roughness coefficient, stream power index, drainage density, topographic wetness index, distance from the river, vegetation, precipitation, and geological formations. The information layers were combined based on their impact on erosion using different fuzzifier functions. The fuzzy gamma operator in a GIS platform was utilized to combine and overlay the indicators. 
Finding: The results revealed that approximately 8.4% of the study area exhibited high erosion potential. In comparison, around 18.7% had a high erosion potential, primarily located in the middle parts of the watershed. The high erodibility in these areas can be attributed to erodible geological formations, steep slopes, and high drainage density. Other contributing factors include predominantly southern and western slope aspects, longer slopes, and poor vegetation. 
Conclusion: The indicators used in assessing erosion-prone areas provide insights into the geomorphological and hydrological conditions of the study watershed. The prepared erosion map can serve as a foundation for prioritizing soil conservation management measures and reducing the impact of erosion. 
Innovation: This research employs a combination of geomorphometric indicators and a fuzzy approach to assess soil erosion potential accurately. The practical application lies in utilizing the study's findings to prioritize areas for effectively implementing erosion mitigation and soil conservation measures in land management.

کلیدواژه‌ها English

Spatial changes of erosion
Fuzzy logic
Topographic wetness Index
Curvature
Morphometry index
اسفندیاری درآباد، فریبا؛ مصطفی‌زاده، رئوف؛ پاسبان، امیرحسام و نظافت تکله، بهروز (1401). تلفیق شاخص‌های زمینی و پوشش گیاهی برای برآورد و شناسایی خطر فرسایش خاک در حوضه آبخیز عموقین اردبیل، تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، ۹ (۱)، ۹۶-۷۷.
رضایی مقدم، محمدحسین؛ رجبی، معصومه؛ دانشفراز، رسول و خیری‌زاده، منصور (1395). پهنه‌بندی و بررسی اثرات مورفولوژیکی سیلاب‌های رودخانه زرینه‌رود (از ساری‌قمیش تا سد نوروزلو)، جغرافیا و مخاطرات محیطی، 5 (1)، 1-20.
سرور، هوشنگ و خیری‌زاده، منصور (1396). ارزیابی توسعه فیزیکی درون‌زا و برون‌زای شهر مراغه و ارائه الگوی بهینه، برنامه‌ریزی و آمایش فضا، 21 (3)، 329-367.
طالبی‎خیاوی، حسین؛ ذبیحی، محسن و مصطفی‌زاده، رئوف (1396). تأثیر سناریوهای مختلف مدیریت کاربری اراضی بر میزان فرسایش خاک با استفاده از مدل USLE و GIS در آبخیز سد یامچی اردبیل، علوم آب و خاک، ۲۱ (۲)، ۲۳۴-۲۲۱.
عابدینی، موسی؛ جوادی، سجاد؛ مصطفی‌زاده، رئوف و پاسبان، امیرحسام (1401). ارتباط شاخص‌های پوشش گیاهی و ژئومورفیک با مقادیر فرسایش و رسوب در حوضه آبریز کوزه‌توپراق، هیدروژئومورفولوژی، 9 (32)، 128-105.
قربانی، اردوان؛ حزباوی، زینب؛ مصطفی‌زاده، رئوف و علائی، نازیلا (1399). تحلیل ارتباط بین سنجه‌های سیمای سرزمین و فرسایش خاک حوزه آبخیز کوزه‌تپراقی، استان اردبیل، جغرافیا و مخاطرات محیطی، 9 (4)، 91-65.
مصطفی‌زاده، رئوف؛ حاجی، خدیجه؛ اسمعلی‌عوری، اباذر و نظرنژاد، حبیب (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 حوزه آبخیز، ۸ (۱۶)، 142-156.
نادری، فتح‌اله.، کریمی، حاجی و ناصری، بهروز (1389). پهنه­بندی پتانسیل فرسایش خاک در حوزه آبخیز آسمان آباد ایلام به روش شاخص فرسایش، پژوهش‌های آبخیزداری (پژوهش و سازندگی)، 23 (4)، 51-44.
Anjireddy, M. )2008(. Remote sensing and geographical information systems. BS Publications, Hyderabad. 453p. https://www.amazon.in/TEXTBOOK-SENSING-GEOGRAPHICAL-INFORMATION-SYSTEMS/dp/9381075972
Bakimchandra, O. )2011(. Integrated Fuzzy-GIS approach for assessing regional soil erosion risks. Institut für Wasserbau der Universität Stuttgart. https://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/380
Bizzi, S. and Lerner, D. N. )2015(. The use of stream power as an indicator of channel sensitivity to erosion and deposition processes. River Research and Applications, Vol. 31, pp. 16-27. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/rra.2717
CORNELIS, W. M. (2006). Hydroclimatology of wind erosion in arid and semiarid envirmonments. Dryland ecohydrology, 141-159. https://doi.org/10.1007/1-4020-4260-4
Fauzi, M., Suprayogi, I., Sutikno, S., Sandhyavitri, A., & Riyawan, E. (2017). Development of erosion risk map using fuzzy logic approach. In MATEC Web of Conferences (Vol. 101, p. 04021). EDP Sciences. https://doi.org/10.1051/matecconf/201710104021
Hellin, J. (2006). Better land husbandry: from soil conservation to holistic land management. Science publishers. https://www.amazon.com/Better-Land-Husbandry-Conservation-Management/dp/1578082447
Lal, R., Ahmadi, M., & Bajracharya, R. M. (2000). Erosional impacts on soil properties and corn yield on Alfisols in central Ohio. Land Degradation & Development, 11(6), 575-585. https://doi.org/10.1002/1099-145X(200011/12)11:6%3C575::AID-LDR410%3E3.0.CO;2-N
Lee, S. (2007). Application and verification of fuzzy algebraic operators to landslide susceptibility mapping. Environmental Geology, 52, 615-623. https://doi.org/10.1007/s00254-006-0491-y
Li, Q. (2013). Fuzzy approach to analysis of flood risk based on variable fuzzy sets and improved information diffusion methods. Natural Hazards and Earth System Sciences, 13(2), 239-249. https://doi.org/10.5194/nhess-13-239-2013
Lucà, F., Conforti, M., & Robustelli, G. (2011). Comparison of GIS-based gullying susceptibility mapping using bivariate and multivariate statistics: Northern Calabria, South Italy. Geomorphology, 134(3-4), 297-308. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2011.07.006
Morgan, R. P. C. (2009). Soil erosion and conservation. John Wiley & Sons.  https://svgaos.nl/wp-content/uploads/2017/02/Morgan_2005_Soil_Erosion_and_Conservation.pdf
Melton, M. A. (1965): The geomorphic and paleoclimatic significance of alluvial deposits in Southern Arizona. Journal of Geology, 73:1-38. http://www.jstor.org/stable/30066379
Mostafazadeh, R., Talebi Khiavi, H., Esmali-Ouri, A., & Golshan, M. (2022). Surface runoff and sediment yield response under the rainfall simulation condition controlled by soil variables of a semi-arid landscape. Environment, Development and Sustainability, 1-18. https://doi.org/10.1007/s10668-022-02569-z
Nandalal, H. K., & Ratnayake, U. R. (2011). Flood risk analysis using fuzzy models. Journal of Flood risk management, 4(2), 128-139. http://dx.doi.org/10.1111/j.1753-318X.2011.01097.x
Sreelakshmy, M., Dhanusree, M., & Thangamani, V. (2021). Application of GIS techniques to understand the geomorphometric characteristics of a tropical watershed in South India, Geology, Ecology, and Landscapes, https://doi.org/10.1080/24749508.2021.1952749
Talebi Khiavi, H., & Mostafazadeh, R. (2022). The spatiotemporal dependencies of terrain indices with soil characteristics in a steep hillslope mountainous area. Arabian Journal of Geosciences, 15(10), 937. https://doi.org/10.1007/s12517-022-10220-4
Timmermans, H. (2005). Decision Support Systems in Urban Planning. Taylor & Francis. 252p. https://cir.nii.ac.jp/crid/1130282272071302144
Wang, Z. Y., Lee, J. H., & Melching, C. S. (2014). River dynamics and integrated river management. Springer Science & Business Media. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-25652-3
Zhu, D., Wang, T. W., Cai, C. F., Li, L., Shi, Z. H. (2009). Large-scale assessment of soil erosion using a neuro-fuzzy model combined with GIS: a case study of Hubei province, China. Land Degradation & Development, 20, 654-666. https://doi.org/10.1002/ldr.956

  • تاریخ دریافت 18 بهمن 1401
  • تاریخ بازنگری 18 اسفند 1401
  • تاریخ پذیرش 30 فروردین 1402
  • تاریخ انتشار 11 مرداد 1403