مطالعات جغرافیایی مناطق خشک

مطالعات جغرافیایی مناطق خشک

پهنه‌بندی رخداد فرسایش خندقی شمال اهواز با استفاده از مدل‌های آماری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم جغرافیایی و برنامه ریزی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
چکیده
هدف: هدف این پژوهش پهنه‌­بندی رخداد فرسایش خندقی منطقه شمال اهواز است.
روش و داده: مهم‌ترین عوامل مؤثر در وقوع فرسایش خندقی چون ارتفاع، شیب، سازندهای زمین­‌شناسی، کاربری اراضی، فاصله از جاده، فاصله از رودخانه، تراکم آبراهه‌ها انتخاب و سپس این لایه­‌ها، در محیط نرم‌­افزار ArcGIS 10.8 تهیه گردیدند. در ادامه، لایه­‌های مذکور با مدل‌های نسبت فراوانی، شاخص آماری و آنتروپی شانون محاسبه و پهنه‌­بندی گردیدند و در مرحله آخر اقدام به صحت‌­سنجی مدل­‌ها­ی پژوهش با استفاده از شاخص­‌های نسبت تراکم، جمع کیفی گردید.
یافته‌ها: روش نسبت فراوانی نشان می­‌دهد بخش زیادی از فرسایش خندقی منطقه مورد مطالعه، تحت ­تأثیر ­کاربری اراضی (۴/۱۰)، در مدل شاخص آماری پارامتر کاربری اراضی (۱۲/۹۳)،  نهشته‌ها و تراس دره­ای کواترنری (۶/۸۵)­، در روش آنتروپی شانون معیار فاصله از رودخانه (۷/۹۶)، فاصله از جاده (۴/۳۵) است. عدم رعایت اصول صحیح کشت و تناوب زراعی در اراضی کشاورزی، تغییر کاربری اراضی و فرسایندگی جریان آب موجب برهم خوردن بافت و ساختمان خاک و حساس نمودن آن در برابر فرسایش خندقی شمال اهواز گردیده است. همچنین، نتایج ارزیابی مدل­‌ها با استفاده از روش جمع کیفی (Qs) نشان داد مدل شاخص آماری بالاترین میزان جمع کیفی (۰/۳۶) را به ­خود اختصاص داده است. بعد از آن مدل­‌های نسبت فراوانی (۰/۲۴) و آنتروپی شانون (۰/۲۲) کم­ترین شاخص را در میزان جمع کیفی دارند.
نتیجه‌گیری: بر مبنای یافته‌های تحقیق می‌توان عنوان کرد نداشتن نگاه همه جانبه به محدوده مورد مطالعه تغییرات مقطعی در آبراهه­‌ها و طراحی نامناسب در خروجی­‌های حوضه کارون باعث تمرکز هرزاب‌ها و شروع فرسایش خندقی در شمال اهواز می­‌شود. همچنین، عملیات جاده‌­سازی موجب تمرکز هرزاب‌های بالادست در آبراهه‌­های زیر جاده‌ها و ایجاد خندق‌‎ها در پایین‌­دست جاده می‌­شود.
نوآوری، کاربرد نتایج: بخش قابل توجهی از فرسایش خندقی در محدوده­‌ی مورد مطالعه از  تأثیرپذیری عوامل اقلیمی، زمین‌­شناسی و دخالت­‌های انسانی ایجاد شده است هر چند تا حدود زیادی عوامل مؤثر در ایجاد و تشدید فرسایش خندقی مشخص شده است؛ اما تنوع و تغییر تعداد و میزان تأثیر عوامل مختلف از نقطه‌­ای به نقطه دیگر و متفاوت بودن سهم مشارکت آن‌­ها در شکل­‌گیری و گسترش خندق­‌ها در تابع از شرایط زمین‌­محیطی است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Zoning of gully erosion in North Ahvaz using statistical models

نویسندگان English

Alireza Taghian
Mahshid Moavi
Department of Natural Geography, Faculty of Geographical Sciences and Planning, Isfahan University, Isfahan, Iran
چکیده English

Aim: This research aims to determine the zoning of the Galli erosion event in the north of Ahvaz.
Materials & Methods: Digital layers of effective factors in Galli erosion, including height, slope, geological formations, land use, distance from the river, watercourse density, and distance from the road, were prepared in ArcGIS 10.8. In the following, the layers of the research were calculated with the methods of frequency ratio, statistical index, and Shannon entropy, and in the last stage, the accuracy of the research models was checked using the indexes of density ratio, quality summation, and accuracy.
Finding: The frequency ratio method results show that land use influences a large part of the ditch erosion in the studied area (4.10). Non-observance of the correct principles of cultivation and crop rotation in agricultural lands, land use change, and erosion of water flow have disrupted soil texture and structure, and made it sensitive to the erosion of the ditch in the north of Ahvaz.
Conclusion: Based on the findings of the research, it can be said that not having an all-round view of the studied area, cross-sectional changes in waterways, and inappropriate design in the outlets of the Karun basin cause the concentration of watersheds and the beginning of ditch erosion in the north of Ahvaz.
Innovation: A significant part of gully erosion in the studied area is caused by the influence of climatic factors, geology, and human interference; although many effective factors in creating and intensifying gully erosion have been identified, the diversity and change of the number and the degree of influence of different factors from one point to another and the different contribution of their participation in the formation and expansion of ditches depends on the geo-environmental conditions.

کلیدواژه‌ها English

Gully erosion
North of Ahvaz
Abundance ratio
Statistical index
Shannon entropy

Extended Abstract

1. Introduction

Soil erosion has adverse economic, social, and environmental consequences on productivity, income distribution, and the environment, which may play a prominent role in national and transnational economies and sustainable development. Among water, wind, and glacial erosions, the erosion caused by water every year causes extensive damage all over the world. Water erosion is divided into four groups according to its importance and formation method, which include flood erosion, channel erosion, furrow erosion, and ditch erosion. Gully erosion is a common phenomenon in the climate of different regions, especially arid and semi-arid regions, and it affects large areas with different morphological, soil-geological, and climatic conditions. Among the environmental parameters that can affect the amount of gully erosion potential are hydrological, climatic, topographical, ecological, geological, and human. Trench erosion is the most visible form of soil erosion, leading to decreased soil production capacity and restrictions on land use. It can be a danger to roads, fences, and various structures and also causes significant soil losses and precipitation production. In order to control this phenomenon, it is important to know the effective factors and land zoning in relation to it.

2. Materials and Methods

In this research, statistical models are used to zone the occurrence of gully erosion in the north of Ahvaz. First, the location of the gullies was identified through field surveys and aerial photos using Google Earth software, and 34 gully erosion points were identified. Moreover, recorded and then physiographic maps (height, slope, distance from the river, watercourse density) were prepared using DEM with a resolution of 12 meters in ArcGIS 10.8 software. The Natural Resources Department of Khuzestan Province prepared the land use map, and the Khuzestan Water and Electricity Organization prepared the geological formations map. All the maps were then converted into grid layers and classified. The frequency ratio, statistical index, and Shannon entropy methods were used to calculate the gully erosion of the studied area.

3. Results and Discussion

In the land-use frequency ratio model, the barren land index (4.10) has the most significant role in ditch erosion in North Ahvaz. By changing the land use, farmers destroy the natural vegetation and plow the soil surface because the permeability of the soil is disrupted, the runoff volume increases, and the soil loses its strength. The excess runoff from agricultural land will cause the formation and expansion of gully erosion in the region, and the lowest parameter involved in gully erosion in the mentioned model is geological formations (0.07). In the statistical index method, in the order of land-use, barren lands index (12.93), geological formations (Quaternary valley deposits and terraces) (6.85) play the most important role in ditch erosion in the north of Ahvaz. In general, the depth and width of trench erosion are different in geological formations; the trenches in the north of Ahvaz are mainly on the level of fine-grained alluvial deposits of the Quaternary era, which are the result of the destruction and erosion of desert sediment formations (salt, chalk) and new alluvium (gravel, sand, clay, silt) are formed. This causes the erosion of ditches in this area. Due to its erodibility, the depth and width of trench erosion are greater than other formations in the study area, which is consistent with the findings of Oparaku and Lwar (2018). The parameters of height, slope, and distance from the river have the least effect on ditch erosion, respectively

4. Conclusions

A large part of the ditch erosion in the studied area is influenced by the distance from the river (7.96), not having a comprehensive view of the studied area, sectional changes in waterways, and inappropriate design in The outlets of the Karun Basin have caused the concentration of Herzabs and the beginning of ditch erosion in the north of Ahvaz. Also, the influence of Quaternary valley deposits and terraces (6.85) is one of the essential factors in creating ditches. The erodibility of this formation, the failure to observe the correct principles of cultivation and crop rotation in agricultural lands, and the change of land use cause disruption of the texture and structure of the soil. Another critical parameter in creating ditch erosion north of Ahvaz is the distance from the road (4.35). The road construction operation causes the concentration of upstream runoff in the waterways under the roads and the creation of ditches downstream of the road. The erosion of the ditch in the north of Ahvaz has led to the sliding of the slopes of the Karun River bed and is emptying the roads and coastal facilities. Due to the volume of road construction (road and bridge) and construction operations, the research area has intensified in recent years. Also, the evaluation results of the models using the qualitative summation method (Qs) showed that the statistical index model has the highest summation of quality (0.36). After that, the frequency ratio (0.24) and Shannon's entropy (0.22) models have the lowest index in terms of quality summation. The influence of climatic, geological, soil, and human interference factors on each other has caused severe gully erosion in the region. Taking into account the total of the above contents of the effective factors in the creation and spread of this type of erosion, we can conclude that although many factors are effective in the creation and intensification of ditch erosion, the variety and change in the number and extent of the influence of different factors from one point to another and the different contribution of their participation in the formation and expansion of ditches in accordance with the geo-environmental conditions requires more research to investigate and analyze the factors influencing the growth and expansion.

5.  Acknowledgment & Funding

The manuscript did not receive a grant from any organization

6. Conflicts of Interest

 The authors declare that they have no known competing financial interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper. The authors declare no conflict of interest.

اصغری­سراسکانرود صیاد (1396)،  تحلیل عوامل مؤثر در شکل‌گیری و گسترش فرسایش خندقی. فضای جغرافیایی. ۱۳۹۶؛۱۷ (۵۸): ۲۸۵-۳۰۱.
بوستانی، مریم و دانشپور، عبدالهادی و کافی، محسن، (1392)، اهمیت مطالعه­ی محیطی منظر رودخانه­های درون شهری مطالعه موردی رودخانه­های کارون، اهواز خوزستان،کنفرانس بین­المللی عمران، معماری و توسعه پایدار شهری، تبریز.
تیموریان، تیمور، نظری سامانی، علی اکبر، فیض­نیا، سادات، احمدآلی، خالد، سلیمان پور، سید مسعود. (1401). شناخت توزیع مکانی احتمال رخ‌داد فرسایش خندقی با مدل بیشینه‌ی آنتروپی. پژوهش­های آبخیزداری، 35(2)، 2-15.
پورنادر، مریم، فیض­نیا، سادات، احمدی، حسن، کریمی، حاجی، و پیروان، حمیدرضا. (1398). ارزیابی پایداری برآوردهای مدل بیشینه آنتروپی برای مدل­سازی فرسایش شیاری. حفاظت منابع آب و خاک، 9(2 )، 123-139.
حسین‌زاده محمدمهدی. برآورد ارتفاع و دبی اوج رواناب در وقوع فرسایش آبراهه‌ای در منطقه کجور نوشهر البرز شمالی. پژوهش‌های فرسایش محیطی. ۱۳۹۱; ۲ (۳) :۱-۱۵.
سلیمان­پور، سید مسعود، صوفی، مجید، کشاورزی، حجت­اله. (1401). ارزیابی تأثیر ساخت بند خاکی بر مهار فرسایش خندقی از دیدگاه آبخیزنشینان در آبخیز مزایجان استان فارس. پژوهش­های آبخیزداری، 35(4)، 90-103.
شادفر، صمد، داودی‌راد، علی‌اکبر، پیروان، حمیدرضا. (1391). بررسی و مقایسه ویژگی‌های فرسایش خندقی در کاربری‌های ‏کشاورزی و مرتعی، مطالعه موردی: حوزه آبخیز رباط ترک، مهندسی و مدیریت آبخیز (4)4، صص: 222-215.
رحیمی، داریوش، و هاشمی­نسب، سادات. (1397). تحلیل واکنش هیدرولوژی حوضه­ی کارون شمالی به افزایش دمای کمینه. پژوهش­های جغرافیای طبیعی(پژوهش های جغرافیایی)، 50(1)، 1-17.
ذاکری­نژاد، رضا،1397،پهنه­بندی فرسایش خندقی با استفاده از مدل حداکثر آنتروپی و سیستم اطلاعات جغرافیایی؛ مطالعه موردی جنوب شهرستان سمیرم،سومین همایش ملی کاربرد مدل های پیشرفته تحلیل فضایی(سنجش از دور و GIS) در آمایش سرزمین،یزد.
ذاکری­نژاد رضا، الوندی پریوش. پیش‌بینی فرسایش خندقی با استفاده از داده‌های TanDEM-X و مدل حداکثرآنتروپی )مطالعه موردی: حوضه آبخیز خسویه). پژوهش­های فرسایش محیطی. ۱۴۰۲; ۱۳ (۱) :۹۶-۱۱۳
عرب­عامری، علیرضا، رضایی، خلیل، شیرانی، کوروش، (1397)، پهنه­بندی و ارزیابی خطر زمین­لغزش با استفاده از مدل­های عامل اطمینان، تراکم سطح و تحلیل سلسله مراتبی (مطالعه موردی: حوضه ونک، استان اصفهان)، فصلنامه علمی-پژوهشی فضای جغرافیایی، سال هجدهم، شماره 62، صص 116-93.
علیمیرزایی، زینب، زارع­بیدکی، رفعت، زمانی، رسول، و محمودی، احمد. (1397). پایش خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی حوضه­ی آبخیز کارون شمالی. هیدروژئومورفولوژی، 4(15 )، 115-133.
قربانی، سمیرا، رحمتی امید، نورمحمدی فرهاد (1396). مدل‌سازی پتانسیل رخداد فرسایش‌های آبکندی در منطقه‌ی سیمره با استفاده از مدل‌های آنتروپی‌شانون و شاخص آماری پژوهش‌های فرسایش محیطی. ۱۳۹۶; ۷ (۱) :۶۹-۸۹.
قربائیان، جبرئیل و مرشدی، جعفر، (1390)، امکان­سنجی نقشه­های ژئومورفولوژی در آمایش ناحیه­ای با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) مورد مطالعه: شهر اهواز. فصلنامه علمی پژوهشی جغرافیای انسانی، سال سوم، شماره دوم، صص 74-59.
گرنامی، رضا، و شادفر، صمد. (1397). کاربرد GIS در تعیین مناطق مستعد فرسایش خندقی با روش فرایند تحلیل شبکه. پژوهش­های آبخیزداری، 31(4)، 58-68.
گیلانی­پور، علی، و متولی، صدرالدین. (1394). پهنه­بندی خطر زمین لغزش­های کم­عمق با استفاده از روش­های آماری دو متغیره و GIS (مطالعه موردی: حوضه آبخیز گلندرود). اکوسیستم­های طبیعی ایران، 6(1-2)، 57-77.
ناعمی­تبار، مهناز، زنگنه­اسدی،  محمد علی، کرمی،  مختار (1400) پهنه­بندی و ارزیابی خطر زمین لغزش با استفاده از مدل­های عامل اطمینان، تراکم سطح و هیبریدی قضیه بیز (مطالعه موردی: حوضه بقیع، نیشابور). پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی، 10(1), 112-129.
محمدابراهیمی، مریم. (1396). شناسایی علل وقوع فرسایش خندقی با تأکید بر خصوصیات خاک (مطالعه موردی: حوزه آبخیز آق امام). حفاظت منابع آب و خاک، 7(2 )، 1-13.
مددی، عقیل، اصغری سراسکانرود، صیاد، نگهبان، سعید،  مرحمت، مهری. (1401). ارزیابی حساسیت فرسایش خندقی با استفاده از مدل حداکثر آنتروپی در حوضه آبخیز رودخانه شور (شهرستان مُهر). جغرافیا و مخاطرات محیطی، 11(3), 123-145.
مقیمی، ابراهیم، و قدسی، مرضیه. (1393). بررسی عوامل محیطی درونی مؤثر بر شکل‌گیری و گسترش خندق. پژوهش­های آبخیزداری، 27(2)،113-122.
مهربان، مریم، گل­گاری، علی، خسروی، خه­بات،  (1398)، ارزیابی حساسیت به فرسایش خندقی با استفاده از مدل ماکزیمم آنتروپی - مطالعه موردی: منطقه شورلوق استان خراسان رضوی، سومین کنفرانس ملی حفاظت خاک و آبخیزداری.
Lesschen, J.P., K. Kok, P.H. Verburg, L.H. Cammeraa. 2007. Identification of vulnerable areas for gully erosion under different scenarios of land abandonment in Southeast Spain. Catena 71:110–121.
Oparaku, L. A., Iwar, R. T. (2018). Relationships between average gully depths and widths on geological sediments underlying the Idah-Ankpa Plateau of the North Central Nigeria. International Soil and Water Conservation Research, 6(1), PP 43-50. doi.org/10.1016/j.iswcr.2017.12.003
Rienks S.M, Botha G.A and Hughes, J.C. 2002. Some physical and chemical properties of sediments exposed in a gully in Northern KwaZulu-Natal, South Africa and their relationship to the erodibility of the colluvial layers. Catena 39:11-31.
Roblesa, C. M., 2010. Factors related to gully erosion in woody encroachment in south-eastern Australia ,CATENA ,Volume83, Issues 2-3, November-December 2010
Solomon O and Omougbo U. N. 2013. Evaluating factors responsible for gully Development at the University of Bennin. Journal of emerging trend in engineering and applied Science 4:707-713. Sundquist B. 2000. Top soil loss- Causes effects and implication. Science, 63:70-71.
Volker, P., 2011. Soil erosion in the Swiss midlands: Results of a 10-year field survey. Geomorphology, 124(1): 32-4.

  • تاریخ دریافت 26 فروردین 1403
  • تاریخ بازنگری 11 خرداد 1403
  • تاریخ پذیرش 06 تیر 1403
  • تاریخ انتشار 10 آبان 1404