فرسایش خاک یک پدیده جهانی است که منجر به رسوب‌گذاری و لجن‌گذاری مخازن رودخانه‌های اصلی می‌شود. داده‌های سنجش از دور یک نمای همدیدی ارائه می‌کنند که از آن می‌توان چندین پارامتر سطحی را برای ارزیابی عملکرد رسوب در مخازن استخراج کرد. از این رو تخمین میزان رسوب به یکی از وظایف مهم برنامه ریزان، مهندسان و تصمیم گیرندگان تبدیل شده است. مطالعه حاضر در حوضه گوویندساگار، ناحیه لالیتپور، اوتار پرادش (هند)، با استفاده از داده های IRS LISS III برای تجزیه و تحلیل ویژگی های کاربری / پوشش زمین علاوه بر ویژگی های حوضه زهکشی انجام شده است. در ادامه، شاخص بازده رسوب (SYI) حوضه آبریز گوویندساگر با استفاده از مشتقات سطحی و پارامترهای مورفومتریک با استفاده از فرمول‌های تجربی برآورد شده است. ادغام نتایج به دست آمده از داده های ماهواره ای و تحلیل مورفومتریک نشان می دهد که حوضه آبریز گویندساگر میزان رسوب دهی بسیار پایینی دارد . 0.07 هکتار در متر / سال نشان دهنده شیب ملایم و شیوه های کاربری پایدار زمین در حوضه است. عملکرد کم رسوب همچنین نشان دهنده فرسایش کمتر در حوضه های آبریز و سناریوی کاربری/پوشش سالم زمین است.
کلید واژه ها
شاخص بازده رسوب (SYI) , حوضه , سنجش از دور , GIS , کاربری اراضی/پوشش زمین
1. مقدمه
فرسایش خاک به طور جهانی به عنوان یک تهدید جدی برای انسان شناخته شده است [ 1 ]. این یک مشکل گسترده است که پایداری بهره وری کشاورزی را تهدید می کند و باعث زوال منابع زمین و آب می شود. شدت این مشکل در مناطق خشک و نیمه‌خشک به‌ویژه در چراگاه‌ها، که شدت بارندگی زیاد با مدت کوتاه، حساسیت خاک به فرسایش و مدیریت نادرست زمین، تلفات خاک از طریق فرسایش را تسریع کرده و منجر به رسوب‌گذاری در پایین دست شده است، بیشتر است. حوضه ها و حوضه های آبریز به عنوان واحدهای برنامه ریزی برای اهداف اداری برای حفظ زمین و منابع آب شناسایی شده اند [ 2 ] – [ 5 ].] . مفهوم آبخیزداری روابط متقابل بین کاربری زمین، خاک و آب و پیوند بین مناطق مرتفع و پایین دست را تشخیص می دهد [ 6 ]. حفاظت از خاک و آب مسائل کلیدی در مدیریت آبخیز در هند برای تعیین حوزه های آبخیز اولویت است. میانگین نرخ از دست دادن خاک به صورت 16.75 تن در هکتار -1-1 -سال محاسبه شده است که تقریباً به 1 میلی متر در سال ترجمه می شود [ 4 ]] . فرسایش علاوه بر تخریب زمین، تأثیر مستقیمی بر کمیت و کیفیت آب نیز دارد، زیرا آب خاک سست را با خود حمل می کند که بعداً در مخازن و سدها رسوب می کند و ظرفیت ذخیره سازی و طول عمر آنها را کاهش می دهد. در مقایسه با مناطق مرطوب، مشکل فرسایش خاک و آب در مناطق خشک که سیل ناگهانی یک پدیده رایج است، کاملاً متفاوت است [ 7 ] – [ 9 ]] . رسوب دهی از هر منطقه حاصل برهمکنش عوامل هواشناسی با سطح زمین است. بارندگی مهمترین عامل تک هواشناسی است که از طریق آن در مناطق خشک نیروی باد اهمیت یکسانی به خود می گیرد. عوامل زمین شامل فیزیوگرافی، شیب، خاک، کاربری اراضی، پوشش گیاهی و وضعیت فعلی فرسایش است. عوامل خاک شامل ماهیت وسیع خاک، عمق موثر، بافت روغن سطوح، واکنش خاک و محتوای سنگ است. تأثیر ترکیبی و متقابل این عوامل است که میزان رسوب دهی را از هر محلی تعیین می کند.
تلاش های زیادی برای توضیح الگوهای جهانی و منطقه ای رسوب دهی از نظر آب و هوا و توپوگرافی انجام شده است [ 10 ] – [ 15 ]. تخمین زده شده است که در هند حدود 113.3 میلیون هکتار زمین در معرض فرسایش خاک در اثر آب قرار می گیرد و سالانه حدود 5334 میلیون تن خاک به دلایل مختلف جدا می شود [ 16 ].] . از آنجایی که مجموعه ای از متغیرها در فرسایش نقش دارند، اندازه گیری یا پیش بینی دقیق فرسایش دشوار می شود. آخرین پیشرفت‌ها در فناوری سنجش از دور و علوم اطلاعات جغرافیایی (GIS) اطلاعات بلادرنگی را در مورد جنبه‌های مختلف حوضه از جمله کاربری اراضی، فیزیوگرافی، خاک، امداد، ویژگی‌های زهکشی و غیره ارائه می‌دهد. همچنین به شناسایی موجود یا بالقوه کمک می‌کند. مناطق مستعد فرسایش و ورودی داده ها را برای بسیاری از مدل های فرسایش و رواناب خاک فراهم می کند. میزان از دست دادن خاک توسط شاخص بازده رسوب (SYI) مورد قضاوت قرار می گیرد که می تواند از طریق فرمول های تجربی مختلف به دست آید. در هند، مدل SYI توسط بررسی استفاده از خاک و زمین در تمام هند (AISLUS) توسعه یافته است و معمولاً در ارائه معیارهایی برای تعیین اولویت در پروژه‌های دره رودخانه و رودخانه‌های مستعد سیل استفاده می‌شود.17 ] – [ 23 ] .
پژوهش حاضر با استفاده از روش استاندارد با استفاده از داده های سنجش از دور و پارامترهای زهکشی، میزان رسوب دهی حوضه آبریز گوویندساگر را ارزیابی می کند.
2. منطقه مطالعه
حوضه آبریز گوویندساگار در ناحیه لالیتپور که جنوبی ترین قسمت اوتار پرادش (هند) است و بین 24 درجه و 24 دقیقه شمالی تا 24 درجه و 43 دقیقه عرض جغرافیایی و 78 درجه و 17 دقیقه شرقی تا 78 درجه و 28 دقیقه شرقی واقع شده است و منطقه ای از عرض جغرافیایی را پوشش می دهد. حدود 384.35 کیلومتر مربع ( شکل 1). این منطقه در بررسی هند (SOI) صفحه توپوشیت 54L/6 و 54L/7 در مقیاس 1:50000 قرار دارد. حداکثر و حداقل ارتفاع در حوضه آبریز به ترتیب 531 متر و 336 متر بالاتر از سطح متوسط دریا (AMSL) است. رودخانه اصلی شهزاد و شاخه های آن الگوی زهکشی دندریتی تا زیر دندریتی را تشکیل می دهند که نشان دهنده شیب کم و بیش ملایم و توپوگرافی دشتی است. از نظر زمین شناسی، منطقه مورد مطالعه شامل گرانیت، گنیس، شیست، ماسه سنگ، سنگ آهک، شیل و آبرفت است. خاک حوضه شامل ماسه، سیلت، خاک رس، خاک قرمز و لاتریت است. مخزن گویندساگر به دلیل سد ساخته شده بر روی آن شکل گرفته است
شکل 1 . نقشه موقعیت منطقه مورد مطالعه.
رودخانه شهزاد در نزدیکی شهر لالیت پور. حوضه حوضه توسط زمین های کشاورزی غالب است، اما پوشش جنگلی در قسمت جنوبی وجود دارد. محصولات اصلی کشت شده گندم، جو، ذرت، چانا، خردل و غیره است که از طریق کانال ها، چاه های لوله ای و نهرهای سطحی آبیاری می شوند. اگرچه میانگین بارندگی سالانه بیش از 1044 میلی متر در حوضه آبریز است، اما بخش عمده ای از حوضه آبریز برای مصارف شرب و آبیاری در تابستان با کمبود شدید آب مواجه است. این منطقه که به «بوندلخند» معروف است، از نظر اقتصادی-اجتماعی از نظر آموزشی، زیرساختی و رشد انسانی عقب مانده باقی مانده است. اگرچه دولت اتحادیه چند سال پیش بسته اقتصادی ویژه ای را برای منطقه اعلام کرده بود، با این حال، نتایج توسعه همچنان در انتظار است.
3. داده های مورد استفاده و روش
Survey of India (SOI) Toposheet اعداد 54L/6 و 54L/7 در مقیاس 1:50000، از Survey of India، دهرادون به دست آمد و برای تهیه نقشه پایه استفاده شد. صفحات بالای صفحه در نرم افزار Erdas Imagine 14 با کمک نقاط کنترل زمینی (GCPs) اسکن و ژئو ارجاع داده شدند و با در نظر گرفتن سیستم جهانی ژئودتیک جهانی (WGS84) به عنوان داده، در طرح جهانی عرضی مرکاتور (UTM) پیش بینی شدند. منطقه مورد مطالعه در منطقه UTM 44 N قرار دارد. برای ارجاع جغرافیایی، طول و عرض جغرافیایی یک نقشه مرجع به مختصات XY تبدیل شد و مختصات XY مربوطه بر روی نقشه منتقل شد. پس از ارجاع جغرافیایی، این صفحات بالا موزاییک شده و مرز حوضه از داده‌های تابش حرارتی و انعکاس حرارتی پیشرفته (ASTER) با وضوح 30 متر مشخص شد.https://www.earthexplorer.usgs.gov ، با استفاده از نرم افزار SAGA، و این داده ها متعاقباً برای تهیه مدل رقومی ارتفاع (DEM) مورد استفاده قرار گرفت.
داده های IRS-P6 LISS III با وضوح فضایی 23.5 متر (مسیر/ ردیف: 98/54) در 27 فوریه 2005 از مرکز ملی سنجش از دور (NRSC)، حیدرآباد ( شکل 2 ) تهیه شد.
سایر اطلاعات مربوطه از منابع مختلف دولتی در قالب نقشه ها، گزارش ها و مجموعه داده های جانبی به دست آمده است.
شبکه زهکشی به صورت دستی با دیجیتالی کردن خطوط زهکشی ایجاد شد و روی DEM در ArcGIS 10 پوشانده شد ( شکل 3 ). شبکه زهکشی حوضه و ترتیب جریان و پارامترهای مورفومتریک با استفاده از روش‌های استاندارد که توسط هورتون و استرالر [ 24 ] [ 25 ] اتخاذ شده است، محاسبه شد.] . روش استاندارد تفسیر تصویر بصری بر اساس عناصر تشخیص عکس مانند تن، بافت، اندازه، شکل، الگو، تداعی و دانش میدانی دنبال شد. مقوله‌های کاربری/پوشش زمین مانند زمین کشاورزی، جنگل انبوه، جنگل باز، بوته‌های باز، سکونتگاه، معدن سنگ، سنگ در معرض، زمین‌های بایر و بدنه آبی، بر اساس تفسیر تصویر مشخص شدند که با تأیید صحت زمین تکمیل شد. . نقشه کاربری/پوشش زمین در سال 2005 برای رقومی سازی، ویرایش و ساخت توپولوژی به ArcGIS وارد شد. شناسه های چند ضلعی برای هر رده کاربری/پوشش زمین و منطقه هم در کیلومتر 2 و هم بر حسب درصد اختصاص داده شد.
شکل 2 . استاندارد IRS-P6 LISS III FCC، 2005.
در GIS محاسبه شد.
به منظور درک ویژگی های شیب حوضه، نقشه شیب از DEM استخراج شد. با استفاده از روش استاندارد برای محاسبه شیب بر حسب درجه، سه کلاس ملایم (0˚ – 13˚)، متوسط (13˚ – 25˚)، و تند (˚ 25 – 38) اختصاص داده شد ( شکل 4 ).
شاخص بازده رسوبی (SYI) با استفاده از ورودی‌های پارامترهای زهکشی، کاربری زمین/پوشش و شیب منطقه برای ارزیابی میزان رسوب‌دهی در حوضه گوویندساگر محاسبه شد.
4. نتایج و بحث
4.1. تجزیه و تحلیل مورفومتریک
تجزیه و تحلیل مورفومتریک توصیف کمی از هندسه حوضه را برای درک شیب اولیه یا نابرابری در سختی سنگ، کنترل‌های ساختاری، دیاستروفیسم اخیر، تاریخچه زمین‌شناسی و ژئومورفیک حوضه زهکشی ارائه می‌کند [ 25 ]. زهکشی در یک
شکل 3 . شبکه زهکشی روی DEM قرار گرفته است.
حوضه تا حد زیادی توسط سنگ ها، خاک و ساختارهای سنگی اداره می شود و می توان از آن برای استنباط در مورد سنگ شناسی، ساختار و انواع خاک استفاده کرد. نهرهای مرتبه بالاتر اغلب توسط ساختارهای سنگی کنترل می شوند، در حالی که رفتار جریان های مرتبه پایین و روابط متقابل آنها اطلاعاتی در مورد ماهیت سنگ ها و خاک ها ارائه می دهد [ 26 ].] . پارامترهای مورد استفاده برای ارزیابی تحلیل‌های مورفومتریک به جنبه‌های خطی، مساحتی و امدادی طبقه‌بندی می‌شوند. جنبه های خطی شامل ترتیب جریان، طول جریان، طول متوسط جریان، نسبت طول جریان و نسبت دوشاخه است، در حالی که جنبه های منطقه ای شامل تراکم زهکشی، فرکانس بخار، بافت زهکشی، شکل حوضه، از عامل، نسبت دایره ای و نسبت کشیدگی، در حالی که جنبه های تسکینی می باشد. از نسبت تسکین تشکیل شده است. تعیین ترتیب جریان بر اساس رتبه بندی سلسله مراتبی نهرها است و یک شاخص مفید برای اندازه جریان، تخلیه و منطقه زهکشی است [ 27 ]. اندازه‌گیری این پارامترهای خطی، منطقه‌ای و امدادی، درک مورفولوژی حوضه را در نظر می‌گیرد [ 28 ].
ترتیب جریان اولین مرحله از تجزیه و تحلیل کمی حوضه زهکشی است که توسط هورتون [ 24 ] پیشنهاد شد و بعداً توسط Strahler [ 25 ] اصلاح شد. منطقه مورد مطالعه 720 می باشد
شکل 4 . نقشه شیب.
راسته های مختلف نهرها و رودخانه اصلی شهزاد از نهرهای راسته ششم است. این نهرها دبی خود را به مخزن گووینگساگر می رسانند. رودخانه اصلی شهزاد از ردیف ششم است ( جدول 1 ). نسبت طول نهر با ترتیب مختلف در حوضه حوضه گوویندساگر تنوع در شیب و شرایط توپوگرافی را نشان می دهد. بر این اساس، نسبت طول جریان رابطه مهمی با دبی جریان سطحی و مرحله فرسایش حوضه دارد [ 29 ].] . مقادیر نسبت انشعاب حوضه گویندساگر از 00/2 تا 23/5 است که نشان‌دهنده کنترل ساختاری کمتر بر توسعه زهکشی است، یعنی الگوی زهکشی منطقه مورد مطالعه به دلیل اختلالات ساختاری مخدوش نشده است. تراکم زهکشی طول کل نهرها است. ترتیب بر مساحت حوضه زهکشی تقسیم می شود و نشان دهنده نزدیکی فاصله کانال ها است [ 24 ]. این حوضه دارای تراکم زهکشی 4.87 کیلومتر بر 1 است که در دسته تراکم زهکشی بالا قرار دارد که ممکن است به مواد غیرقابل نفوذ زیرسطحی نسبت داده شود. مقدار بافت زهکشی 4.53 است که نشان دهنده بافت متوسط است. شکل حوضه 2.54 است که نشان‌دهنده دبی سیلاب و جریان زیاد جریان حامل بار رسوبی است. فرم
مقدار عاملی 0.39 نشان می دهد که حوضه از نظر طولی کمتر با جریان اوج مسطح برای مدت طولانی تر است. نسبت دایره ای (0.19) نشان می دهد که حوزه حوضه دایره ای کمتری با تسکین کم تا متوسط است (6.26) [ 30 ].
4.2. تحلیل کاربری/پوشش زمین
تجزیه و تحلیل کاربری/پوشش زمین با استفاده از داده های IRS-P6 LISS III FCC انجام شد. تفسیر بصری داده‌های FCC منجر به شناسایی و تعیین دسته‌های کاربری/پوشش زمین از قبیل زمین کشاورزی، جنگل انبوه، جنگل باز، بوته‌های باز، سکونتگاه، معدن سنگ، سنگ در معرض، زمین‌های بایر و بدنه آبی شد ( شکل 5 ). آمار مساحت کاربری/پوشش اراضی تهیه شده در GIS حاکی از آن است که حوضه آبریز مساحتی در حدود 192.32 کیلومتر مربع زیر زمین کشاورزی را اشغال می کند که 50.08 درصد از کل مساحت حوزه آبخیز را تشکیل می دهد. جنگل انبوه مساحتی در حدود 68.45 کیلومتر مربع را اشغال می کند که تا حد زیادی به حاشیه جنوبی حوزه آبخیز محدود می شود. مساحت زیر جنگل های باز حدود 15.89 کیلومتر مربع است ، در حالی که فضای باز مساحتی در حدود 91.21 کیلومتر را اشغال می کند.2 . سایر مقوله‌های کاربری/پوشش زمین مانند سکونتگاه، سنگ در معرض، معدن سنگ، زمین‌های بایر و بدنه آب به ترتیب مساحت‌های 2.86 کیلومتر مربع ، 0.42 کیلومتر مربع ، 4.75 کیلومتر مربع ، 0.71 کیلومتر مربع و 7.71 کیلومتر مربع را اشغال می‌کنند ( جدول 2 ).
4.3. تجزیه و تحلیل شاخص بازده رسوبی (SYI).
تعدادی از مدل‌های بازده رسوب، هم تجربی و هم مفهومی، در عمل برای رسیدگی به مشکلات مدیریت آب و خاک در محدوده وسیعی هستند. با این حال، اکثر برنامه‌ریزی‌های حفاظتی برای کنترل فرسایش، از مدل(های) تجربی برای برآورد میانگین تلفات سالانه خاک استفاده می‌کنند. با این حال، چنین مدل‌های تجربی به پارامتر ورودی از نظر فضایی نیاز دارند
شکل 5 . نقشه کاربری/پوشش زمین بر اساس IRS-P6 LISS III.
اطلاعات کاربری زمین، پوشش گیاهی، خاک، شیب، تراکم زهکشی، علاوه بر رواناب و شدت بارندگی. حفاظت از خاک و آب در مناطق وسیع دشوار، پرهزینه و غیرقابل مدیریت است، از این رو نیازمند یک رویکرد انتخابی برای تعیین مرزهای واحدهای هیدرولوژیکی کوچکتر حوضه/زیرحوضه است، زیرا برنامه های مدیریت منابع کارآمدتر و هدفمندتر برای برنامه ریزی حفاظتی مناسب است [ 22 ]. تخمین کمی شاخص بازده رسوب (SYI) توسط بالی و کاراله [ 17 ] انجام شد و توسط آژانس سنجش از دور ملی [ 31 ] به روز شد. یک مدل تجربی رایج برای SYI که در شرایط هند به کار گرفته شده است، به دنبال کومار [ 32 ] علاوه بر رائو و ماهابالسوارا [ 21 ] انجام شد.] و به شرح زیر است:
(1)
V s = بازده رسوب، (Mm 3 / سال × 10 3 )
P = بارندگی سالانه، (سانتی متر)
A = حوضه آبریز، (km 2 )
D = تراکم زهکشی، (km/ km2 )
S = شیب متوسط حوضه، (درجه)
F = ضریب پوشش رویشی، ( km2 )
که در آن، F را می توان به صورت زیر تعیین کرد:
(2)
F1 = زمین کشاورزی
F2 = جنگل انبوه
F3 = جنگل باز
F4 = اسکراب باز
F5 = سنگ آشکار
F6 = پرس و جو سنگ
F7 = زمین بایر
F8 = تسویه حساب
F9 = بدنه آبی
پارامترهایی مانند A، D، S و F واحدهای ضروری هستند که می توانند از نقشه زهکشی رودخانه، نقشه شیب و نقشه کاربری/پوشش اراضی استخراج شوند. با این حال، پارامتر F باید در اطلاعات کاربری/پوشش زمین که از تصاویر ماهواره ای استخراج شده است، دوباره تعریف شود. شاخص بازده رسوب (SYI) حوضه آبریز گوویندساگر با استفاده از معادلات (1) و (2) به دست آمده است. مقدار هر پارامتر در معادلات (1) و (2) قرار داده شده است و مقدار حاصل V s برابر با 2.74 M・m 3 / سال × 10 3 است ( جدول 3 ). میزان رسوب دهی در مخزن گویندساگر 07/0 هکتار در مترمربع در سال است.
5. نتیجه گیری ها
مطالعه فرسایش خاک و اندازه گیری رسوبات بسیار دشوار است زیرا عوامل زیادی بر نرخ فرسایش تأثیر می گذارند. مشاهدات صحرایی دقیق مانند اندازه گیری رسوب، خواص خاک، مدت و شدت بارندگی، تراکم پوشش گیاهی و شیوه های کشاورزی مورد نیاز است. میزان رسوب دهی مخزن گویندساگر 0.07 هکتار در متر در سال است که در دسته بسیار پایین قرار می گیرد [ 33 ]. بنابراین، حوضه آبریز
در معرض کمترین فرسایش خاک است و تأثیر کمی بر ظرفیت ذخیره آب دارد. این نشان می دهد که حوضه دارای توپوگرافی ملایم و یکنواخت است که در آن فرسایش خاک یک تهدید جدی نیست. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل کاربری/پوشش زمین نیز نشان می‌دهد که حوضه آبریز عمدتاً مبتنی بر کشاورزی است، علاوه بر داشتن پوشش جنگلی کافی، که فرسایش خاک را محدود می‌کند.
نتیجه مطالعه به وضوح نشان می دهد که حوضه کمتر مستعد فرسایش خاک است اما برای بهبود آن از نظر حفاظت از زمین و آب نیاز به نظارت منظم از برنامه ریزان و تصمیم گیرندگان دارد. داده های سنجش از دور را می توان برای استخراج ویژگی های سطح به کار گرفت و می تواند به عنوان ورودی مهم در چنین مطالعاتی استفاده شود.
بدون دیدگاه