هدف از این مطالعه تعیین مورفومتری یک حوضه با استفاده از داده های راداری ماموریت توپوگرافی رادار شاتل (SRTM) و تکنیک های GIS است. این مطالعه در حوضه آبریز رودخانه ایندایا، که در منطقه جنوب غربی شهرداری Aquidauana، MS، برزیل واقع شده و دارای مساحت 94.6764 کیلومتر مربع است، انجام شده است .. در نتیجه، شاخه ای از رودخانه تابوکو وارد مناطق پست پانتانال می شود. پارامترهای مورفومتریک کلاسیک از طریق تحلیل فضایی در سیستمهای اطلاعات جغرافیایی محاسبه و تخصصی شدند. نتایج اصلی توصیف مورفومتریک متغیرهای ضریب فرم، چگالی زهکشی، ضریب فشردگی و ضریب نگهداری و همچنین پارامترهای برجسته یافت شده شامل هیپسومتری، شیب، جنبه و کالبد شکافی (دامنه افقی و عمودی) بود. تجزیه و تحلیل تلفیقی از متغیرها (مورفومتریک و امداد) به این نتیجه رسید که حوضه دارای حساسیت کم به سیل است، اما مورفولوژی امداد و ساختار سنگ شناسی به نفع توسعه فرآیندهای فرسایش در حوضه است.
کلید واژه ها
SRTM DEM , تحليل مورفومتريك , GIS , سنجش از دور , Pantanal
1. مقدمه
تجزیه و تحلیل مورفومتریک مجموعه ای از روش هایی است که جنبه های هندسی و ترکیبی سیستم های محیطی را مشخص می کند و به عنوان شاخص های شکل مربوطه، آرایش ساختاری و تعامل بین جنبه ها و شبکه کانال های رودخانه ای در یک حوضه در موقعیت ها و مقادیری است که هیدرولوژیکی و ژئومورفولوژیکی را تشدید می کند. مسائل [ 1 ] – [ 13 ] .
مطالعات مربوط به زهکشی رودخانه ها همیشه نقش اصلی را در مطالعات هیدرولوژیکی به دنبال درک وقوع، توزیع و حرکت آب و خواص آن ایفا کرده است. در مطالعات ژئومورفولوژیکی، یکی از فعال ترین فرآیندهای ریخت زایی در ترکیب مناظر زمینی را تشکیل می دهند. با توجه به مرجع [ 7 ]، کار توسعه یافته توسط رابرت ای. هورتون به عنوان پایه ای برای بسیاری از تحقیقات دیگر عمل می کند [ 2 ] [ 5 ] [ 14 ] [ 15 ]، که از ایجاد قوانین در مورد توسعه رودخانه ها و حوضه آبخیز آنها در یک رویکرد کمی برای توصیف ویژگی مورفومتریک آنها.
اخیراً، محققان تجزیه و تحلیلهای مورفومتریک را با استفاده از تکنیکهای سنجش از دور و ژئوپردازش برای توصیف حوضهها انجام دادهاند [ 16 ] – [ 28 ]. پیش از این، این نوع تجزیه و تحلیل برای محاسبه پتانسیل به دست آوردن اطلاعات محیطی نیازمند بررسی های پرهزینه و زمان بر، بررسی های میدانی و فضای اداری بود.
از آنجایی که دادههای ماموریت توپوگرافی رادار شاتل (SRTM) در آمریکای جنوبی برای اولین بار در اواسط سال 2003 در دسترس قرار گرفت، انتظارات زیادی در رابطه با دستاوردهای دانش مربوط به قلمرو ما وجود داشت، که با کمبود عمومی دادههای توپوگرافی توجیه میشود. ترازوهای مناسب
در این چشم انداز، پروژه TOPODATA در Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) برای ایجاد یک پایگاه داده ملی از داده های توپوگرافی با ارائه ارتفاع دیجیتال (DEM) برای تمام قلمرو ملی و متغیرهای اصلی توپوگرافی مرتبط (ارتفاع، شیب، جنبه ها، انحنای پروفیل اضلاع، طراحی انحنای افقی کانال های زهکشی و حوضه ها و حوضه آبریز). این پروژه از روشهای کریجینگ برای تبدیل DEM اصلی SRTM با وضوح جدید و بهبود یافته 90 متر تا 30 متر استفاده میکند [ 29 ] [ 30 ].
استفاده از DEM از طریق سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS) به عنوان یک ابزار قدرتمند ثابت شده است زیرا روش هایی را برای تجزیه و تحلیل ویژگی های توپوگرافی با مزایای کیفی و عملیاتی امکان پذیر می کند. داده های SRTM مرتبط با تکنیک های ژئوپردازش به عنوان راهی برای به دست آوردن محاسبات سریع، دقیق و کم هزینه برای استفاده در تحلیل های ریخت سنجی [ 28 ] [ 31 ] – [ 38 ] ارائه می شود.
تجزیه و تحلیل کمی پارامترهای مورفومتریک در توسعه و اولویت بندی حفاظت از خاک و آب در سطح حوزه آبخیز بسیار مفید است [ 39 ]. در این دیدگاه، استفاده از دادههای بهدستآمده از طریق سنجش از دور مرتبط با GIS یک ابزار قدرتمند برای تجزیه و تحلیل و مدیریت حوزه آبخیز است [ 26 ] [ 27 ] [ 40 ] [ 41 ].
با این حال، رویکردهای تحلیل مورفومتریک که توسط ژئوتکنولوژی هدایت میشوند، بر توصیف پارامترهای خاص مانند سلسله مراتب رودخانه، مساحت و محیط حوضه، فشردگی و شکل [ 21 ] [ 42 ] – [ 44 ] تمرکز کردهاند و در عین حال از متغیرهای مهمی مانند نادیده گرفته میشوند. به عنوان تجزیه و تحلیل درجه کالبد شکافی افقی (H) و عمودی (V) (نویسندگان معرفی شده تاکید می کنند که SIG این مقالات را تجزیه و تحلیل می کند و هیچ H و V پیدا نکرده است). بنابراین، شکاف بزرگی در ادبیات وجود دارد که نشان دهنده ادغام این متغیرها است.
در این زمینه، این مطالعه با هدف تعیین مورفومتری حوضه با استفاده از دادههای رادار SRTM و تکنیکهای ژئوپردازش انجام شد.
2. توصیف منطقه مطالعه
حوضه آبریز رودخانه ایندایا در منطقه جنوب غربی شهرداری آکویداوانا در ایالت ماتو گروسو دو سول برزیل، بین عرضهای جغرافیایی 20˚09’00” و 20˚16’00” جنوبی و طول جغرافیایی 55˚29’30 واقع شده است. “W and 55˚39’00″W، با مساحت تقریبی 94.6764 کیلومتر مربع ( شکل 1 ). نهر ایندایا پیش از ورود به دشت پانتانال، شاخه ای از رودخانه تابوکو است. به گفته کوپن، این اقلیم متعلق به منطقه زیر آب و هوای Aw (مرطوب گرمسیری) با میانگین بارندگی سالانه 1.200 میلی متر و حداکثر و حداقل دما به ترتیب 33 درجه سانتی گراد و 19 درجه سانتی گراد است.
زمین شناسی و ژئومورفولوژی
از نظر زمین شناسی، منطقه مورد مطالعه شامل سازند Furnas (گروه پارانا)، سازند Aquidauna و جریان رودخانه آبرفتی [ 45 ] است. ماسهسنگهایی که در سازند کورهها غالب هستند، متوسط تا خشن، سفید تا زرد روشن و کاملاً فلدسپاتیک هستند. لایههای ماسهسنگ بسیار ماسهای در هم قرار گرفتهاند، که اغلب تودههای پایه متقاطع و اولیگومیتی را نشان میدهند [ 46 ]. برای مرجع [ 47 ]، گروه ماسه سنگ در Furnas شامل دنباله ای از صندلی ها و صفحات متناوب به شکل ماسه سنگ است که به رنگ زرد مایل به خاکستری مایل به سفید هستند.
آجر قهوه ای مایل به قرمز در ماسه سنگ های سازند Aquidauana [ 45 ] قرار دارد. از نظر کانی شناسی، سطوح ناخالص عمدتاً دانه های کوارتز، با فلدسپات نادر و کائولینیزه شده است [ 47 ]. برای مرجع [ 48 ] رسوبات قرمز تشکیل Aquidauana نتیجه رسوب در محیط قاره (رودخانه، دریاچه و دشت های سیلابی) است.
شکل 1 . ارتفاع مدل دیجیتال (DEM) و موقعیت منطقه مورد مطالعه.
رسوبات آبرفتی که در حال حاضر در حاشیه و بستر رودخانه ها و نهرهای زهکشی منطقه در حال ته نشینی است را شامل می شود. آنها با حضور ماسه، سیلت، خاک رس و شن، معمولاً در سطح پایینتر مشخص میشوند و توسط سواحل شنی سطوح درشت دانه تا ریز و حاوی سیلت همپوشانی دارند [ 45 ].
همانطور که توسط مرجع [ 49 ] توضیح داده شد، اشکال برجسته برجسته تپه های محدب با شیب های بین 6٪ تا 20٪، دشت رودخانه، تپه ها و موروت ها هستند. واحدهای برجسته زیر و اشکال مربوط به آنها شناسایی شدند: دشت رودخانه (APF)، نقش برجسته به تپه های محدب با شیب 6٪ – 20٪ (Vc)، برجستگی تشریح شده به بالای تپه های محدب (Tc) و برجستگی تشریح شده است. به بالای تپه های محدب (Tc).
3. مواد و روش
3.1. داده های مورد استفاده
مواد مورد استفاده داده های تداخل سنجی راداری از شبکه SRTM 20_57_ZN (GeoTIFF)، تصاویر نوری موزاییکی از ماهواره GeoEye با وضوح بالا (ArcGIS 10® online ) در مقیاس 1:3.500 و وضوح فضایی 0.63 متر و برنامه های کاربردی کامپیوتری Map ArcG بود. ® و 13 ® Global Mapper.
3.2. روش شناسی
روش شناسی بر اساس رویه هایی است که مطابق شکل 2 توسط مرجع [ 1 ] [ 2 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 50 ]-[ 53 ] توصیف شده است.
با تجزیه و تحلیل داده های راداری SRTM (فاصله برابر از استخراج کانتور 15 متر) همراه با وضوح تصویر اپتیکال (GeoEye، وضوح فضایی 0.63 متر) که از ArcGIS 10 به صورت آنلاین استخراج شده بود، حوضه و زیرحوضه ها مشخص شدند و شبکه زهکشی. استخراج شد. پارامترهای حوضه، مانند مساحت، محیط و طول (رودخانه اصلی، تمام کانال ها و طول حوضه)، به طور خودکار از ابزار هندسه تولید شدند و سایر پارامترها با توجه به معادلات شرح داده شده در جدول 1 ارزیابی شدند .
شکل 2 . فلوچارت روش شناختی
مدلسازی عددی زمین بر اساس دادههای رادار SRTM بود، با وضوح اصلی 90 متر که توسط کریجینگ به 30 متر با مرجع اصلاح شد [ 54 ]. یک مدل شبکه مستطیلی منظم (RRMG) مطابق با رویههایی که قبلاً توضیح داده شد [ 55 ] ایجاد شد. این مدل با استفاده از نقش برجسته مدل تک بعدی استخراج شد. نقشه های هیپسومتریک، کلینوگرافی، جنبه و بعد بین رودخانه ای در محیط ArcGIS 10 تکثیر شدند. مراحل انجام شده به شرح زیر بود: Arctoolbox > Spatial Analyst Tool > Surface.
4. نتایج و بحث
تجزیه و تحلیل مورفومتریک
نتایج تجزیه و تحلیل مورفومتریک پارامترهای خطی و هوایی و حوضه آبخیز برجسته رودخانه ایندایا در جدول 2 نشان داده شده است.
منطقه زهکشی یکی از مهمترین خصوصیات در هیدرولوژی است. این حجم آبی که می تواند توسط آب باران تولید شود را منعکس می کند [ 27 ]. حوزه آبخیز رودخانه ایندایا دارای مساحت زهکشی 94.6764 کیلومتر مربع است ، محیط آن 49.0430 کیلومتر مربع است و می توان آن را به هفت زیرحوضه تقسیم کرد ( شکل 3 (الف)). توسعه سیستم زهکشی را می توان در فعالیت مورفوژنتیک آن تحت تأثیر طبیعت، ساختار زمین شناسی، فعالیت های تکتوژنتیک (درون زا) و مکانیسم های مورفوکلیمی (برون زا) قرار داد [ 7 ] [ 38 ] [ 56 ].
استاندارد حوضه زهکشی دندریتی بر روی حوضه رسوبی پارانا ساخته شده است که با رخنمون های ماسه سنگ های سازند Furnas و Aquidauana مشخص می شود [ 45 ]. با توجه به مرجع [ 7 ]، این نوع الگوی ارتباط مستقیمی با مقاومت یکنواخت سنگ ها و ساختارهای رسوبی دارد.
تعیین نظم و سلسله مراتب رودخانه اولین و مهمترین مرحله در توصیف مورفومتریک حوضه است [ 39 ]. این بر اساس معیارهای مرجع [ 2 ] برای تعیین ترتیب کانال ها است و از تکنیک های ژئوفرآوری برای استخراج شبکه زهکشی حوضه استفاده می کند که به عنوان مرتبه 4 مشخص شد. علاوه بر این، 24 کانال مرتبه اول، 7 کانال به عنوان مرتبه دوم و 2 کانال به عنوان مرتبه 3 مشخص شدند ( شکل 3 (الف)).
حوضه آبریز رودخانه ایندایا دارای طول کل 64.0938 کیلومتر است که شامل تمام کانالهای آن میشود و کانال اصلی 17.9875 کیلومتر است ( جدول 2 ). کانال های گسترده ای در سراسر حوضه وجود دارد. با توجه به مرجع [ 38 ]، طول کانال ارتباط مستقیمی با توپوگرافی دارد. کانالهایی که طولانیتر در شیبهای صافتر توسعه مییابند، واقعیتی که در منطقه مورد مطالعه مشهود بود، جایی که زمین دارای فرمهای نرم موجدار است.
که با غلبه تپه های محدب با شیب متوسط 5.50 درصد مشخص می شود.
عامل تراکم زهکشی به طور مستقیم با آب و هوا، سنگ شناسی سنگ ها، تسکین، ظرفیت نفوذ و پوشش گیاهی مرتبط است [ 7 ] [ 16 ]. منطقه مورد مطالعه در رده تراکم زهکشی کم (0.6769 km/km2 ) قرار دارد که نشان می دهد حوضه نفوذپذیری خوبی دارد. این رفتار با فرآیند نفوذ مرتبط است، که توسط ساختار سنگشناسی سازندهای Furnas و Aquidauana، که به نوبه خود اساساً شامل ماسهسنگهای درشت دانه هستند، مورد علاقه است.
ضریب فشردگی حوضه 1.4112 است. هنگامی که واحد ضریب (1) با یک شکل دایره ای (نماینده تمایل به سیل) مطابقت دارد، ضریب شکل (0.4538) کم در نظر گرفته می شود. از تجزیه و تحلیل ترکیبی مقادیر یافت شده، این امکان وجود دارد که حوضه حساسیت کمی به سیل داشته باشد. با این حال، یک الگوی کشیده تر رواناب آب باران را تسهیل می کند و در نتیجه باعث توسعه فرسایش می شود.
با توجه به مرجع [ 5 ]، ضریب تعمیر و نگهداری یکی از مهمترین مقادیر عددی برای مشخص کردن سیستم زهکشی است و در نظر گرفته شده است که حداقل منطقه را برای نگهداری یک لوله کانال جریان [ 7 ] فراهم کند. مقدار به دست آمده 1477.32 km2 /km است . بدیهی است که این حوضه کم آب است.
شکل 3 . (الف) حد حوضه، زیرحوضه ها و ترتیب کانال، (ب) ارتفاع، (ج) شیب و (د) جنبه.
هیپسومتری به 8 کلاس تقسیم شد که از ارتفاع 546 متر تا 158 متر متغیر بود ( شکل 3 (ب)) که محدوده ارتفاع سنجی 387 متر را تعیین می کرد ( جدول 2 ). دامنه ارتفاعی از دهانه رودخانه تابوکو تا بیش از نیمی از مسیر میانی آن بسیار کم است (تقریباً 100 متر). در سمت غرب بالاترین ارتفاع (546 متر) قرار دارد که با موجی شدید همراه است و دارای شیب بیش از 30 درصد است. در شرق، به سمت دهانه رودخانه تابوکو، سطوح ارتفاعی تقریباً به 156 متر می رسد، جایی که نقش برجسته از صفحه (دشت رودخانه ای) تا مواج نرم (تپه های محدب) است که دارای شیب هایی به کمتر از 20٪ است. چیدمان ارتفاعات بالاتر به سمت غرب و پایین شرق نشان دهنده جهت جریان زهکشی (OL) است.
نقشه برداری از شیب ( شکل 3 (c)) یکی از ویژگی های مهم تجزیه و تحلیل یک حوضه است. با توجه به مرجع [ 57 ]، شیب به سرعت رواناب مربوط می شود، در نتیجه بر زمان مورد نیاز برای تمرکز آب باران در بستر رودخانه که شبکه حوضه زهکشی را تشکیل می دهند، تأثیر می گذارد. اوج سیل، نفوذ و حساسیت به فرسایش خاک به سرعت جریان در زمین حوضه بستگی دارد.
از این نظر، درک توزیع شیب امدادی ضروری است زیرا اطلاعاتی را برای برنامه ریزی و مکانیزه کردن کشاورزی، برنامه ریزی سازه های مهندسی و اقدامات حفاظتی ارائه می دهد [ 36 ] [ 37 ].
ما تشخیص دادیم که 61 درصد از حوضه بر شیبهای پایینتر غالب است، که بین 0 تا 6 درصد حوضه با نقش برجستهها همراه است و عملاً شکلهای مواج نرم و صاف را نشان میدهد. این منطقه بین سرچشمه های شاخه های آن و مصب رودخانه تابوکو قرار دارد. شیب های تندتر از 30 درصد 0.4 درصد از حوضه را تشکیل می دهند و در غرب، در مناطقی که نقش برجسته دارای شکل موج های قوی است که با وجود تپه ها و تپه ها مشخص می شود، رخ می دهد.
بر اساس مرجع [ 58 ]، دامنه تپه «عنصر غالب برجستگی در بیشتر مناطق است و خود را به عنوان مهمترین شکل تسکین برای انسان، هم برای کشاورزی، همانطور که سایر ساختمانها کار میکنند، نشان میدهد».
نقشه برداری از جنبه ( شکل 3 (د)) حوضه آبریز رودخانه ایندایا، پیچیدگی در موقعیت را نشان می دهد که جریان های مختلف به حوضه را توجیه می کند. با این حال، جنبه های جهت گیری به شمال (N) و شرق (L) برجسته است.
برای ارجاع به [ 59 ]، سطوح کنار استوایی برج جدی تمایل به سمت شمال دارند که در مقایسه با مناطق جنوب گرمتر و با خشکسالی هستند. از این نظر، مرجع [ 60 ] تاکید می کند که هر شار تشعشعی که به سمت شمال در مناطق نیمه گرمسیری جنوبی می رسد شدیدتر از سایر جنبه هایی است که شیب و موقعیت یکسانی دارند اما در سمت جنوب قرار دارند، یک واقعیت است. که به نفع بزرگترین هوازدگی از این جنبه ها است.
با توجه به مرجع [ 60 ]، تشریح امدادی شدت زهکشی ارتباط مستقیمی با تخلخل، نفوذپذیری و سنگ دارد. حوزه آبخیز رودخانه ایندایا بر روی سازندهای Furnas و Aquidauana ساخته شده است که از ماسه سنگ های متخلخل و شکننده تشکیل شده است [ 45 ]. این ویژگی سنگ شناسی به نفع نفوذ آب باران است. در نتیجه، مقدار سطح آب کمتر است و در نتیجه تعداد کانالهای کمتر و افزایش فاصله بین اینترفلیوها افزایش مییابد ( شکل 4 (الف)).
شکل 4 . (الف) دامنه بین رودخانه ای (تشریح افقی)، (ب) دامنه عمودی (کالبد شکافی عمودی).
با تجزیه و تحلیل کالبد شکافی افقی و عمودی ( شکل 4 (الف) و شکل 4 (ب))، غالب کانال ها را در فواصل 250 – 750 متر (متوسط اندازه بین رودخانه ای 454 متر) شناسایی کردیم. بریدگی دره های بسیار قوی (به طور متوسط 166 متر) دارای نقش برجسته ای است که توسط تپه هایی با دره های محدب و U شکل غالب است.
5. نتیجه گیری ها
داده های رادار تداخل سنجی SRTM نتایج رضایت بخشی را در خصوصیات مورفومتری نشان داد. این بررسی پتانسیل محصولات متریک رادار را در تجزیه و تحلیل مورفومتری امداد به عنوان مبنایی برای نقشه برداری ژئومورفولوژیکی برجسته می کند. همراه با داده های دیگر (به عنوان مثال، خاک، کاربری، پوشش گیاهی، آب و هوا)، چنین محصولاتی می توانند از تشخیص و تجزیه و تحلیل های محیطی و کاربری زمین پشتیبانی کنند.
از تجزیه و تحلیل تلفیقی متغیرهای مورفومتریک، نتیجه میگیریم که حوزه آبخیز حساسیت کمی به سیل دارد. با این حال، ساختار زمینشناسی، که عمدتاً از ماسهسنگها تشکیل شده و با حضور کوارتز مرتبط با تپههای برجسته مشخص میشود، به نفع توسعه فرسایش توسط آب است.
نتیجه توصیف مورفومتریک متغیرهای مهمی را نشان میدهد، به ویژه در رابطه با کارتهای کالبد شکافی افقی و عمودی که میتواند در برنامهریزی، استفاده و مدیریت منابع در حوضهای که از مجموعه سکونتگاهی روستایی پشتیبانی میکند، کمک کند.
بدون دیدگاه