مدیریت جامع حوزه های آبخیز

مدیریت جامع حوزه های آبخیز

بررسی عدم قطعیت عوامل مؤثر بر خطر فرسایش آبی حوزه آبخیز قرناوه با استفاده از رویکرد میانگین‌گیری بیزین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
چکیده
چکیده مبسوط
مقدمه: ارزیابی، شناسایی و اولویت‌بندی مناطق مستعد فرسایش امری ضروری است اما ماهیت فرسایش خاک و فرآیند‌های دخیل در آن موجب شده است که راهبرد‌های مؤثر در زمینه حفاظت آب‌وخاک، نیازمند ارزیابی خطر در مقیاس‌های زمانی و مکانی مختلف باشد. از این‌رو، پژوهش حاضر با بهره‌گیری از رویکرد و مدل­ کیفی PAP/RAC به پیش­بینی و تعیین وضعیت خطر فرسایش آبی حوزه آبخیز قرناوه و بررسی عدم قطعیت عوامل مؤثر بر نقشه وضعیت خطر فرسایش حاصل از مدل مذکور با روش میانگین‌گیری بیزین، به‌منظور ارزیابی، شناسایی و اولویت­بندی بهتر نقاط در معرض خطر فرسایش آبی، به جهت ارائه راهبرد‌های مؤثر حفاظت آب‌وخاک در راستای کاهش روند و توسعه فرسایش خاک پرداخته است.
مواد و روش‌ها: مرکز فعالیت منطقه‌ای/ برنامه اقدامات اولویت‌دار (PAP/RAC) که در سال 1977 تأسیس شد، یکی از شش مرکز فعالیت منطقه‌ای برنامه اقدام مدیترانه (MAP) است که خود بخشی از برنامه محیط‌زیست سازمان ملل متحد (UNEP) است. بیست‌ویک کشور مدیترانه‌ای و همچنین اتحادیه اروپا، MAP را تشکیل می‌دهند و هدف مشترک آن‌ها ایجاد محیط سالم‌تر مدیترانه‌ای است که بر اصل توسعه پایدار تکیه دارد. حوزه اصلی فعالیت PAP/RAC حمایت از کشورهای مدیترانه‌ای در بهبود مدیریت پایدار سواحل خود، به‌ویژه از طریق تصویب و اجرای پروتکل مدیریت یکپارچه مناطق ساحلی در مدیترانه است. در سال 1998 مدل و رویکرد PAP/RAC ارائه و با عنوان مرکز فعالیت منطقه‌ای/ برنامه اقدامات اولویت‌دار مورداستفاده قرار گرفت. طی این پژوهش با توجه به ساختار اجرایی مدل و رویکرد PAP/RAC در مرحله اول (رویکرد پیش­بینی) در گام اول ابتدا نقشه شیب حوضه از مدل رقومی ارتفاع 30 متری تهیه و بر اساس دستورالعمل ارزش­گذاری و به پنج طبقه تقسیم شد. در گام دوم نقشه سنگ­شناسی از نقشه­های زمین‌شناسی 1:250000 استان گلستان (شیت کوه کورخود) تهیه و بر اساس دستورالعمل ارزش‌گذاری و به پنج طبقه تقسیم شد. در گام سوم نقشه فرسایش­پذیری شیب که حاصل برهم‌نهی (ادغام) نقشه رخساره‌های سنگی و نقشه شیب مطابق دستورالعمل ارزش‌گذاری و تهیه شد. در گام چهارم کاربری اراضی از طبقه‌بندی تصاویر مردادماه سال 1402 ماهواره­ سنتینل 2 در محیط سامانه Google Earth Engine همراه با اطلاعات منطقه­ای موجود تهیه و به چهار طبقه مسکونی، جنگل، مرتع و زراعت تقسیم­بندی و مطابق دستورالعمل ارزش­گذاری شد. در گام پنجم نقشه تراکم پوشش گیاهی با استفاده از شاخص نرمال شده اختلاف پوشش گیاهی (NDVI) برای بازه زمانی مردادماه سال 1402 محاسبه و مطابق دستورالعمل ارزش‌گذاری شد. در گام ششم نقشه حفاظت خاک از ادغام نقشه کاربری اراضی و تراکم پوشش گیاهی مطابق دستورالعمل‌ها ایجاد شد. در گام هفتم نقشه وضعیت خطر فرسایش پیش‌بینی‌شده که تأثیر عوامل شیب، سنگ‌شناسی، کاربری اراضی و پوشش زمین را در نظر می­گیرد از ادغام نقشه فرسایش‌پذیری (تلفیق شیب و سنگ‌شناسی) و نقشه حفاظت خاک مطابق دستورالعمل‌ها ایجاد شد. پس از ایجاد نقشه وضعیت خطر فرسایش منطقه، با رجوع به منطقه و با استفاده از عکس­های هوایی، حالت­های فرسایشی منطقه به‌منظور انجام رویکرد توصیفی مدل، برداشت و درنهایت با جانمایی حالت‌های فرسایشی برداشت‌شده بروی نقشه پیش­بینی وضعیت خطر فرسایش، رویکرد ادغام مدل اجرا گردید. در هدف دوم این پژوهش، با در نظر گرفتن مساحت حوزه (هر هکتار) به­عنوان حجم جامعه آماری و استفاده از رابطه کوکران، تعداد نقاط ب تصادفی تعیین و با استفاده از دستور Create Random points متناسب با مرز آبخیز قرناوه، در نرم‌افزار ArcGIS نقاط تصادفی جانمایی شد و بر اساس ارزش هر نقطه در عامل‌های مدل (شیب، زمین­شناسی، پوشش گیاهی و کاربری اراضی) با استفاده از روش میانگین‌گیری بیزین میزان تأثیر هر عامل بروی نقشه پیش‌بینی وضعیت خطر فرسایش آبی در محیط برنامه R مشخص شد.
نتایج و بحث: نتایج حاصل از بررسی مدل کیفی PAP/RAC نشان داد که 19/0، 34/3، 94/34، 28/227 و 53/514 کیلومترمربع از حوضه به ترتیب در وضعیت خطر فرسایش خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و بسیار زیاد است. به‌عبارت‌دیگر 81/741 کیلومترمربع از حوضه در وضعیت خطر فرسایش زیاد و بسیار زیاد است که به‌طور کلی نتایج بیانگر پتانسیل بالای این حوضه در فرسایش و هدررفت خاک با توجه به عامل­های مدل کیفی PAP/RAC است و همچنین نتایج بررسی عدم قطعیت با مدل میانگین بیزین، گویای اهمیت بالای شیب و سنگ‌شناسی در نتیجه و خروجی مدل است.
نتیجه‌‌گیری: با توجه به اهمیت ارزیابی نقاط مستعد فرسایش پیشنهاد می­شود، ارزش­گذاری (رتبه‌دهی) در زمینه عامل‌های مدل‌ PAP/RAC با دقت بیشتری انجام گیرد و در صورت امکان دستورالعمل‌های مدل متناسب با شرایط کشور ایران تهیه گردد تا ارائه راهبردهای مؤثر حفاظت آب‌وخاک با توجه به نتایج مدل و در راستای کاهش روند و توسعه فرسایش خاک، مؤثرتر واقع گردد.  
کلیدواژه‌ها

موضوعات


Amore, E., Modica, C., Nearing, M. A. & Santoro, V. C. (2004). Scale effect in USLE and WEPP application for soil erosion computation from three Sicilian Watersheds. Journal of Hydrology, 293(1-4), 100-114. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2004.01.018
Benchettouh, A., Jebari, S., Kouri, L. & Kherchi, F. (2022). Mapping of soil erosion using the PAP/RAC directive in the Seklafa catchment, Djebel Amour region (Saharan Atlas-Algeria). Algerian Journal of Environmental Science and Technology, 8(2), 2419-2428.
Diani, K., Ettazarini, S., Hahou, Y., El Belrhiti, H., Allaoui, W., Mounir, K. & Gourfi, A. (2023). Identification of soil erosion sites in semiarid zones: Using GIS, remote sensing, and PAP/RAC model. In Handbook of Hydroinformatics, 169-183. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821961-4.00003-8
Draper, D. (1995). Assessment and propagation of model uncertainty. Journal of the Royal Statistical Society Series B: Statistical Methodology, 57(1), 45-70.‏ https://doi.org/10.1111/j.25176161.1995.tb02015.x
Esmaeili Gholzom, H., Ahmadi, H., Moeini, A. & Motamed Vaziri, B. (2020). Erosion risk assessment and identification of susceptibility lands using the ICONA model and RS and GIS techniques. Natural Hazards and Earth System Sciences Discussions, 1-18. https://doi.org/10.5194/nhess-2020-85,2020
Elbadaoui, K., Mansour, S., Ikirri, M., Abdelrahman, K., Abu-Alam, T. & Abioui, M. (2023). Integrating Erosion Potential Model (EPM) and PAP/RAC Guidelines for Water Erosion Mapping and Detection of Vulnerable Areas in the Toudgha River Watershed of the Central High Atlas, Morocco. Land, 12(4),837.https://doi.org/10.3390/land12040837
 
Erfanian, M., Ghaharahmani Saatloo, P. & Saadat, H. (2015). Preparation of soil erosion potential risk map using fuzzy logic in Gharnaveh Watershed, jwmseir , 23(7), 43-52.http://dorl.net/dor/20.1001.1.20089554.1392.7.23.3.1 (In Persian)
Hafezi Moghaddas, N., Nikudel, M. & Bahrami, K. (2011). Evaluation of collapsibility of loess deposits of Gharnaveh catchment in north of Kalale, Golestan province. Scientific Quarterly Journal of Iranian Association of Engineering Geology, 4 (Number 1 & 2), 39-46. (In Persian)
Hassanzadeh, H. (2020). Estimation of erosion and destruction of the catchment area of Bidovaz dam using EPM model and GIS software, Master's thesis. Bojnord University. (In Persian)
Hatamerad S, Haghighat J, Asgharpur H. & Adrangi B. (2022). Evaluation of macro factors affecting stock price index: Bayesian averaging approach. qjfep; 10 (37), 73-111. (In Persian)
Hembram, T. K. & Saha, S. (2020). Prioritization of sub-watersheds for soil erosion based on morphometric attributes using fuzzy AHP and compound factor in Jainti River Watershed, Jharkhand, Eastern India. Environment, Development and Sustainability, 22(2), 1241-1268. https://doi.org/10.1007/s10668-018-0247-3
Labbaci, A., Marghadi, S., Laaribya, S., & Moukrim, S. (2020). Integrating Sentinel-2 Data and PAPCAR Model to Map Water Erosion: Case of Beni Boufrah Watershed. Rwanda Journal of Engineering, Science, Technology and Environment, 3(1).‏https://doi.org/10.4314/rjeste.v3i1.4S
Mesrar, H., Sadiki, A., Navas, A., Faleh, A., Quijano, L. & Chaaouan, J. (2015). Modélisation de l’érosion hydrique et des facteurs causaux, Cas de l’oued Sahla, Rif Central, Maroc. Zeitschrift für geomorphologie, 59(4), 495-514.
Nainiva, S. P. & Parichereh, M. (2023). Erosion Hazard classification using the Fargas qualitative model in the Chehelgazi Sub-Watershed of Kurdistan province. Integrated Watershed Management, 3(1), 89-99. https://doi.org/10.22034/iwm.2023.1995873.1068 (In Persian)
Nainiva, S. P. & Satarvand, A. (2023). Evaluation and estimation of the intensity of soil erosion under Chehelgazi Sub-Watershed of Kurdistan province. Extension and Development of Watershed Management, 10(39), 38-47. https://dorl.net/dor/20.1001.1.26454777.1401.10.39.8.8(In Persian)
Najia, F., Bouchta, E., Mohamed, M., Benzougagh, B. & El Brahimi, M. (2021). Evaluation of water erosion by mapping and application of the PAP/RAC method in the prerif of ouazzane. Ecology, Environnement and Conservation, 12.
Nanjundeswaraswamy, T. S. & Divakar, S. (2021). Determination of sample size and sampling methods in applied research. Proceedings on engineering sciences, 3(1), 25-32. https://doi: 10.24874/PES03.01.003
Nguyen, P., Shearer, E. J., Tran, H., Ombadi, M., Hayatbini, N., Palacios, T., Huynh, P., Braithwaite, D., Updegraff, G. & Hsu, K. (2019). The CHRS Data Portal, an easily accessible public repository for PERSIANN global satellite precipitation data. Scientific data, 6(1), 1-10. https://doi.org/10.1038/sdata.2018.296
Ousmana, H., El Hmaidi, A., Essahlaoui, A., Bekri, H. & El Ouali, A. (2017). Modélisation et cartographie du risque de l’érosion hydrique par l’application des SIG et des directives PAP/CAR. Cas du bassin versant de l’Oued Zgane (Moyen Atlas tabulaire, Maroc). Bulletin de l’Institut Scientifique, Rabat, Section Sciences de La Terre, 39, 103-119.‏
PAP/CAR (1998a). Directives pour la cartographie et la mesure des processus d’érosion hydrique dans les zones côtières méditerranéennes. PAP-S/PP/GL.1.split, centre d’activités régionales pour le programme d’actions prioritaires (PAM/PNUE), en collaboration avec la FAO.
PAP/CAR. (1998b). Directives pour l'approche int_egr_ee au d_eveloppement, _a la gestion et _a l'utilisation des ressources en eau, centre d'activit_es r_egionales pour le Programme d'actions prioritaires [rapport]. - [s.l.]: PAP-3/1998/G.1. Split, 1998a.
PAP/CAR. (1998c). Rapport de l'Atelier sur l'_etat de l'_erosion des sols par la pluie dans les zones c^oti_eres m_editerran_eennes, [Rapport]. - Murcie: PAP-8/W.1/1, 1998.
PAP/RAC. (2000). National reports on problems and practices of erosion control management in the mediterranean region [rapport]. [s.l.]: PAP/RAC, split, 2000.
Raftery, A. E. (1995). Bayesian model selection in social research. Sociological methodology, 111-163.‏ https://doi.org/10.2307/271063
Refahi, H. (2000). Water erosion and its control, Tehran University Publications. (In Persian)
Saber chenari, K., Bahremand, A., Sheikh, V. B. & Komaki, C. B. (2016). Gully Erosion Hazard Zoning Using of Dempster-Shafer Model in The Gharnaveh Watershed, Golestan Province. Iranian journal of Ecohydrology, 3(2), 219-231. https://doi: 10.22059/ije.2016.59663. (In Persian)
Tahouri, J., Sadiki, A., Karrat, L. H., Johnson, V. C., weng Chan, N., Fei, Z. & Te Kung, H. (2022). Using a modified PAP/RAC model and GIS-for mapping water erosion and causal risk factors: Case study of the Asfalou watershed, Morocco. International Soil and Water Conservation Research, 10(2), 254-272. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2021.07.003
Tajiki M, Najafinejad A, Gholipour M, Siroosi H, Sadodin A, Sheikh V B, et al. (2022). Efficiency of Watershed Management Measures on Erosion and Sedimentation of Qarnaveh watershed, Golestan Province. jwmr13(26), 163-177. https://doi:10.52547/jwmr.13.26.163. (In Persian)
Zangiabadi, M., Rangavar, A., Rafahi, H. G., Shorafa, M. & Bihamta, M. R. (2010). Investigation of the most Important Factors Affecting on Soil Erosion in Kalat Semi-Arid Rangelands. Water and Soil, 24(4), . doi: 10.22067/jsw.v0i0.3894. (In Persian)

  • تاریخ دریافت 23 دی 1402
  • تاریخ بازنگری 18 بهمن 1402
  • تاریخ پذیرش 01 اسفند 1402