تحلیل ارتباط ویژگی های مورفومتری و فرسایش پذیری با استفاده از شاخص موقعیت توپوگرافی در حوضه آبریز پیوه ژن بینالود

Abstract

پیشینه و هدف پارامترهای مورفومتری حوضه آبریز شاخص‌های بسیار مناسب برای تحلیل فرآیندهای ژئومورفولوژیکی هستند. مطالعات فرسایش و تولید رسوب از مهم‌ترین تحقیقاتی هستند که به منظور اجرای برنامه‌های حفاظتی آب وخاک، کاهش فرسایش، تغییر هیدرولیک جریان رودخانه‌ها و همچنین جلوگیری از کاهش گنجایش دریاچه سدهای مخزنی، توسط متخصصان علوم زمین و به خصوص ژئومورفولوژیست‌ها انجام می‌گیرد. برای اندازه‌گیری ویژگی‌های ژئومتری رودخانه، از اصطلاح مورفومتری یا شکل‌سنجی رودخانه‌ای استفاده می‌شود. مورفومتری، تحلیل‌های کمی از ویژگی‌های ژئومورفیک لندفرم‌های یک منطقه است. تحلیل مورفومتریک یکی از روش­های موثر برای اولویت­‌بندی زیر حوضه‌‌ها است که می‌تواند بیانگر وضعیت شبکه زهکشی حوضه باشد. بررسی ویژگی­ های مورفومتری حوضه آبخیز پیوه­ژن بر مبنای شاخص ­های مورفومتری و ژئومورفومتری است. با توجه به اهمیت بررسی ویژگی­ های مورفومتری در مطالعات حوضه آبخیز و بررسی میزان فرسایش ­پذیری در این مطالعه هدف بررسی ویژگی­ های مورفومتری با نوع لندفرم و پیش­بینی میزان فرسایش از طریق لندفرم ­ها است.مواد و روش ­ها در پژوهش حاضر جهت تحلیل­ های مورفومتری از نرم افزار ArcGIS، مدل رقومی ارتفاعی (DEM) با دقت 20 متر تهیه شده از نقشه ­های توپوگرافی 1:50000 رقومی سازمان نقشه برداری کشور و تصاویر ماهواره­ای استر (Aster) استفاده شده است. جهت استخراج تعداد آبراهه­ها از نرم افزار آرک ویو (ArcView)، مدل ارتفاعی رقومی زمین، استفاده شده است. برای پارامتر شیب و جهت شیب و ارتفاع منطقه مطالعاتی از نقشه توپوگرافی و مدل ارتفاعی رقومی زمین استفاده شد. جهت تهیه پارامتر تراکم زهکشی نیز از مدل رقومی ارتفاع با استفاده از ماژول (Spectral indices) در ArcHydro­ و مدل رقومی ارتفاعی ماهواره استر (Aster) به صورت اتوماتیک آبراهه‌های موجود حوضه استخراج گردید. آستانه 25-50 سلول برای استخراج شبکه زهکشی انتخاب و شبکه زهکشی ترسیم شد. درآخرین مرحله، رتبه­ بندی آبراهه­ ها به روش استرالر انجام و پارامترهای مورفومتری استخراج شد. برای جداسازی لندفرم­های منطقه از مدل رقومی ارتفاع با قدرت تفکیک 20 متر استفاده شد و سپس نوع لندفرم­ها بر اساس TPI یا شاخص موقعیت توپوگرافی شناسایی شدند و بر اساس رابطۀ TPIi = Z0 – Σ n-1 Zn/n (Z0 ارتفاع نقطه مدل تحت ارزیابی، Zn ارتفاع از شبکه، n تعداد کل نقاط اطراف در نظر گرفته شده در ارزیابی) محاسبه گردید، مقایسه ارتفاع هر سلول در یک مدل رقومی TPI، ارتفاع با میانگین ارتفاع سلول­ها همسایه می­باشد. در نهایت ارتفاع میانگین از مقدار ارتفاع در مرکز کم می­شود.نتایج و بحث پارامترهای مورفومتری بررسی شده در این تحقیق شامل تعداد آبراهه ­­ها (Nu)، رتبه آبراهه ­ها (U)، طول آبراهه­ ها (L)، ضریب بیفورکاسیون (Rb)، ضریب ناهمواری (Bb)، تراکم زهکشی (Dd)، فراوانی آبراهه ­ها (F)، فاکتور شکل (Rf)، ضریب گردی (Rc) و ضریب مستطیل معادل (Re) می­باشد. نتایج نشان داد که با توجه به تعداد آبراهه ­ها ­(184 آبراهه) وجود آبراهه­ های درجه اول، دوم و سوم، زیاد بودن طول آبراهه ­ها، بالا بودن نسبت طول آبراهه­ ها به مساحت حوضه و ضریب ناهمواری بالا منطقه فرسایش ­­پذیر بوده و نیاز به برنامه­ریزی و مدیریت بهینه دارد. همچنین مطالعات لندفرم ­ها در منطقه مورد مطالعه نشان داد که به کمک ویژگی­ های مورفومتری ­و میزان حساسیت لندفرم­ها به فرسایش را در منطقه مشخص نمود. به طوری که بعد از تهیه نقشه لندفرم­ ها با استفاده از شاخص موقعیت توپوگرافی (TPI) و در نظرگرفتن مناطق حساس به فرسایش از طریق ویژگی­ های مورفومتری، لندفرم ­های حساس به فرسایش در منطقه مورد مطالعه مشخص شدند. با مقایسه نقشه لندفرم­ ها و نقشه پهنه ­بندی فرسایش منطقه مورد مطالعه مشخص شد که لندفرم­ های کلاس 2 (دره U شکل) و لندفرم‌های کلاس 4 (زهکش­ های مرتفع) از بیشترین فرسایش‌پذیری برخوردار هستند. نتایج نشان داد که با افزایش میزان تراکم زهکشی میزان فرسایش‌پذیری افزایش می­یابد.نتیجه ­گیری بعد از تهیه نقشه لندفرم­ ها با استفاده از شاخص موقعیت توپوگرافی (TPI) و در نظر گرفتن مناطق حساس به فرسایش از طریق ویژگی ­های مورفومتری، لندفرم ­های حساس به فرسایش در منطقه مورد مطالعه مشخص شد. به طوری که افزایش تعداد آبراهه ­ها و طول آن در حوضه آبخیز نشان­ دهنده افزایش فرسایش است. سپس شاخص TPI گه حالت گودی و برآمدگی را مورد تمایز قرار می­ دهد به عنوان یکی از شاخص ­های ژئومورفومتریک در نظر گرفته شد. حد پایین و بالای شاخص TPI برای منطقه مورد مطالعه به ترتیب -39.21 و 33.51 محاسبه گردید. مناطق با TPI منفی نشان­دهنده توپوگرافی کم (تعقرها و گودال‌ها است) در حالی که TPI مثبت نشان دهنده توپوگرافی زیاد (محدب و یا ستیغ­ها) است. وجود گودی­ها و چاله­ ها (در مناطق با TPI کم) موجب افزایش زمان تاخیر جریان­ های سطحی در منطقه شده و باعث نفود آب می­شود که به نوبه خود می­تواند تاثیر بسزایی در ذخیره نزولات و رواناب ­های سطحی داشته باشد. نتایج بررسی‌های پارامترهای موفومتری بیانگر آن است که شرایط فرسایش­ پذیری منطقه مساعدتر و وضعیت بحرانی است. تجزیه و تحلیل داده­ های طبقه­ بندی شده نشان داد که مساحت و طول آبراهه در فرسایش تاثیر گذار است. با مقایسه نقشه لندفرم­ ها و نقشه آبراهه ­های منطقه مورد مطالعه مشخص شد که لندفرم­ های طبقه 4 (دره ­های U شکل) و لندفرم ­های طبقه 3 (زهکش­ های مرتفع) دارای بیشترین فرسایش­ پذیری هستند. همچنین با افزایش میزان درجه ناهمواری میزان فرسایش در منطقه بیشتر می شود که در لندفرم ­های واقع در ارتفاعات باال دست مانند خط الرأس­ها (لندفرم­ های کلاس 8 و 10 ) بیشترین میزان و در نتیجه بیشترین حساسیت­ پذیری این لندفرم­ ها مشخص شد. مکان­های واقع در کلاس 3 دارای بیشترین چگالی زهکشی می‌باشند. منطقه مطالعاتی با توجه به ویژگی­ های طبیعی، ویژگی­ های مورفومتری و فیزیوگرافی ‌گرد است که یاعث می­ شود زمان‌ تمرکز کوتاه‌ و ‌دبی ‌اوج‌ بزرگتر و از لحاظ سیل­ خیزی مستعد­تر باشد. با بررسی سایر مولفه­ های مورفولوژی به این نتایج دست یافتیم که منطقه مطالعاتی از لحاظ فرسایش­ پذیری مستعد است.