برآورد مکانی و زمانی فرسایش خاک با استفاده از مدل RUSLE و سری‌های زمانی ماهوارۀ لند ست (مطالعۀ موردی: مندرجان، اصفهان)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سنجش از دور، دانشکدۀ علوم زمین، دانشگاه شهید چمران اهواز

2 استادیار دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی اصفهان

3 استاد دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

خاک یکی از مهم‌ترین عوامل تولید است که در زندگی اقتصادی و اجتماعی انسان تأثیر بسیار دارد و فرایند فرسایش خاک یکی از مشکلات محیطی است که تهدیدی برای محیط زیست، منابع طبیعی و کشاورزی به شمار می‌رود. اطلاعات زمانی و مکانی از میزان هدر رفت خاک و تأثیرگذاری فرسایش خاک بر سرزمین در اقدامات مدیریتی، کنترل فرسایش خاک و مدیریت حوزه‌های آبخیز نقش مؤثری دارد؛ بنابراین، این پژوهش با هدف مطالعۀ برآورد مکانی و زمانی فرسایش خاک در دوره‌های 1994، 1999، 2008 و 2015 در زیر حوضۀ مندرجان با مساحت 21100 هکتار واقع در غرب استان اصفهان با استفاده از فن‌آوری‌های سنجش از دور (RS) و سیسـتم اطلاعات جغرافیایی (GIS) انجام گرفت. در پژوهش حاضر ضمن بررسی‌های میـدانی، داده‌ها و اطلاعات مختلف شامل؛ لایۀ مدل رقومی ارتفاعی، تصاویر ماهواره‌ای، خاک و آمار مربوط به ایستگاه‌های باران‌سنجی به‌عنوان ابزار تحقیق مورد استفاده قرار گرفت. همچنین برآورد میزان فرسایش خاک در حوضۀ مطالعاتی با استفاده از مدل تجدیدنظر شدۀ جهانی فرسایش خاک (RUSLE) انجام شد. نتایج این مطالعه نشان داد که مقدار فرسایش خاک در سال 1994، 1999؛ 2008؛ و 2015 به ترتیب 001/0 تا 233، 001/0 تا 297، 001/0 تا 231 و 001/0 تا 215 تن بر " هکتار در سال" به دست آمد. همچنین عامل پستی و بلندی در منطقه با ضریب همبستگی 80 درصد بیشترین تأثیر را در برآورد میزان فرسایش سالانۀ خاک توسط مدل RUSLE داشته است. این پژوهش، مؤثر بودن فناوری‌های نوین سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور در شبیه‌سازی زمانی برای تخمین کمی، دقیق‌تر و نقطه‌ به‌ نقطه در کل منطقه برای به دست آوردن مقادیر فرسایش خاک را تأیید می‌کند.

کلیدواژه‌ها


[1]        Al-Abadi, A., Ghalib, H. and Al-Qurnawi, W. (2016). Estimation of soil erosion in northern Kirkuk governorate using RUSLE, remote sensing and GIS. Carpathian journal of earth and environmental sciences, 11(1), 153-166.
[2]        Amsalu, T. and  Mengaw, A. (2014). GIS based soil loss estimation using rusle model: the case of jabi tehinan woreda Ethiopia. Natural Resources, 5(11), 616-625.‏
[3]        Arekhi, S. and Niazi, Y. (2010). Assessment of GIS and RS applications to estimate soil erosion and sediment loading by using RUSLE model (Case Study: upstream basin of Ilam dam). Journal of Soil and Water Conservation, 17 (2), 1-27.
[4]        Arekhi, S., Niazi, Y. and Kalteh, A. (2012). Soil erosion and sediment yield modeling using RS and GIS techniques: a case study, Iran. Arabian Journal of Geosciences, 5(2), 285-296.‏
[5]        Asadi, H., Vazifehdust, M., Mousavi, S.A. and Honarmand, M. (2010). Assessment of soil erosion risk and revised universal soil loss equation, GIS and RS in the Navrood watershed.
[6]        Demirci, A. and Karaburun, A. (2012). Estimation of soil erosion using RUSLE in a GIS framework: a case study in the Buyukcekmece Lake watershed, northwest Turkey. Environ Earth Sci, 66, 903–913.
[7]        Durigon, V. L., Carvalho, D. F., Antunes, M., Oliveira, P. and Fernandes, M.  (2014). NDVI time series for monitoring RUSLE cover management factor in a tropical watershed. International Journal Remote Sensing, 35(2), 441-453.
[8]        Eskandari, M., Dastorani, M., Fattahi, A. and Nasri, M. (2012). Assessment of the effects of Watershed management activities done on the flow regime. 3rd National Conference on Comprehensive Water Resources Management In date 10 - 11 September. Sari, Iran.
[9]        Fathizad, H., Karimi, H. and Alibakhshi S. M. (2014). The estimation of erosion and sediment by using the RUSLE model and RS and GIS techniques (Case study: Arid and semi-arid regions of Doviraj, Ilam province, Iran). International Journal of Agriculture and Crop Sciences, 7(6), 304-314.‏
[10]    Habashi, Kh., Mohammadi, Sh., Karimzadeh, H.R. and Pourmanafi, P. (2018). Assessment soil erotion risk in kohpayeh - segzi plain using Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). Journal of Natural Environmental Hazards, 7(15), 161-178.
[11]    Hengl, T. (2006). Finding the right pixel size. Computers & Geosciences, 32(9), 1283- 1298.
[12]    Karam, A., Safarian. A. and Hajjah Frooshnia, H. (2010). Estimation and zoning soil erosion in the Mamlou watershed (East of Tehran) by using the revised universal soil loss equation and AHP. earth science researchs, 1 (2), 73-86.
[13]    Kinnell, P. (2000). Applying the USLE-M within the agricultural non-point source pollution model. Environmental Modelling & Software, 15(3), 331-341.
[14]    Lal, R., Blum, W., Valentin, C. and Stewart, B. (1997). Methods for assessment of soil degradation. 1st edition, CRC press.
[15]    Lin, C. (1997). A study on the width and placement of vegetated buffer strips in a mudstone-distributed watershed. Journal China Soil Water Conservation, 29 (3), 250–266.
[16]    Mahdavi, M. (2009). Applied hydrology. Tehran University Press.
[17]    Mohammadi,  Sh., Habashi, Kh. and Pourmanafi, S. (2018). Monitoring and prediction land use/ land cover changes and its relation to drought (Case study: sub-basin Parsel B2, Zayandeh Rood watershed). Jorunal Of RS & GIS for Natural Resources, 9(1), 24-39.
[18]    Mohammadi, S., Karimzadeh, H. R. and Habashi, K. (2017). Soil erosion assessment using CORINE model (case study: the Zayandehroud basin, Menderjan sub-basin), The 1st International Conference Of SilkGIS, 24-26 May, Isfahan University of Technology, Esfahahan, Iran.
[19]    Mohammadi, S., Karimzadeh, H. R. and Habashi, K. (2017). Soil erosion assessment using ICONA model (case study: the Zayandehroud basin, Menderjan sub-basin), The 1st International Conference Of SilkGIS, 24-26 May, Isfahan University of Technology, Esfahahan, Iran.
[20]    Mohammadi, S., Karimzadeh, H. R. and Habashi, Kh. (2018). Assessment soil erosion and deposition in the menderjan watershed using USPED and RUSLE models in the environment of geographical information system (GIS). DEEJ, 6 (17) 43-56.
[21]    Mohammadi, Sh., Karimzadeh, H. R. and Alizadeh, M. (2018). Spatial estimation of soil erosion in Iran using RUSLE model. Iran Journal of Eco Hydorolgy, 5(2), 551-569.
[22]    Moore, I. and Wilson, J. (1993). Length-slope factors for the Revised Universal Soil Loss Equation: Simplified method of estimation. Journal Soil and Water Conservation, 47, 423-428.
[23]    Nasri, M., Feiznia, S., Jafari, M. and Ahmadi, H. (2012). Application of Gully and Rill Erosion Indicators for Estimating Soil Loss Using GIS Techniques. Desert, 17(2), 119-128.‏
[24]    Niknammi, D. and Mehdian, M. (2015). Rainfall erosivity mapping in Iran, Journal of Watershed Engineering and Management, 6(4), 364-376.
[25]    Nwaogu, C., Okeke, O. J., Adu, S. A., Babine, E. and Pechanec, V. (2017). Land Use land cover change and soil-gully erosion relationships: a study of Nanka, south-eastern nigeria using geoinformatics. Dynamic in GIscience,‏ 305-319
[26]    Renard, K. G. and J. R. Freimund. (1994). Using monthly precipitation data to estimate the R-factor in the revised USLE. Journal of hydrology, 157(1), 287-306.
[27]    Renard, K. G., Foster, G. R., Weesies, G. A., McCool, D. K. and Yoder, D. (1997). Predicting soil erosion by water: a guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE), Washington, DC: United States Department of Agriculture.‏
[28]    Rezaei, P., Faridi, P., Ghorbani, M. and Kazemi, M. (2014). Estimating of soil erosion by using RUSLE model and identifying of the most effective factor in Gabric-southeast watershed basin of the Hormozgan province. Journal of Quantitative Geomorphology, 3 (1), 97-113.
[29]    Sadeghi, S. H. and Tavangar, S. (2015). Development of stational models for estimation of rainfall erosivity factor in different timescales. Natural Hazards, 77(1), 429-443.‏
[30]    Sadeghi, S. H. R. and Hazbavi, Z. (2015). Trend analysis of the rainfall erosivity index at different time scales in Iran. Natural Hazards, 77(1), 383-404.‏
[31]    Sadeghi, S. H., Zabihi, M., Vafakhah, M. and Hazbavi, Z. (2017). Spatiotemporal mapping of rainfall erosivity index for different return periods in Iran. Natural Hazards, 87(1), 35-56.‏
[32]    Shayesteh, A., karimzadeh, H.R. and Soltani, S (2008). Evaluation of land use changes by using Landsat data, Case Study: Menderjan Watershed, Isfahan Province. A thesis at Isfahan University of Technology, Department of natural resources. Rangeland and Watershed group, 55-65p.
[33]    Shirazi, M.A. and Boersma, L. (1984). a unifying quantitative analysis of soil texture. Soil Science Society of America Journal, 48,142-147.
[34]    Teng, H., Rossel, V., Shi, Z., Behrens, T., Chappell, A. and Bui, E. (2016). Assimilating satellite imagery and visible–near infrared spectroscopy to model and map soil loss by water erosion in Australia. Environmental Modelling & Software, 77, 156-167.‏
[35]    Tucker, C.J. (1979). Red and photographic infrared linear combinations for monitoring vegetation. Remote Sensing of Environment, 8, 127-150.
[36]    Van Remortel, R. D., Maichle, R. and Hickey, R. (2004). Computing the LS factor for the Revised Universal Soil Loss Equation through array-based slope processing of digital elevation data using a C++ executable. Computers & Geosciences, 30(9), 1043-1053.‏
[37]    Wischmeier, W. H. and D. D. Smith. (1978). Predicting rainfall erosion losses-A guide to conservation planning. USDA, Science and Education Administration, USA.
[38]    Zabihi, M., Sadeghi, S.H.R. and Vafakhah, M. (2015). Spatial analysis of rainfall erosivity index patterns at different time scales in Iran. Watershed Engineering and Management, 7(4), 442-457.
[39]    Zare, M., Samani, A. N., Mohammady, M., Salmani, H. and Bazrafshan, J. (2017). Investigating effects of land use change scenarios on soil erosion using CLUE-s and RUSLE models. International Journal of Environmental Science and Technology, 14(9), 1905-1918.‏
[40]    Zhang, H., Wei, J., Yang, Q., Baartman, J., Gai, L., Yang, X., Li, S., Yu, J., Ritsema, C. J. and Geissen, V. (2017). An improved method for calculating slope length (λ) and the LS parameters of the Revised Universal Soil Loss Equation for large watersheds. Geoderma, 308, 36-45.