MPSIAC

مدیریت صحیح منابع آب و خاک در یک حوضه ی آبخیز مستلزم شناخت توان تولید رسوب آن بوده و از طرفی جهت شناسایی دقیق عوامل تخریب خاک نیاز به اطلاعات پایه ی دقیق می باشد. امروزه وجود سامانه های دقیق و ابزار و مدل های مختلف این توانایی را در اختیارمحققان قرار داده تا بتوانند اطلاعات پایه را ذخیره، بازیابی و به روز نمایند. هدف از انجام این مطالعه بررسی و برآورد میزان فرسایش و رسوب زایی در یک حوضه ی آبخیز با استفاده از مدل های EPM، MPSIAC وPSIAC و بهره گیری از قابلیت های سامانه ی اطلاعات جغرافیایی (GIS) می باشد. برای انجام این تحقیق نقشه واحدهای همگن با استفاده از نقشه های شیب، کاربری اراضی و زمین-شناسی تهیه گردید. هر یک از عوامل مؤثر در فرسایش و پارامترهای موجود در مدل ها به طور جداگانه در هر واحد کاری اندازه گیری و در نهایت برای هر یک از زیرحوضه ها میزان فرسایش و تولید رسوب سالانه محاسبه شد. نقشه ی کاربری اراضی با استفاده از تصاویر سنجنده ETM ماهواره لندست بعد از کلاس بندی تهیه گردید. بر اساس نتایج به دست آمده از این تحقیق میزان رسوب تولیدی سالیانه با روش های MPSIAC، EPMو PSIAC در زیرحوضه شماره ی یک حوضه ی مورد مطالعه به ترتیب 22/14، 2/15 و 5/13 تن بر هکتار، در زیرحوضه شماره 2 به ترتیب 19/14، 18 و 4 تن بر هکتار و برای کل حوضه 05/22، 9/14 و 12 تن بر هکتار برآورد گردید. نتایج حاصل از مقایسه RMSE در تعیین صحت روش ها نشان داد که روش PSIAC برای برآورد میزان فرسایش و تولید رسوب سالیانه در شرایط طبیعی و خاکی حوضه مورد مطالعه نسبت به دو روش دیگر مناسب تر می باشد.

بدیهی است که فرسایش دارای پیامدهای متعددی چون ازبین رفتن خاک، آلوده شدن آب ها ،کاهش ظرفیت مخازن آب و پرشدن سدها،تهدید سلامت و تندرستی عمومی و... می باشد. لذا توجه به فرسایش و پیامدهای آن گام مهمی در جهت نیل به توسعه ی پایدار است. منطقه ی مورد مطالعه شامل حوضه های آبریز جنوب مشهد (طرق، مایان، دهبار و جاغرق) بوده و طبیعتاً نتایج حاصل از فرسایش این حوضه ها متوجه کلانشهر مشهد نیز می گردد. این حوضه ها حدود 429 کیلومترمربع وسعت دارند و از لحاظ ژئومورفولوژی بخشی از دامنه ی شمالی ارتفاعات بینالود می باشند. از نظر لیتولوژی نیز شیست های متامورفیک و فیلیت مشهد حدود 90 درصد این حوضه ها را پوشش داده اند. چند گسل نیز منطقه ی مورد مطالعه را تقطیع نموده اند که معروف ترین آن گسل سنگ بست- شاندیز است. این تحقیق بر پایه ی روش تجربی. تحلیل های کمّی و کیفی و بررسی های میدانی انجام گرفته و با توجه به ویژگی های طبیعی منطقه (9عامل زمین-شناسی، خاک،آب و هوا، رواناب، توپوگرافی، پوشش گیاهی،کاربری اراضی، فرسایش سطحی خاک، فرسایش رودخانه ای)، با استفاده از مدل ام پسیاک مورد بررسی قرار گرفت و نتایج حاصل با داده های ایستگاه های رسوب سنجی مقایسه گردید. نتایج این بررسی حاکی از آن است که اولاً حوضه ی آبریز جاغرق نسبت به سایر حوضه های مورد مطالعه بیشترین فرسایش و رسوب را دارد. ثانیاً مدل ام پسیاک در این منطقه به خوبی پاسخ می دهد. زیرا به عنوان نمونه مقدار رسوب برآورد شده در حوضه ی جاغرق با مدل ام پسیاک 531 تن در کیلومترمربع در سال بوده، در حالی که در ایستگاه رسوب سنجی حوضه مربوطه 547 تن در هکتار در سال می باشد. ثالثاً مقدار فرسایش و رسوب در منطقه ی مورد مطالعه رو به افزایش بوده و این امر حاصل تغییرات کاربری اراضی و دخل و تصرف های انسانی می باشد. همچنین این افزایش فرسایش و رسوب نیز پیامدهای زیست محیطی را در منطقه به دنبال داشته است.

فرسایش و رسوب زایی یکی از مشکلات مهم در مدیریت حوزه های آبخیز کشور می باشد. فرسایش و پیامدهای ناشی از آن، با تشدید بهره برداری انسان از طبیعت از اوائل قرن بیستم، آثار منفی خود را بر اکوسیستم حیاتی وارد ساخته است. مطالعات فرسایش خاک به علت پیامد های نامطلوب زیست محیطی و اقتصادی، شور شدن تدریجی اراضی، از بین رفتن پوشش گیاهی، کاهش حاصلخیزی خاک، افزایش فرسایش و رسوب گذاری، آلودگی شیمیایی خاک و آثار سوء بر مدیریت پایدار اراضی، اهمیّت قابل توجهی پیدا کرده است. جهت برآورد میزان فرسایش و رسوب در زیرحوزه ها و حوزه ی آبخیز ایور استان خراسان شمالی از مدل MPSIAC بر اساس نه فاکتور زمین شناسی، خاک،آب و هوا، رواناب، پستی و بلندی، پوشش زمین، استفاده از اراضی، وضعیت فرسایش سطحی و فرسایش رودخانه ای و انتقال رسوب استفاده شد. بطوری که پس از مشخص شدن نقشه واحد کاری امتیازات مربوط به عوامل نه گانه مدلدر هر واحد کاری برآورد و در هر واحد کاری مقدار رسوب محاسبه گردید. سپس با میانگین وزنی از واحدهای کاری مقدار رسوب برای هر زیرحوزه و کل حوزه برآورد گردید و در نهایت با محاسبه SDRبرای حوزه و زیرحوزه ها مقدار فرسایش محاسبه گردید. با توجه به نتایج حاصل مقدار متوسط فرسایش در کل منطقه به میزان 01/7 تن بر هکتار بر سال و زیرحوزه های I′9 و I′10با داشتن حدود 14 تن فرسایش سالیانه ی خاک، بیشترین مقدار فرسایش را دارا می باشند. از میان رخساره های ژئومرفولوژی نیز رخساره های مسیل با داشتن فرسایشی معادل 32/45 تن بر هکتار اختلاف فاحشی با سایر رخساره ها دارد. زیرحوزه I´9و I´10با مقادیر رسوبدهی بالای 7 تن بر هکتار در سال بیشترین مقدار تولید رسوب را به خود اختصاص داده اند. مقدار متوسط رسوبدهی در کل منطقه به میزان 95/2 تن بر هکتار بر سال و طبقه رسوبدهی متوسط بیشترین مساحت حوزه را به خود اختصاص داده است. واحدهای زمین شناسی Qal (بستر رودخانه) دارای بیشترین مقدار فرسایش می باشد. میزان فرسایش در مناطق مرتفع و سراب حوزه به دلیل بارندگی بیشتر نسبت به نقاط خروجی و پست ترحوزه افزایش می یابد. با افزایش حجم رواناب خصوصاً در بخش های پایینی حوزه میزان فرسایش به شدت افزایش خواهد یافت. از مهمترین عوامل فرسایش و تولید رسوب در حوزه آبخیز ایور نوع تشکیلات زمین شناسی خصوصاً در بخش های خروجی حوزه می باشد. وجود تشکیلات حساس مارنی که در برخی مناطق بطور کامل در سطح زمین ظاهر شده اند و در برخی نقاط نیز در محدوده ی فرسایش های آبراهه ای ظهور پیدا نموده اند، از دلایل وجود فرسایش طبیعی در منطقه می باشد. در بخش های خروجی حوزه میزان فرسایش افزایش یافته و در طبقات زیاد و خیلی زیاد قرار می گیرند.

فرسایش خاک در حوزه های آبخیز باعث تضعیف پوشش اراضی و کاهش کمیت و کیفیت منابع آبی می شود. بنابراین ضرورت دارد که با شناسایی منابع تولید رسوب در مقیاس سطحی (دامنه) و خطی (آبراهه و رودخانه)، نوع و حجم عملیات آبخیزداری اصلاحی- تکمیلی به منظور کاهش فرسایش و رسوب دهی در مکان های بحران زا مشخص شود. هدف از تحقیق حاضر نیز ارزیابی توزیع مکانی برنامه های آبخیزداری اجرایی سال های 74-1371 در حوزه آبخیز هفتان تفرش به منظور ارائه الگوی اصلاحی- تکمیلی این برنامه ها است. بدین منظور امتیاز عامل های مدل تجربی MPSIAC به کمک GIS برای شرایط قبل و بعد از عملیات آبخیزداری تعیین شد. سپس با مقایسه تغییر امتیاز عامل ها، اثرگذارترین برنامه های آبخیزداری مشخص گردید. همچنین با مقایسه تغییر مساحت کلاس های درجه رسوب دهی، ارزیابی از توزیع مکانی عملیات آبخیزداری انجام شد تا با تعیین نقاط ضعف پروژه، عملیات اصلاحی- تکمیلی پیشنهاد شود. نتایج تحقیق نشان داد امتیاز عامل فرسایش رودخانه ای با 8/30 درصد، بیشترین تأثیر را در کاهش 1/4 درصدی رسوب دهی داشته است. همچنین از مساحت کلاس درجه رسوب دهی 75-50، مقدار 4/8 درصد کم شده است که عمدتاً این شدت رسوبدهی مربوط به اراضی بالادست حوضه است. با توجه به معنی دار بودن تغییرات رسوب دهی زیرحوضه ها در سطح 05/0، نتایج حاکی از کارا بودن برنامه های آبخیزداری در کاهش رسوب دهی است. به منظور مدیریت منابع آب و خاک و اثرگذاری بیشتر برنامه های آبخیزداری در کاهش فرسایش و رسوب حوزه آبخیز هفتان، الگوی اصلاحی- تکمیلی برنامه ها شامل بانکت توأم با بادامکاری در دامنه های بحرانی، بذرپاشی و کپه کاری در    دامنه های با شیب تند و عمق کم خاک، تقویت پوشش گیاهی دامنه های مارنی و همچنین پایدارسازی کناره رودخانه پیشنهاد می شود.

برآورد میزان فرسایش و رسوب در حوضه های آبخیز بدون آمار رسوب یکی از مسائل اساسی بوده و استفاده از روش های تجربی را لازم می نماید تا داده های حاصل بتواند مبنایی برای برنامه ریزی های مدیریتی واقع گردد. هدف از این پژوهش، کاربرد مدل اصلاح شده پسیاک (MPSIAC) و مدل توسعه یافته آن در حوضه آبخیز سعدل به مساحت 2663 هکتار با توجه به معیارهای لحاظ شده در این مدل و نیز استفاده از مدل بارش-رواناب WMS جهت کاهش خطا و افزایش دقت نسبی در تجزیه و تحلیل مدل می باشد. حوضه سعدل به دلیل اختلاف ارتفاع زیاد و تغییرات ناگهانی شیب دارای خصوصیات هیدرولوژیکی و ژئومورفولوژیکی خاص می باشد لذا برآورد مقدار رسوب و کمی سازی آن بر اساس روابط تجربی جهت طرح های حفاظت آب و خاک ضروری می نماید. به منظور تعیین تغییرات مکانی بارش حداکثر روزانه از آمار 11 ایستگاه باران سنجی استفاده شد. به منظور برآورد بارش در دوره های بازگشت مختلف از نرم افزار Easy fit و روش های مختلف درون یابی استفاده شد. برآورد حداکثر دبی سیلاب، حجم و دبی ویژه توسط مدل بارش- رواناب WMS انجام شد. بررسی پوشش گیاهی منطقه از طریق سنجش از دور (ERDAS) و با شاخص NDVI محاسبه شد. نتایج تجزیه و تحلیل آماری مدل MPSIAC نشان داد که فرسایش خاک و تولید رسوب رابطه مستقیم با نوع خاک و متوسط شیب حوضه دارد همچنین بررسی روابط همبستگی بین عوامل مدل توسعه ای نشان داد که متوسط شیب حوضه و عامل رواناب بیشترین تأثیر را بر روی افزایش تولید رسوب در منطقه دارد. بیشترین مقدار رسوب تولیدی در زیرحوضه Q1 در هر دو مدل برآوردی (1599 تن در مدل MPSIAC و 1232 تن در مدل توسعه ای) و کمترین میزان رسوب کل در هر دو مدل مربوط به زیرحوضه E به دست آمد.

اطلاعات محدودی از دقت نقشه ی فرسایش آبی به عنوان یکی از عوامل مهم تهدیدکننده منابع خاک وجود دارد. به این منظور، ارزیابی صحت و نحوه پراکنش طبقات فرسایش حاصل از مدل های EPM و MPSIAC در مقایسه با مدل BLM به عنوان مقادیر واقعیت زمینی در حوزه آبخیز شهریاری در این پژوهش انجام شد. ابتدا آمار و اطلاعات موردنیاز مدل های MPSIAC ، EPM و BLM برای دست یابی به وضعیت فرسایش حوضه جمع آوری و به کمک نرم افزار ARC/GIS9.3 نقشه های طبقات فرسایش تهیه و با نقشه واقعیت زمینی تلاقی داده شدند. همچنین یک نقشه نقطه ای حاوی 1400 نقطه تصادفی برای نمونه برداری از نقشه های حاصل از مدل ها تهیه و بر اساس این نقشه، میزان هر یک از شاخص های آماری RMSE ، RRMSE ، MAE ، MBE ، NSE ، CD ، CRM و MSE محاسبه شد. برای بررسی دقت و صحت مکانی نقشه های طبقات فرسایش حاصل از مدل ها ماتریس خطا و ضریب توافق کاپا، صحت کلی، صحت تولیدکننده و صحت کاربر تهیه شد. نتایج فرسایش حاصل از مدل ها نشان داد که میانگین شدت فرسایش در مدل MPSIAC ، 589 و در مدل EPM ، 287 مترمکعب بر کیلومترمربع در سال برآورد شد که وضعیت فرسایش حوضه با کمک مدل MPSIAC ، زیاد و مدل EPM ، شرایط متوسطی را برآورد شده است. بررسی شاخص های آماری فوق الذکر نشان می دهد که میزان تطابق طبقات فرسایش مدل MPSIAC با خروجی BLM (به عنوان نقشه واقعیت زمینی) بیشتر از مدل EPM است. همچنین نتایج ارزیابی صحت مدل های MPSIAC و EPM نیز نشان داد که مقدار ضریب کاپا در مدل MPSIAC بیشتر از مدل EPM است.

فرسایش خاک ازجمله فرآیندهایی است که منابع آب و خاک یک کشور را مورد تهدید قرار می دهد. فرآیند فرسایش بسیار پیچیده است و عوامل زیادی در آن دخیل بوده که مهمترین آنها عوامل اقلیمی، شیب زمین، پوشش گیاهی، مدیریت و نحوه کاربری اراضی می باشد. به دلیل عدم وجود اطلاعات در منطقه از بین روش های تجربی، چهار روش MPSIAC ،EPM،FAO، BLM انتخاب و ارزیابی این چهار مدل در یکی از حوزه های استان کهگیلویه و بویر احمد-(حوزه قلعه بنی) انجام پذیرفت. ازبین چهار مدل مذکور دو مدل اولیه فرسایش و رسوب را به صورت کمی و دو مدل دیگر، فرسایش را به صورت کیفی برآورد می کنند. براساس روش MPSIAC میزان فرسایش سالانه حوزه 59/3 تن بر هکتار بر سال و روش EPM این مقدار 76/2 تن بر هکتار بر سال بدست آمد. در روش FAO، BLM امتیازهای نهایی مربوط به فرسایش برای کل حوزه به طور میانگین به ترتیب 9/55 و 9/47 محاسبه گردید. براین اساس در روش FAOمیزان فرسایش در کلاس چهارم قرار می گیرد که نیاز به تغییرات وسیع و همه جانبه در اداره اراضی و محدود کردن عملیات ساختمانی دارد.

حوضه ی آبریز رودخانه ی گاوی واقع در جنوب غرب شهرستان ایلام با مساحت 460 کیلومتر مربع می باشد که وقوع انواع فرسایش در آن قابل ملاحظه بوده، لذا برآورد مقدار فرسایش و رسوب جهت طرح های حفاظت آب و خاک ضروری می نماید. روش تحقیق در این مطالعه مبتنی بر مطالعات کتابخانه ای، میدانی و استفاده از مدل های تجربی برآورد فرسایش و رسوب می باشد. در این تحقیق مدل تجربی MPSIAC، که بیشترین پارامترهای مؤثر در فرسایش و رسوب را در نظر می گیرد، به عنوان تکنیک منتخب مورد استفاده قرار گرفته و پارامترهای محیطی در قالب این روش مورد بررسی قرار گرفته اند و در نهایت نتایج حاصل با ایستگاه رسوب سنجی تنگه باجک مقایسه گردید. در این مقاله از نرم افزار GIS به منظور تهیه ی لایه های اطلاعاتی استفاده شده است. ن تایج این بررسی ها، بیانگر این است که  مدل MPSIAC در این حوضه به خوبی پاسخ می دهد، زیرا به عنوان نمونه مقدار رسوب برآورد شده در حوضه ی مورد مطالعه با مدل MPSIAC  20/453 تن رسوب در کیلومتر مربع در سال و رسوب برآورد شده در ایستگاه هیدرومتری تنگه ی باجک 23/461 تن در سال می باشد، همچنین مشاهده گردید میزان رسوب برآورد شده در این حوضه در کلاس فرسایشی 4 و از نظر طبقه بندی کیفی فرسایش در کلاس درجه ی زیاد قرار داشته و طبق تعریف این کلاس می توان گفت که در این حوضه جابجایی ذرات خاک به میزانی است که اجرای برنامه های حفاظت خاک و آب ضرورت و اولویت داشته و استفاده از اراضی محدودیت زیادی دارد.

تحقیق حاضر با عنایت به اهمیت مسئله فرسایش خاک به خصوص در حوضه های کوهستانی کشور به منظور ارزیابی وضعیت فرسایش خاک در حوضه آبخیز تاجیار واقع در شمال غرب کشور صورت گرفت. در این راستا با استفاده از مدل های تجربی MPSIAC و EPM و با بهره گیری از قابلیت های سامانه اطلاعات جغرافیایی سعی گردید تا میزان فرسایش و رسوب دهی در حوضه مورد مطالعه برآورد گردد. داده های مورد استفاده شامل نقشه ها، تصاویر ماهواره ای، آمار ایستگاه های هواشناسی و هیدرومتری بود. نتایج به دست آمده نشان داد که تفاوت های قابل توجهی میان دو مدل مذکور از لحاظ مقدار فرسایش و رسوب برآوردی وجود دارد به طوری که میزان رسوب کل در مدل MPSIAC، برابر با 99342/76 تن درسال و در مدل EPM، برابر با 16089/37 تن در سال برآورد گردید و نشان داد که حوضه مورد مطالعه با اعمال روش MPSIAC در کلاس فرسایشی متوسط و با به کارگیری مدل EPM در کلاس فرسایشی کم قرار دارد. در نهایت نتایج تحقیق نشان داد که مدل MPSIAC به لحاظ دخیل کردن عوامل بیشتر و تاثیر دهی توامان عوامل از یک سو و دقت بیشتر جداول امتیاز دهی و معادلات مربوطه از سوی دیگر از کارایی بهتری نسبت به مدل EPM برخوردار می باشد. با این حال کالیبره کردن مدل مزبور در جهت کاهش خطاها و پیش بینی دقیق تر می تواند به نتایج بهتر و قابل اعتمادتری بینجامد