لندفرم

تحلیل ویژگی های فرمی سطح زمین که می تواند متأثر از عوامل اقلیمی، هیدرولوژیکی، خصوصیات ذاتی سازندها و فعالیت های نئوتکتونیک باشد نقش مهمی در شناخت خصوصیات فیزیکی حوضه آبخیز دارد. از طرفی شناخت خصوصیات فیزیکی حوضه آبخیز از اولین گام هایی است که در بررسی های مورفولوژیکی و هیدرولوژیکی ضرورت دارد. این پژوهش سعی دارد که با استفاده ازشاخص های مورفومتریک وضعیت شکلی سطح زمین در حوضه آبخیز فهلیان را مورد بررسی قرار دهد. به همین منظور 6 شاخص های ژئومورفومتریک؛ انحنای کل، انحنای نیمرخ، انحنای سطح، شاخص TRI، شاخص TPI و شاخص TWI انتخاب و با استفاده از روابط مربوط به هر شاخص و با بهره گیری از اکستنشن های مربوطه در نرم افزار ArcGis 3/10 نقشه های هریک از این شاخص ها تهیه شد. نتایج حاصل از محاسبه انحنای کل نشان می دهد که بیش از نیمی از سطح حوضه 52/80دارای انحنای مقعر و 47/20 درصد آن از انحنای محدب برخوردار می باشد. همچنین حد پایین و بالا برای انحنای سطح به ترتیب 2/99- و 3/96 و برای انحنای نیمرخ به ترتیب 4/87- و 4/2 بدست آمد. بر همین اساس حد پایین و بالای شاخص TPI که حالت گودی و برآمدگی را از یکدیگر تفکیک می کند، به ترتیب 4/2-> و 6 < محاسبه شد. مقادیر شاخص TRI که به نوعی اختلاف ارتفاع یک پیکسل با هشت پیکسل مجاور خود می باشد از 0 تا 14< محاسبه شد. و در نهایت مقادیر شاخص TWI که نشان دهنده وضعیّت رطوبت خاک می باشد به ترتیب از1/5-> تا 5/5< محاسبه گردید. درصد مساحت هر یک از مقادیر این شاخص ها در سطح حوضه که در نتایج حاصل از این تحقیق بدست آمد می تواند در برنامه ریزی مختلف مربوط به حوضه آبخیز از جمله فرسایش و رسوب، طبقه بندی لندفرم ها، شناسایی و معرفی مناطق درگیر با خطر زمین لغزش ، مطالعه سیلاب، بررسی و مطالعه منابع آب زیرزمینی و ... مورد استفاده قرار گیرد..

شاخص پوشش گیاهی یکی از مهم ترین ابزارهای سنجش ازدور جهت بررسی خشک سالی در مقایسه های دوره ای می باشد. توپوگرافی سطح زمین (لند فرم ها) همواره ویژگی های پوشش گیاهی را تحت تأثیر قرار می دهند و تحت تأثیر آن کمربندهای درختی شکل می گیرد. این پژوهش سعی دارد که خشک سالی های غرب استان فارس را با استفاده از شاخص های پوشش گیاهی سنجش ازدور و در ارتباط با ویژگی های توپوگرافی منطقه برای سال های 2000، 2010 و2020 بررسی کند. برای این منظور بعد از تهیه نقشه های هر یک از شاخص های خشک سالی، با استفاده از روش زنجیره مارکوف و کومارکوف وضعیت خشک سالی در سال های آینده در منطقه موردمطالعه تعیین و با استفاده از روش TPI (شاخص موقعیت توپوگرافی)، وضعیت لند فرم های منطقه تعیین شد. در نهایت ارتباط بین وضعیت خشک سالی در منطقه موردمطالعه و لندفرم ها بررسی شد. نتایج نشان داد که در توزیع خشک سالی در همه شاخص ها در سال 2000 به ترتیب 96 و 78 درصد منطقه، در سال 2010 در حدود 81 و 97 درصد و در سال 2020 93 و 97 درصد منطقه در کلاس های خشک سالی متوسط  قرارگرفته است. نتایج حاصل از زنجیره مارکوف و کومارکوف برای پیش بینی مکانی شاخص های خشک سالی نشان داد که روند تغییرات به سمت مقادیر کمتر این شاخص ها و خشک سالی بیشتر می باشد. نتایج نشان داد که در سال 2040 در حدود 70 درصد  و 20 درصد از منطقه در کلاس های با خشک سالی زیاد قرار خواهند گرفت. وضعیت لند فرم های منطقه نشان داد که 10 نوع لندفرم در منطقه وجود دارد که شامل لند فرم های آبراهه ها، زهکش های شیب میانی و دره های کم عمق، زهکش های مناطق مرتفع، دره های u شکل، دشت، شیب های باز، شیب های بالایی، یال های موضعی، یال های شیب میانی، قله کوه و یال های مرتفع می باشد. ارتباط بین وضعیت خشک سالی و توپوگرافی در منطقه موردمطالعه نشان داد، در قسمت های جنوبی منطقه که ازنظر وضعیت توپوگرافی دارای شیب و ارتفاع کمتری بوده و کوهستان های کمتری مستقر هستند، دارای پتانسیل بیشتری برای خشک سالی بوده و ممکن است در آینده با چالش های بیشتری مواجه شوند، اما کوهستان های منطقه به دلیل دمای مناسب و دریافت بارش بیشتر، خطر خشک سالی برای آن ها کمتر است. 

در این پژوهش فاکتورهای مؤثر بر انتشار دی اکسید کربن و نسبت معدنی شدن در 12 مخروط افکنه در دامنه های جنوبی آلاداغ با سنین نسبی جدید، میانه و قدیمی اندازه گیری شد. گسترش فرسایش گالی در مخروط افکنه های قدیمی تر منجر به انتقال حجم وسیعی از لایه های سطحی غنی از کربن آلی و لایه های عمقی خاک شده است. این رخداد با تقویت شکستن خاکدانه ها و کمپلکس های معدنی-آلی، افزایش حساسیت کربن آلی خاک نسبت به معدنی شدن میکروبی را به دنبال داشته است. درحالی که مخروط افکنه های جوان در مقایسه با مخروط های فعال و قدیمی تر محیط نسبتاً پایدارتری را به معرض نمایش گذاشته اند. شکل گیری این مخروط ها در قاعده مخروط افکنه های قدیمی منجر به افزایش تجمع رسوبات ریزدانه، کاتیون های قابل تبادل و کربن آلی حمل شده از سطوح مخروط های قدیمی شده است. از سوی دیگر، ظرفیت جابجایی کمتر فرایندهای فرسایشی در این محیط ها با توجه به موقعیت قرارگیری شان، محیطی پایدار برای ترکیب ذرات ناپایدار کربن آلی با رسوبات ریزدانه و کاتیون های قابل تبادل فراهم می آورد. این مکانیزم منجر به افزایش پایداری خاکدانه ها در این محیط ها شده که به نوبه خود حساسیت پذیری کربن آلی نسبت به تنفس میکروبی را کاهش می دهد؛ بنابراین علی رغم اینکه مؤلفه های ناپایدار کربن آلی و متعاقباً تنفس میکروبی در این محیط ها نسبت به سایر مخروط ها بسیار زیاد بوده است، نرخ معدنی شدن به دلیل حفاظت کربن آلی خاک بسیار پائین تر از سایر لندفرم ها بوده است. تفاوت های ژئومورفولوژیک مخروط افکنه هایی با سنین مختلف منجر می شود این لندفرم ها شرایط ناپایداری را در نرخ تبادل کربن از پدوسفر به اتمسفر به نمایش بگذارند.

هدف از این پژوهش بررسی تغییرات پدیده شوری خاک در لندفرم های بیابانی شمال استان اصفهان با بهره گیری از تصاویر ماهواره ای لندست5 و 8 ، سنجنده-های TM و OLI-TIRS در بازه زمانی 1987 تا 2020 است. پس از پیش پردازش های لازم تصاویر پوشش دهنده قلمرو مطالعاتی، شاخص های شوری NDSI، BI، SI-1 و SI-2 مورد ارزیابی و نقشه های مربوطه ترسیم شد. وضعیت شاخص های شوری در لندفرمهای مستخرج از TPI نشان داد که واحد برآمدگی ها، کوه ها و ارتفاعات دارای کمترین میزان و واحد دشت های هموار (پلایاها، کفه های گلی و رسی) دارای بالاترین مقادیر هستند. اختلاف بین این دو واحد لندفرمی در همه شاخص ها تقریباً در حدود 2/0 می باشد. بررسی شاخص های شوری در طبقات ارتفاعی نشان می دهد که این شاخص ها با ارتفاع کاهش می یابد، تا آستانه 1400 متری افت شاخص ها شدید و بعد از آن ملایم می شود. شاخص های شوری با افزایش شیب، کاهش نشان می دهند؛ تا شیب 15 درجه افت شاخص های شوری با شیب تند و سپس تا شیب 65 درجه با شیب ملایم تری کاهش می یابد. شاخص های شوری سه فاز تغییرات را نیز نشان داد که فاز سوم از 2008 تا 2020 به مدت 12 سال با روند افزایشی ادامه داشته است. نقشه های آینده برای سال 2030 نشان داد که محور جنوبی دق سرق شامل دشت سرهای واقع بین کاشان تا اردستان در وضعیت بحرانی قرار می گیرند که لزوم توجه مدیران و مهندسین محیط زیست و منابع طبیعی به این موضوع را مطالبه می کند.

یکی از مسائل مطرح در هیدرولوژی یک منطقه تولید رواناب و مساله سیل خیزی است. لندفرم ها با توجه به مورفومتری که دارند نقش مهمی را در ایجاد رواناب و سیل خیزی ایفا می کنند. در این پژوهش با استفاده از استخراج لندفرم ها و لایه های کاربری زمین، پوشش گیاهی، جنس سازندها، بارش و کاربری زمین اقدام به پهنه بندی سیل خیزی در دامنه های شمالی سبلان شده است تا از این طریق اثرات مورفومتری لندفرم ها در هیدرولوژی منطقه بررسی شود. برای استخراج لندفرم ها از روش شی گرا در محیط نرم افزار Ecognition استفاده شد. ترکیب این لایه با لایه های کاربری زمین، تراکم پوشش گیاهی، جنس سازندها، بارندگی و تراکم شبکه ی آبراهه با استفاده از روش منطق فازی صورت گرفت و نقشه ی پهنه بندی پتانسیل سیل خیزی برای منطقه به دست آمد. نتایج کار نشان داد در بین 14 لندفرم استخراج شده برای منطقه سه لندفرم دره های کوچک کوهستانی، شانه خط الراس و دامنه ی مستقیم، بیشترین تأثیر را در سیل خیزی دارند و به ترتیب  3/67 ، 9/62 و 2/53 درصد از سطح آنها به عنوان زمین های با سیل خیزی زیاد و خیلی زیاد پهنه بندی شده است. در مقابل لندفرم های از نوع دشتی و چاله ها به صورت مناطق کم خطر از نظر سیل خیزی پهنه بندی شداند. با توجه به نتایج به دست آمده از پژوهش می توان گفت تولید رواناب و سیل خیزی در سطح زمین به شدت تحت تأثیر مورفومتری لندفرم ها قرار دارد که در کنار سایر پارمترهای محیطی می تواند در مطالعه هیدرولوژی مناطق بسیار مفید باشد.

فرآیندهای سطح زمین در مقیاس های مکانی-زمانی مختلف عمل می کنند و شکل های زمینی را تولید می کنند که در یک سلسله مراتب تودرتو ساختاریافته اند. شیوه ی استخراج نیمه خودکار انواع لندفرم های منتخب از مدل های رقومی ارتفاعی DEM از اهمیت بالایی برخوردار است. لندفرم یک عارضه ژئومورفیک از سطح زمین است که خصوصیات ظاهری خاص داشته و شکل آن را می توان تشخیص داد. در حال حاضر طبقه بندی لندفرم ها عموماً مبتنی بر تشخیص کارشناسی است که به طریق دستی و با استفاده از عکس های هوایی، نقشه های توپوگرافی و برداشت های صحرایی انجام می گیرد که روشی زمان بر، پرهزینه، کم دقت و تکرار نشدنی است. در این پژوهش از 5 مشتق اصلی  DEM5/12 متری ماهواره ALOS (لایه ی شیب، لایه جهت شیب، لایه ی خمیدگی، لایه ی جریان تجمعی و لایه ی ارتفاع) و همچنین از تصاویر ماهواره ای  Sentinel-2و شاخص پوشش گیاهی NDVI به عنوان لایه های کمکی استفاده گردیده، سگمنت سازی که در این منطقه صورت گرفت با استفاده از روش segmentation multi resolation انجام شد. در این سگمنت سازی به لایه ارتفاع، ارزش 3 و به لایه خمیدگی ارزش 2 و به بقیه ی لایه ها ارزش 1 داده شد و در قسمت Composition of homogeneity criterion، به Shape 7/0 و Compactness 3/0 و پارامتر مقیاس 50 در نظر گرفته شد و سپس با استفاده از الگوریتم های Layer Values   و Geometry و دستورات assign class به طبقه بندی لندفرم های واقع در دامنه های غربی و جنوب غربی زاگرس (محدوده ی شهرستان الیگودرز) اقدام شده است. نتایج نشان داد که استفاده از الگوریتم های Layer Values و Geometry و دستورات assign class توانایی خوبی در جداسازی و طبقه بندی لندفرم ها دارند، به گونه ای که 8 نوع لندفرم (دامنه، یال، پهنه های آبی، پرتگاه، قله، خط الرأس، دشت های پست و دشت های مرتفع) با ضریب کاپا 87/0 و دقت کلی 71/91 درصد استخراج گردید. لندفرم های یال بیشترین بخش منطقه را تشکیل داده و لندفرم های غالب منطقه محسوب می شوند و توزیع مناسبی در قسمت های مختلف دارند ولی لندفرم های قله با حداقل مساحت فقط بخش محدودی از منطقه ی موردمطالعه را تشکیل داده است.

شناخت لندفرم ها و نحوه پراکنش آنها از نیازهای اساسی در علم ژئومورفولوژی کاربردی و سایر علوم محیطی است و نقشه لندفرم ها نمایانگر اشکال سطح زمین و نیز ماهیت فرآیندهایی است که در زمان حاضر رخ می دهند. هدف از این تحقیق، شناسایی لندفرم ها و کاربری های اراضی حوضه آبریز قرنقو با استفاده از روش های طبقه بندی شی گرا شامل الگوریتم نزدیکترین همسایه و آستانه گذاری می باشد. بدین منظور از تصاویر ماهواره لندست برای بازه زمانی 1990 (TM) و 2020 (OLI) استفاده شد. برای اعمال طبقه بندی در گام نخست تصحیحات اتمسفری و رادیومتریکی بر روی تصاویر اعمال شد و سپس به منظور شناسایی و استخراج بهتر پدیده ها از الگوریتم های PCA و MNF استفاده شد. برای انجام طبقه بندی تصاویر ماهواره ای نیز از روش های طبقه بندی شی گرا شامل روش نزدیکترین همسایه و آستانه گذاری بهره گرفته شد. برای صحت نقشه های تولید شده با استفاده از ضریب کاپا و صحت کلی استفاده گردید. نتایج ارزیابی روش های مورد استفاده نشان داد که روش نزدیکترین همسایه دارای دقت بیشتری نسبت به روش آستانه گذاری می باشد. همچنین نتایج حاصل از طبقه بندی نشان داد که بیشترین میزان تغییرات کاهشی در خلال سال های 1990-2020 مربوط به کاربری مرتع متراکم می باشد، چرا که 49/12 درصد کاهش داشته است و بیشترین میزان تغییرات افزایشی مربوط به کاربری زراعت آبی می باشد که 83/10 درصد افزایش داشته است که مهمترین علت این افزایش مساحت را می توان به احداث سد سهند در طول زمان ارتباط داد.