تعداد نشریات | 50 |
تعداد شمارهها | 2,232 |
تعداد مقالات | 20,476 |
تعداد مشاهده مقاله | 25,356,444 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 23,009,373 |
ارزیابی کارایی مدلهای تجربی در برآورد رسوبدهی آبخیزهای کوچک مناطق نیمه خشک با استفاده از دادههای اندازهگیری شده | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
علوم و تکنولوژی محیط زیست | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مقاله 12، دوره 22، شماره 8 - شماره پیاپی 99، آبان 1399، صفحه 155-167 اصل مقاله (784.01 K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22034/jest.2019.41563.4538 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نویسندگان | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
علی باقریان کلات 1؛ علی اکبر عباسی2؛ سید مسعود سلیمانپور3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1محقق بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران. *(مسوول مکاتبات) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2دانشیار پژوهشی بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3استادیار بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان فارس، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، شیراز، ایران. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
چکیده | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
زمینه و هدف: با توجه به نبود ایستگاههای رسوبسنجی در اکثر حوضههای آبخیز کشور و عدم کفایت دادهها، مدلهای تجربی مانند ابزارهای مناسبی برای تخمین رسوبدهی آبخیزها میباشند. از آن جا که این مدلها در خارج از ایران طراحی شده، لازم است که کارآیی آنها در کشور بررسی شود. مطالعات پراکندهای در خصوص برآورد فرسایش و رسوب با استفاده از این مدلها در ایران صورت گرفته و اکثر این مطالعات به واسطه فقدان دادههای رسوب مشاهداتی، ارزیابی مناسبی از این مدلها به دست نمیدهند. لذا برای توسعه این مدلها استفاده از دادههای اندازهگیری شده، ضروری است. روش بررسی: در این تحقیق، چهار بند خاکی کوچک در حوضه سد کارده و پنج زیرحوضه دارای حوضچه جمعآوری رواناب و رسوب در حوضه سنگانه کلات انتخاب شد. مقدار رسوب ته نشین شده در مخازن سدها با استفاده از نقشهبرداری به دست آمد. وزن مخصوص ظاهری رسوب با عملیات صحرایی تعیین و حجم رسوبها با در نظر گرفتن سالهای رسوبگیری به وزن تبدیل شد. در زیرحوضههای سنگانه نیز پس از هر بارندگی میزان هدررفت خاک اندازهگیری شد. در نهایت مقدار رسوب توسط مدلهای EPM و FSM تخمین زده شد و با مقادیر مشاهدهای مقایسه شد. یافتهها: نتایج نشان داد با توجه به اختلاف زیاد مقادیر برآوردی مدل FSM و رسوب مشاهدهای، ضرایب مدل برای حوضههای مورد مطالعه نیاز به اصلاح دارد. در نهایت مقادیر ضریب کارایی نش-ساتکلیف برای مدل EPM و FSM بهترتیب 66/0 و 65/0 بهدست آمد. بحث و نتیجهگیری: نتایج حاصل دلالت بر کارایی مدلهای مذکور در برآورد رسوب حوضههای آبخیز کوچک مورد مطالعه دارد. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
کلیدواژهها | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
حفاظت آب و خاک؛ مدلهای فرسایش خاک؛ سدهای کوچک | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
اصل مقاله | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و دوم، شماره هشت، آبان ماه 99
ارزیابی کارایی مدلهای تجربی در برآورد رسوبدهی آبخیزهای کوچک مناطق نیمه خشک با استفاده از دادههای اندازهگیری شده
علی باقریان کلات[1] علی اکبر عباسی[2] سید مسعود سلیمانپور[3]
چکیده زمینه و هدف: با توجه به نبود ایستگاههای رسوبسنجی در اکثر حوضههای آبخیز کشور و عدم کفایت دادهها، مدلهای تجربی مانند ابزارهای مناسبی برای تخمین رسوبدهی آبخیزها میباشند. از آن جا که این مدلها در خارج از ایران طراحی شده، لازم است که کارآیی آنها در کشور بررسی شود. مطالعات پراکندهای در خصوص برآورد فرسایش و رسوب با استفاده از این مدلها در ایران صورت گرفته و اکثر این مطالعات به واسطه فقدان دادههای رسوب مشاهداتی، ارزیابی مناسبی از این مدلها به دست نمیدهند. لذا برای توسعه این مدلها استفاده از دادههای اندازهگیری شده، ضروری است. روش بررسی: در این تحقیق، چهار بند خاکی کوچک در حوضه سد کارده و پنج زیرحوضه دارای حوضچه جمعآوری رواناب و رسوب در حوضه سنگانه کلات انتخاب شد. مقدار رسوب ته نشین شده در مخازن سدها با استفاده از نقشهبرداری به دست آمد. وزن مخصوص ظاهری رسوب با عملیات صحرایی تعیین و حجم رسوبها با در نظر گرفتن سالهای رسوبگیری به وزن تبدیل شد. در زیرحوضههای سنگانه نیز پس از هر بارندگی میزان هدررفت خاک اندازهگیری شد. در نهایت مقدار رسوب توسط مدلهای EPM و FSM تخمین زده شد و با مقادیر مشاهدهای مقایسه شد. یافتهها: نتایج نشان داد با توجه به اختلاف زیاد مقادیر برآوردی مدل FSM و رسوب مشاهدهای، ضرایب مدل برای حوضههای مورد مطالعه نیاز به اصلاح دارد. در نهایت مقادیر ضریب کارایی نش-ساتکلیف برای مدل EPM و FSM بهترتیب 66/0 و 65/0 بهدست آمد. بحث و نتیجهگیری: نتایج حاصل دلالت بر کارایی مدلهای مذکور در برآورد رسوب حوضههای آبخیز کوچک مورد مطالعه دارد.
واژههای کلیدی : حفاظت آب و خاک، مدلهای فرسایش خاک، سدهای کوچک.
Evaluation of Emprical Models for Sediment Yield Prediction at Semi-Arid Small Watershed using Measured Data
Ali Bagherian kalat[4]* Ali Akbar Abbasi[5] Seyed Masoud Soleimanpour[6]
Abstract Background and Objective: Due to the lack of sediment stations in most of the country's watersheds outlets and inadequacy of data, experimental models can be important tools for the production of these information layers. Common Empirical model in Iran is EPM. Method: Since this model has been designed in other countries, it is necessary to examine its performance in Iran. The main objective of the project is Model situations with nature and complete database available about erosion and its affecting factors. In implementing this plan, 4 small soil dams in Kardeh Dam and five sub-basins have a pond to collect runoff and sediment in Sanganeh of Kalat was selected. These catchment areas were studied and information layers for EPM model produced. Amounts of sediment were estimated and were compared with observed sediment. Findings: The results indicated that the uncalibrated FMS model overestimated the eroded materials. Results of the EPM and calibrated FMS model indicated 0.66 and 0.35 Nash-Sutcliff efficiency. Discussion and Conclusion: Therefore, we can accept the estimated results of this model as somewhat reliable.
Key Words: Erosion Model, Small Dam, Soil and Water Conservation.
مقدمه
فرسایش خاک و تولید رسوب از مهمترین معضلات زیستمحیطی، کشاورزی و تولید غذا در جهان است که تأثیرات مخربی بر زیستبومهای طبیعی و تحت مدیریت انسان دارد (1). این پدیده نتیجه فرآیندهای پیچیدهای است که دربرگیرنده تعداد زیادی از متغیرها مانند بارش، خاک، توپوگرافی، پوششگیاهی و عملیّات مدیریتی میباشد. فرسایش طبیعی عامل مهمی در فرآیند خاکسازی بوده و خاکهای حاصلخیزی را در جهان بهوجود آورده است. در عوض فرسایش تشدید شونده که بهدلیل دخالتهای انسانی حاصل میشود فرآیندی مخرّب برای منابع طبیعی بوده و در کشورهای در حال توسعه خطر جدّی برای توسعه پایدار بهحساب میآید (2). تخمین دقیق رسوب مستلزم داشتن تعداد کافی نمونه در هر واقعه و یا منحنی کامل رسوب است. با این وجود، در ایستگاههای هیدرومتری کشور، نمونهبرداری رسوب به صورت تصادفی بوده و ارزیابی مناسبی از الگوی توزیع زمانی رسوب در سیلابها و وقایع بارندگی صورت نمیپذیرد (3). از سوی دیگر آمار و اطلاعات رسوبدهی بهدستآمده از این ایستگاهها عمدتاً مربوط به حوضههای آبخیز بزرگ هستند و نتایج بهدستآمده از آنها بهراحتی قابلتعمیم به حوضههای کوچک نیست. از اینرو تحقیقات و بررسیهای گستردهای در زمینه برآورد فرسایش خاک در حوضههای آبخیز از سالها پیش آغاز شده که منجر به ارائه مدلهای تجربی برآورد فرسایش و رسوب گردید. باید توجه داشت که با وجود مطالعات زیادی که روی مدلسازی فرسایش و رسوب صورت گرفته، هنوز انتخاب مدل مورد قبول جهانی برای فرسایش و رسوبدهی بهسادگی صورت نمیگیرد (4). به گونهای که اغلب مدلها در شرایط خاصّ ایجاد شدهاند و کاربرد آنها در مناطق دیگر بدون ارزیابی با دادههای مشاهداتی و واسنجی باعث ایجاد خطای بالا در میزان رسوب برآوردی میگردد، همچنین ممکن است یک مدل با مفهومسازی صحیح فرآیند فرسایش و رسوب بهدلیل در دسترس نبودن اطّلاعات ورودی در بسیاری از مناطق کاربردی نداشته باشد (2). در نتیجه تناسب یک مدل برای کاربردهای مختلف یکسان نیست و انتخاب مدل مناسب بستگی به هدف و خصوصیات منطقه و داده های در دسترس دارد. در کشور ایران از میان مدلهای متعدد برآورد فرسایش و رسوب، مدلهایی با تعداد کم دادههای ورودی و سهلالوصول بودن پارامترها بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند. از جمله این مدلها EPM[7] و FSM[8] را می توان نام برد که در برآورد رسوبدهی حوضههای خارج از کشور (11-5) نتایج مناسبی را نشان دادهاند. از آن جا که این مدلها در خارج از ایران طراحی گردیده، لازم است که کارآیی آنها در حوضههای آبخیز متفاوت ایران مورد بررسی قرار گیرد. پژوهشهای پیشین در ایران نشان میدهد که اغلب ارزیابیها بر اساس دادههای رسوب ایستگاههای رسوبسنجی انجامشده و از رسوبات مخازن که اطلاعات دقیقتری در اختیار قرار میدهند کمتر استفادهشده است. از طرفی به جز معدودی از پژوهشها (16-12)، اغلب ارزیابیهای انجامشده در حوضههای آبخیز با مساحت نسبتاً بالا صورت گرفته که از دقت و کاربرد نتایج آنها برای حوضههای آبخیز کوچک میکاهد. بهمنظور تعیین میزان رسوبدهی آبخیزهای کوچک روش اندازهگیری رسوبات مخازن آبی توسط محققان توصیه شده است (13، 15و 17). لذا ارزیابی مدلهای مختلف تجربی برآورد فرسایش و تولید رسوب میتواند بر مبنای این اندازهگیریها که دقت بسیار بالایی دارند انجام شود. البته خطای کمتر این روشها نسبت بهاندازهگیریهای رودخانهای منوط بهاندازهگیری صحیح ضریب تلهاندازی مخازن، حجم و وزن مخصوص رسوبات انباشتهشده و لحاظ آنها در محاسبات است. لذا بهمنظور اطمینانبخشی بیشتر به کاربرد نتایج پژوهشهای مشابه برای بخش اجرا سعی شده است مبنای واسنجی مدلهای تجربی برآورد فرسایش و رسوب حوضههای آبخیز از آمار ایستگاههای رسوب سنجی به سمت رسوبات نهشته شده در مخازن کوچک سوق داده شود که عمدتاً در بالادست حوضههای آبخیز واقعشدهاند و سنجش مقادیر رسوبات آنها چندان دشوار نیست. بنابراین تحقیق حاضر باهدف ارزیابی مدلهای EPM و FSM در آبخیزهای کوچک در آبخیزهای خشک و نیمه خشک استان خراسان رضوی طرحریزی شده است.
روش بررسی این بررسی در سال های 1391 تا 1395 به انجام رسید. برای این تحقیق دو حوضه آبخیز سنگانه کلات و سد کارده در نظر گرفته شد. در حوضه سنگانه پنج زیر حوضه قرار دارد که در خروجی آن مخازن ذخیره رواناب و رسوب احداثشده و دارای آمار اندازهگیری رواناب و رسوب است. در حوضه سد کارده در زیر حوضه کوشکآباد تعدادی بند خاکی اجرا شده که تعداد چهاربند خاکی دارای شرایط موردنظر این تحقیق (گذشت بیش از 10 سال از احداث آن و عدم سرریز جریان در سالهای پس از اجرا) را دارد. حوضه سنگانه از نظر مختصات جغرافیایی در محدوده طولهای 40.07ً´13°60 تا " 50.79´ 13°60 شرقی و عرضهای "8.84 41 °36 تا " 30.18´ 41°36 شمالی واقعشده است. این حوضه در 70 کیلومتری جنوب غربی شهرستان کلات قرار دارد. وسعت کل منطقه موردمطالعه 20 هکتاراست. حوضه آبخیز سد کارده در استان خراسان رضوی، 45 کیلومتری شمال شهرستان مشهد واقعشده است. محدوده مطالعات بین طول جغرافیایی َ 31 ْ 59 تا َ 37 ْ 59 و عرض جغرافیایی َ 41 36 تا َ 47 ْ 36 است. در شکل 1 موقعیت این دو آبخیز در استان خراسان رضوی و در جدول 1 مهمترین مشخصات فیزیوگرافی 9 زیرحوضه مورد بررسی در این دو آبخیز نشان داده شده است.
شکل 1- موقعیت آبخیز سنگانه و کارده در استان خراسان رضوی Figure 1. Location of Sangane and Karde watersheds in Khorasan Razavi province.
جدول 1- مشخصات فیزیوگرافی زیرحوضههای سنگانه و کارده Table 1. Physiographical features of Sangane and Karde subbasins.
اندازهگیری رسوبدهی حوضههای آبخیز
در حوضه سنگانه کلات پنج زیر حوضه وجود دارد که دارای مخازن اندازهگیری رواناب و رسوب است (با کد s1, s2, s3, s4, s5). در این حوضه از اول اردیبهشت 1385 تا اول اردیبهشت 1395 به مدت ده سال رسوب اندازه گیری شده مورد استفاده قرار گرفته است. در حوضه کارده چهار بند خاکی وجود داردکه در سال 1379 احداث شده و تا سال 1391 که زمان حفر گمانه برای رسوب سنجی بود 12 سال از احداث آنها میگذرد (با کد k1, k2, k3, k4). در این مدت جریان و رسوب از آنها سرریز نداشته و تمامی رسوبات در مخزن این بندها تهنشست شده است. برای تعیین حجم رسوب در مخزن این بندها اقدام به حفر گمانه و اندازهگیری عمق رسوبات گردید. بستگی به وسعت و گستره رسوبگذاری، در داخل مخزن هر بند تعدادی گمانه حفر شد (12؛ 13). در مخازن بندهای شماره 1 تا 4 به ترتیب 12، 8، 10 و 12 گمانه در رسوبات ریزدانه داخل مخزن حفر گردید. همچنین برای تعیین وزن رسوبات تهنشست شده، اقدام به اندازهگیری وزن مخصوص در محل گردید. برای رسوبات ریزدانه در داخل هر مخزن یک آزمایش و برای رسوبات درشت دانه نیز در هر مخزن یک آزمایش انجام شد. در شکل 2 نمونهای از مخازن جمعآوری رسوب در آبخیز سنگانه (سمت راست) و گمانههای حفر شده در آبخیزکارده (سمت چپ) نشان داده شده است.
مدل FSM
مدل FSM (Factorial Scoring Model) یک مدل نیمه کمی است که برای بررسی میزان رسوب در اسپانیا ارائه گردیده است (9؛ 13؛ 16). در مدل FSM از پنج عامل لیتولوژی، توپوگرافی، پوشش گیاهی، فرسایش خندقی و شکل حوضه آبخیز برای محاسبه رسوبدهی حوضه استفاده شده است. امتیازهایی که برای هر عامل در نظر گرفته شده، شامل 3 بخش میباشد: الف) امتیاز 1 مربوط به سهم کم، ب) امتیاز 2 مربوط به سهم متوسط، ج) امتیاز 3 مربوط به سهم زیاد هر عامل حوضه آبخیز میباشد (9). اطلاعات مربوط به این مدل با استفاده از پیمایشهای صحرایی و تلفیق آنها با نقشههای زمین شناسی، توپوگرافی و غیره به دست میآید. بعد از امتیازدهی عوامل پنج گانه مدل، آن اعداد در هم ضرب شده و مقدار ضریب به دست می آید. با استفاده از این ضریب در معادله (1) نرخ فرسایش حوضه به دست میآید. (1) در این معادله که SSY نرخ رسوبدهی حوضه بر حسب تن در کیلومتر مربع، A مساحت حوضه بر حسب کیلومتر مربع و حاصل ضرب امتیازات عوامل پنج گانه است. با توجه به اینکه مدل FSM در اسپانیا ایجاد شده و مشخصات بارش و هیدرولوژی منطقه در مدل دیده نمیشود، لازم است تا ضرایب مدل برای حوضههای مورد بررسی اصلاح شود. در این زمینه نبیپی لشکریان و همکاران (1392) و قهاری و همکاران (1397) روش اصلاح ضرایب مدل FSM را اینگونه بیان نموده اند. ابتدا بین مساحت حوضههای آبخیز به کیلومترمربع (بهعنوان متغیر مستقل) و رسوب اندازهگیری شده بر حسب تن در کیلومتر مربع در سال (بهعنوان متغیر وابسته) رابطه رگرسیونی (توانی) برقرار میشود. سپس با استفاده از رابطه بهدست آمده در مرحله قبل (مساحت-رسوب ویژه) و قرار دادن مقدار مساحت بهعنوان متغیر مستقل، عددی بهعنوان رسوب حاصل از مساحت بهدست میآید. در ادامه، رسوب حاصل از مساحت را از کل رسوب مشاهدهای کم نموده و درنتیجه رسوب باقی مانده محاسبه خواهد شد. در این مرحله بین FSMindex و باقیمانده رسوب رابطه رگرسیون (خطی) برقرار و معادله بهدست میآید. بنابراین حاصل جمع رسوب محاسبه شده در دو معادله رگرسیونی برابر با تخمین مدل FSM خواهد شد.
مدل EPM مدل پتانسیل فرسایش که بهاختصار بهعنوان مدل EPM معروف است در سال 1988 ارائه گردیده است (18). در این مدل، عوامل مؤثر در رسوبدهی حوضههای آبخیز در قالب ضریب فرسایش فعلی، ضریب استفاده از زمین، ضریب حساسیت سنگ و خاک به فرسایش، شیب متوسط زمین و ضریب فرسایش حوضههای آبخیز، امتیازدهی و با استفاده از رابطه (6) میزان تولید رسوب حوضههای آبخیز برآورده میشوند که در آن Gsp تولید رسوب برحسب مترمکعب بر کیلومتر مربع در سال و Wsp فرسایش ویژه برحسب مترمکعب در کیلومترمربع هرسال که از رابطه (3) برآورد میگردد که در آن H بارندگی متوسط سالیانه برحسب میلیمتر و Z ضریب فرسایش است که از رابطه (2) به دست میآید. در این رابطه نیز Y، Xa و به ترتیب امتیاز عامل حساسیت خاک و سنگ، عامل استفاده از زمین و عامل فرسایش هستند که بر اساس جداول مربوط به مدل در هر حوضه آبخیز اختصاص داده میشوند.
I عامل شیب زمین به متر بر متر، برابر 14159/3 T ضریب دما که از رابطه 4 به دست میآید که در آن t، میانگین دمای سالیانه برحسب درجه سانتیگراد است.
Ru ضریب رسوبدهی حوضه آبخیز که از رابطه (5) به دست میآید. در این رابطه P محیط حوضه آبخیز برحسب کیلومتر، L طول حوضه آبخیز به کیلومتر و D اختلاف ارتفاع بین ارتفاع متوسط حوضه آبخیز و ارتفاع نقطه خروجی حوضه آبخیز به کیلومتر است.
ارزیابی نتایج مدلها در نهایت نتایج هر دو روش در تخمین رسوب آبخیزهای کوچک با استفاده از ضریب کارایی (رابطه 7) و خطای نسبی (رابطه 8) مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفتند.
جدول 2- مقدار رسوب مشاهداتی زیر حوضههای آبخیز سنگانه Table 2.The amount of observed sediments in Sangane subbasins.
جدول 3- مقدار رسوب مشاهداتی حوضههای آبخیز کارده Table 3. The amount of observed sediments in Karde subbasins.
نتایج مدل EPM
جدول 4 نتایج تهیه دادههای ورودی و کاربرد روابط 2 تا 6 را به منظور برآورد متوسط رسوب توسط مدل EPM را نشان میدهد. همچنین شکل 3 مقایسه مقادیر رسوب اندازهگیری شده و تخمینی توسط مدل EPM در هر دو منطقه نشان میدهد.
جدول 4- فرسایش ویژه و رسوب ویژه از طریق مدل EPMدر حوضههای سنگانه و کارده Table 4. Special Erosion and Sediment calculated from EPM method in Sangane and Karde
نتایج مدل FSM
با توجه به اطلاعات زیرحوضههای انتخابی در حوضه سنگانه و سد کارده، عوامل پنج گانه روش FSM و امتیازات مربوط به این عوامل تعیین شد که به شرح جدول 5 میباشد. همچنین شکل 4 مقایسه مقادیر رسوب اندازهگیری شده و تخمینی توسط مدل FSM در هر دو منطقه را نشان میدهد. چنانکه از جدول 5 مشخص است، تفاوت زیادی بین رسوب مشاهداتی و رسوب محاسباتی از رابطه 1 وجود دارد که ناشی از این است که رابطه 1 برای حوضه های بزرگ توسعه یافته و این تحقیق در حوضههای کوچک انجام شده است. از این رو ضرورت دارد که این رابطه اصلاح شود. چنانچه این رابطه برای حوضه های مورد مطالعه اصلاح شود، مراحل زیر انجام و روابط زیر حاصل میشود.
جدول 5- فرسایش ویژه و رسوب ویژه از طریق مدل FSMدر زیرحوضههای سنگانه و کارده Table 5. Special Erosion and Sediment calculated from FSM method in Sangane and Karde subbasins
رابطه بین رسوب اندزه گیری شده و مساحت (رابطه 9):
رابطه بین تفاوت رسوب اندازه گیری شده و رسوب محاسباتی و ضرایب مدل FSM (رابطه 10):
و رابطه نهایی محاسبه رسوب از روش FSM (رابطه 11):
پس از اصلاح ضرایب مدل، رسوب محاسباتی و مشاهداتی به شرح شکل 4 می باشد.
بحث و نتیجهگیری
تحقیق حاضر با هدف ارزیابی مدلهای EPM و FSM در 9 آبخیز کوچک در استان خراسان رضوی طرحریزی شده است. مقایسه توصیفی نتایج اندازهگیری رسوب زیرحوضههای آبخیز سنگانه و کارده از راه رسوبسنجی (جدولهای 2 و3) در مقایسه با مقادیر برآورد شده توسط مدل FSM بدون واسنجی (جدول 5)، بسیار متفاوت است و نشان از بیش تخمینی مدل اصلی دارد. محققان بسیاری استفاده از معادله اصلی مدل FSM در برآورد رسوب را دارای بیش تخمینی گزارش نموده اند (15؛ 16؛ 20). با این حال واسنجی مدل FSM نشان داد که رسوب تخمینی با مقادیر اندازهگیری شده تطابق بسیار زیادی دارد. بهگونهای که متوسط و انحراف معیار مقادیر رسوب مشاهدهای بهترتیب برابر با 9/112 و 6/101 تن در کیلومتر مربع بود و برای مقادیر برآوردی توسط مدل FSM واسنجی شده بهترتیب 5/131 و 9/134 تن بر کیلوکترمربع دست آمد. همسو با یافتههای این تحقیق واسنجی مدل توسط محققان پیشین (9؛ 13؛ 16؛ 17) صورت پذیرفته و بهبود نتایج برآوردی مدل گزارش شده است. متوسط خطای تخمین مدل FSM در حوضههای آبخیز مورد بررسی 95 درصد محاسبه شد. ضریب کارایی نش-ساتکلیف نیز برای مدل FSM 65/0 بهدست آمد که دلالت بر کارایی مدل در مناطق مورد بررسی دارد. نبودن عامل اقلیم در مدل اصلی FSM محدودیتی است که به راحتی نمیتوان آن را در سایر مناطق استفاده نمود. ضمن آن که رابطه ای قطعی مابین مساحت و رسوبدهی وجود نداشته و لازم است در حوضههای مورد مطاله محاسبه شود. به همین دلیل، ضرایب و نمادهای معادله های به دست آمده در مناطق مختلف توسط پژوهشگرها با هم تفاوت دارد. از سوی دیگر de Vente (2009) بیان نمود با توجه به اینکه عامل اقلیم در مدل FSM دیده نشده است، باید در مناطقی که خصوصیات و الگوی بارش متفاوتی دارند مدل واسنجی گردد (19). نتایج ارائه شده در جدول 4 و شکل 3 دلالت بر کارایی بالا و تطابق خوب برآوردهای مدل EPM با مقادیر مشاهدهای رسوب در آبخیزهای کوچک مورد بررسی دارد. نتایج نشان داد که میانگین رسوب برآوردی توسط مدل EPM و مقادیر مشاهداتی بهترتیب 18/1 و 33/1 تن در هکتار با انحراف معیار بهترتیب 12/1 و 27/1 میباشند. همچنین متوسط خطای تخمین مدل EPM در حوضه آبخیز سنگانه و کارده بهترتیب 107 و 42 درصد بهدست آمد خطای تخمین برای هر دو منطقه نیز 78 درصد محاسبه شد. ضریب کارایی نش-ساتکلیف نیز برای مدل EPM 66/0 بهدست آمد که دلالت بر کارایی مدل در مناطق مورد بررسی دارد. با این حال تفاوتهای موجود میتواند ناشی از ضریب تحویل رسوب (Ru) باشد که رابطه معرفیشده برای این ضریب برای حوضههای بزرگ توسعهیافته است. از سوی دیگر نتایج نشان داد که دقت مدل در آبخیز کارده بیشتر از آبخیز سنگانه میباشد، از آنجا که حداکثر مساحت زیرحوضهها در آبخیز سنگانه حدود یک هکتار میباشد درحالی که در حوضه سد کارده بزرگترین زیرحوضه 83 هکتار است. بنابراین تفاوت دقت مدل EPM در برآورد رسوب میتواند ناشی از این باشد که این روش برای حوضههای چندهکتاری و کوچکتر توسعه نیافته است. از طرف دیگر زیر حوضه موردمطالعه در آبخیز سنگانه قرق میباشد که در جداول ذکرشده برای روش EPM جایی برای اعمال قرق بودن حوضه دیده نشده است. در این زمینه De Vente (2009) یکی از معایب مدل EPM را عدم در نظر گرفتن اقدامات حفاظتی بیان نموده است (19). در مجموع و بر اساس معیارهای خطای نسبی و ضریب کارایی نش-ساتکلیف هر دو مدل توانایی برآورد رسوب در آبخیزهای کوچک را دارند، با این حال دقت مدلها در آبخیزهای چندهکتاری (مانند زیرحوضه های سنگانه) پایینتر خواهد بود. از سوی دیگر دقت در معیارهای ارزیابی نشان میدهد که در بین دو مدل مورد بررسی مدل EPM از دقت بالاتری در تخمین رسوب سالانه این مناطق برخوردار است. در این زمینه کاویان و همکاران (1393)و De Vente و Posen (2005) دقت بالاتر مدل EPM در مقایسه با سایر مدلهای تجربی را گزارش نمودند. در پایان لازم به توضیح است که مدلهای EPMو FSM از روشهای قدیمی در برآورد رسوب بوده و امروزه مدلهای جدیدتر و دقیقتر از نوع فیزیکی و مفهومی تعریف و ارائه گردیده است اما استفاده از این مدلها دارای محدودیتهایی نیز بوده و دسترسی به برخی اطلاعات و دادههای لازم جهت اجرای آنها، عملا در بعضی مناطق و شرایط منطقهای بسیار سخت و حتی غیرممکن میباشد. لذا با توجه به شرایط و امکانات موجود در کشور باید دقت مدلهای تجربی مورد ارزیابی قرار گیرد و در راستای واسنجی آنها تلاش شود.
Reference
[1] - محقق بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران. *(مسوول مکاتبات) [2] - دانشیار پژوهشی بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران. [3] - استادیار بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان فارس، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، شیراز، ایران. [4]- Researcher, Soil Conservation and Watershed Management Research Department, Khorasan Razavi Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Mashhad, Iran *(Corresponding Authors) [5]- Research Associate Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Department, Khorasan Razavi Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Mashhad, Iran. [6]- Assistant Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Department, Fars Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Shiraz, Iran. [7]- Erosion Potential Method [8]- Factorial Scoring Model | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مراجع | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 291 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 170 |