بخشی از مقاله
پهنه بندی پتانسیل فرسایش با استفاده از اطلاعات ماهو.اره ای و GISمطالعه موردی: حوضه آبریز سد شهید عباسپور-خوزستان
چکیده مقاله:
فرسایش خاک از جمله فرایندهایی است که منابع آب و خاک کشور را بصورت مستقیم و غیر مستقیم تهدید می کند. از اثرات منفی فرسایش خاک علاوه بر نابودی منابع آب و خاک ترسیب مواد رسو.بی در مخازن سدهاست که باعث کاهش حجم مخازن و ذخیره آب می گردد. بنابراین یک از ضروریات اولیه مبارزه با این پدیده با صرف هزینه و زمان کم و دقت بالا استفاده از تکنیک های نوین سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS جهت شناسایی مناطق مستعد فرسایش و پهنه بندی است در این تحقیق با تلفیق تکنیکهای سنجش از دور، GIS ومدل اصلاح شده پسیاک، نقشه پهنه بندی فرسایش و حوضه آبریز دشتگل از بزرگ حوضه آبریز سد شهید عباسپور در استان خوزستان تهیه شد. فاکتورهای کاربردی اراضی و پوشش زمین مدل پسیاک با استفاده از پردازش تصاویر سنجنده ETM ماهواره لندست فاکتور توپوگرافی از طریق تحلیل مدل رقومی ارتفاع و سایر فاکتورهای در محیط GIS استخراج گردید. پس از ایجاد پایگاه داده ها وزن دهی فاکتورها صورت گرفت. نهایتا با استفاده از تحلیلهای همپوشانی GISنقشه پهنه بندی فرسایش و رسوب منطقه دشتگل تهیه گردید.
مقدمه:
دانشمندان علوم زمین جهت تعیین شدت فرسایش و میزان رسوب تولید شده ناشی از آن، از روشهاي تجربی برآورد فرسایش ورسوب استفاده می کنند. تاکنون روشهاي تجربی مختلفی جهت تعیین شدت فرسایش و میزان رسوب تولید شده ناشی از آن پیشنهاد شده است. تحقیقات متعدد انجام شده در مورد مقایسه روشها و مدلهاي برآورد فرسایش و رسوب در آبخیزهاي مختلف ایران، بیانگر قابل قبول بودن نتایج کاربرد روش پسیاك(PSIAC)1 می باشد(رفاهی،.(1375 از طرفی وسعت آبخیزها و حجم عملیات میدانی براي دستیابی به عوامل مورد نظر در استفاده از این روش، هزینه بر بودن استفاده از روش از طریق عملیات میدانی، ایجاب می کند که تکنیکهاي نوین سنجش از دور و GISمورد استفاده قرار گیرد. توانمندي سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، نشانگر این واقعیت است که می توان از این فن و دانش با دقت زیاد و حداقل زمان ،عوامل 9گانه مدل پسیاك را با حداقل عملیات میدانی ارزیابی و به نتایج مورد نظر دست یافت(مختاري،.(1379
ویژگیهاي عمومی منطقه مورد مطالعه:
منطقه مورد مطالعه، حوضه آبریز دشتگل با مساحت134/7کیلومتر مربع، بین طولهاي جغرافیایی 49˚,28 ,14˝ تا 49˚,37,́23˝ شرقی و عرضهاي32˚,10 ,5́˝ تا32˚,21,́14˝ عرض شمالی، در شمالشرقی استان خوزستان، شمالشرق شهرستان مسجد سلیمان ومشرف به سد شهید عباسپورمی باشد(شکل.(1
متوسط ارتفاع منطقه 1093متر، حداقل ارتفاع548 و حداکثر ارتفاع منطقه2200 مترو شیب متوسط منطقه 37/5در صد می باشد. اقلیم منطقه با توجه به اقلیم نماي دومارتن، نیمه خشک، متوسط بارندگی سالانه 850/1 ومتوسط درجه حرارت 18/03 می باشد. منطقه مورد مطالعه در ناحیه زاگرس چین خورده واقع شده است و سازندهاي زمین شناسی در این منطقه از قدیم به جدید شامل رسوبات کواترنر، سازند بختیاري، بخش لهبري از سازند آغاجاري، سازندآغاجاري، سازند گچساران، سازند آسماري – شهبازان، سازند تله زنگ، سازند پابده و سازند سازند پابده- گورپی(شکل2 )می باشد.
مواد و روش تحقیق:
در انجام این تحقیق از مواد و روشهایی که ذکر می گردد، استفاده شده است:
• نرم افزارها:
- ENVI
- ER-MAPPER
- River tools-
- ARCVIEW
- ARC/INFO
• نقشه ها و تصاویر:
- تصاویر ماهواره اي سنجندهETM
- نقشه هاي توپوگرافی با مقیاس 1:25000
- نقشه زمین شناسی1:100000
• GPS
روشها:
پس از استخراج ده واحدهاي هیدرولوژیکی(شکل(3 و پارامترهاي مورفومتریک در محیطGIS، اقدام به استخراج فاکتورهاي 9 گانه مدل پسیاك گردید. فاکتورهاي کاربري اراضی و پوشش زمین از طریق پردازش تصاویر ماهواره اي ، فاکتور توپوگرافی از طریق تحلیل مدل رقومی ارتفاع و سایر فاکتورها با استفاده از نقشه ها و اطلاعات موجود در محیط GIS تهیه شد. پس از ایجا پایگاه داده در محیط GIS، وزن دهی فاکتورهاي مدل انجام و سپس بر اساس تحلیلهاي همپوشانی، نقشه پهنه بندي فرسایش و رسوب حوضه آبریز دشتگل استخراج گردید.
مدل انتخابی بر آورد فرسایش و رسوب حوضه:
در این تحقیق جهت بر آورد فرسایش و رسوب حوضه مورد مطالعه، مدل پسیاك مورد استفاده قرار گرفت.
مدل پسیاك در سال 1968 توسط کمیته مدیریت آب آمریکا براي محاسبه شدت فرسایش خاك و تولید رسوب مناطق خشک و نیمه خشک غرب آمریکا ارائه شد. در مجموع 9 عامل زمین شناسی سطحی، خاك، آب وهوا، رواناب، توپوگرافی، پوشش زمین، کاربري زمین، فرسایش سطحی و فرسایش رودخانه اي، در این مدل تاثیر گذار شناخته شده است. در سال 1982تغییراتی در نحوه امتیاز دهی این عوامل پیشنهاد شد.
تولید لایه هاي اطلاعاتی مدل پسیاك اصلاح شده:
جهت استخراج فاکتورهاي 9گانه مدل پسیاك و وارد کردن آنها به محیطGIS، منابع متعددي مورد استفاده قرار گرفت. فاکتورهاي زمین شناسی، خاك، رواناب، آب و هوا، فرسایش سطحی و فرسایش رودخانه اي در محیط GIS وبا استفاده ازداده هاي موجود تهیه گردید(شکلهاي4و5و6و7و.(8 فاکتور توپوگرافی از طریق تحلیل مدل رقومی ارتفاع (شکلهاي9و(10 و فاکتورهاي کاربري زمین و پوشش زمین به عنوان مهمترین فاکتورهاي مدل پسیاك، با استفاده از پردازش تصاویر ماهواره اي ایجاد گردید که در ادامه تشریح می گردد.
- لایه اطلاعاتی پوشش زمین
در مدل پسیاك اصلاح شده، پوشش زمین عبارت است از هر گونه پوششی که خاك را در مقابل عوامل فرساینده حفظ کند. استخراج این فاکتور از طریق روشهاي سنتی بسیار زمانبر، کم دقت و هزینه بر می باشد. در صورتیکه استخراج این فاکتور از طریق پردازش تصاویر ماهواره اي، صرفه جویی قابل توجهی در زمان و هزینه ایجاد می کند و از طرف دیگر دقت بالایی را در مقایسه با روشهاي سنتی که برمبناي نمونه برداري زمینی است، ارائه می دهد.
جهت استخراج درصد اراضی لخت و فاقد پوشش، تصاویر سنجنده ETM ماهواره لندست سال 2002 از منطقه مورد مطالعه در نرم افزار هاي ENVI وER-MAPPER مورد پردازش قرارگرفت. شاخصهاي خاك لخت، آنالیز مولفه هاي اصلی، شاخص پوشش گیاهیNDVI و طبقه بندي با نظارت مورد بررسی قرار گرفت. از بین موارد ذکر شده، طبقه بندي با نظارت نتایج مطلوبتري را نسبت به سایر موارد ارائه داد. بدین منظور با توجه به برداشتهاي صحرایی و با استفاده از شاخص پوشش گیاهی NDVI، جهت انتخاب مناطق آموزشی، با تاکید بر درصد اراضی لخت و فاقد پوشش، نمونه برداري انجام گرفت. با توجه به نمونه هاي برداشت شده، تصویر ماهواره اي با استفاده از روش با نظارت و الگوریتم حداکثر احتمال طبقه بندي (شکل(11و با استفاده از رابطه تعریف شده در مدل پسیاك اصلاح شده، لایه اطلاعاتی پوشش زمین در محیط GISتهیه گردید(شکل.(12
- لایه اطلاعاتی کاربري اراضی:
فاکتور کاربري اراضی در مدل پسیاك اصلاح شده با عنوان تاج پوشش گیاهی تعریف شده است. استخراج درصد تاج پوشش گیاهی در روشهاي معمول و سنتی شامل استفاده از پلات و نمونه برداري است که زمانبر، هزینه بر و کم دقت می باشد. استخراج این فاکتور به عنوان یکی از مهمترین فاکتورهاي مدلهاي تجربی برآورد فرسایش و رسوب، با استفاده از تصاویر ماهواره اي، علاوه بر اینکه از نظر زمان و هزینه صرفه جویی قابل توجهی صورت می گیرد، از لحاظ دقت ، به لحاظ دید جامعی که ایجاد می کند ، دقیقتر از روشهاي سنتی می باشد. بنابر این در این تحقیق ، جهت استخراج فاکتور کاربري اراضی، تصاویر ماهواره اي مورد استفاده قرارگرفت. با توجه به تحقیقات انجام گرفته، از میان شاخصهاي مختلف پوشش گیاهی، شاخص پوشش گیاهی NDVI، همبستگی بسیار بالایی را با فاکتور تاج پوشش گیاهی نشان می دهد(دراك و زانگ،.(1997 با توجه به نتایج اطلاعات فوق، جهت استخراج در صد تاج پوشش گیاهی، از همبستگی بین NDVI و در صد تاج پوشش گیاهی استفاده گردید. بدین منظور پس از برداشت پوشش زمین در نقاط مختلف که از لحاظ پوشش گیاهی وضعیتهاي متنوعی داشتند و ثبت مکان دقیق هر نقطه، داده هاي زمینی براي تجزیه و تحلیل اطلاعات ماهواره اي فراهم گردید. رابطه بین NDVI و درصد تاج پوشش گیاهی نقاط انتخاب شده ، با همبستگی 0/89 بصورت رابطه ذیل محاسبه گردید.
Y=15/9+61/4
که:
=Y درصد تاج پوشش گیاهی
=X شاخص پوشش گیاهیNDVI
براساس این رابطه، تصویر NDVI، با استفاده از طبقه بندي با نظارت و الگوریتم شدت احتمال طبقه بندي گردید ودر قالب یک لایه اطلاعاتی وارد محیط GISگردید(شکل.(13 جهت امتیاز دهی فاکتور کاربري اراضی از رابطه تعریف شده در مدل پسیاك اصلاح شده استفاده و لایه اطلاعاتی فاکتور کاربري اراضی استخراج شد(شکل.(14
تهیه نقشه پهنه بندي فرسایش با استفاده از توابع تحلیلی :GIS
پس از اینکه لایه هاي نه گانه مدل پسیاك اصلاح شده تهیه شد، مرحله تلفیق لایه ها به منظور تهیه نقشه پهنه بندي فرسایش و رسوب می باشد. در این مرحله توابع تحلیلی همپوشانی GIS، مورد استفاده قرار گرفت. بدین منظور نه لایه اطلاعاتی مدل، تبدیل به ساختار راستري گردید.
پس از تحلیل همپوشانی لایه هاي اطلاعاتی، لایه راستري درجه رسوبدهی حاصل شد. با توجه به اینکه در مدل پسیاك اصلاح شده حاصلجمع امتیازات بنام درجه رسوبدهی خوانده می شود، جهت بر آورد فرسایش و تولید رسوب، از رابطه درجه رسوبدهی و میزان رسوب به شرح ذیل استفاده به عمل می آید:
QS =38/77e 0/0353R
=QS میزان رسوبدهی سالانه بر حسب متر مکعب در کیلومتر مربع
=R درجه رسوبدهی
