بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از مدل های فرسایش و رسوب برای برآورد میزان هدر رفت خاک، ابزاری کارآمد برای مدیریت صحیح منابع طبیعی محسوب می شود .همچنین واسنجی مدل ها برای شرایط مختلف و به منظور انتخاب مدل های برتر امری اجتناب ناپذیر است.
لذا تحقیق حاضر به منظور کاربرد و ارزیابی مدل RHEM با بررسی مشخصات 70 رویداد بارندگی در 5 پلات به همراه اندازه گیری میزان رسوب و رواناب انجام گردید. برای اجرای مدل ورودی های مورد نیاز آن شامل اقلیم ، درصد پوشش تاجی، درصد پوشش زمینی ، بافت خاک، درصد و طول شیب ونوع دامنه وارد مدل گردید. پس از اجرای مدل و واسنجی و اعتبارسنجی مدل نتایج حاکی از توانایی بالای مدل در بررسی فرسایش در اراضی مرتعی با ضریب همبستگی برابر0,711 می باشد.
مقدمه
اهمیت خاک به عنوان بستری برای تولید مواد غذایی از جایگاه ویژهای برخوردار است که لزوم حفظ و حمایت از آن را ایجاب میکند. به طوری که در طول 40 سال گذشته در حدود %33 از اراضی قابل کشت دنیا به واسطه فرسایش خاک تخریب شدهاند و هم اکنون نیزبا سرعت 10 میلیون هکتار در سال این تخریب ادامه دارد - پمنتال و همکاران - 1995 پیش بینی مقدار فرسایش در سطح وسیع به عنوان یک ابزار موثر در طراحی و برنامه ریزی برای حفاظت خاک استفاده میشود.
در این میان اهمیت فرسایش در سطح دامنه به عنوان نقطه آغازین فرسایش در حوزههای آبخیز از جایگاه خاصی برخوردار میباشد. فرایندهایی که کنده شدن مواد، حمل و رسوب گذاری در سطح دامنه را بر عهده دارند در قالب فرایندهای فرسایش بیان میشوند که بسیار پیچیده بود و نیاز به یک مدل برآورد فرسایش در مدیریت منابع طبیعی را ایجاب میکند
تقاضا برای مدلهایی که قادر به شبیه سازی و پیشبینی فرآیندهای موجود در طبیعت در مقیاس منطقه ای باشد روز به روز در حال گسترش است. بخش تحقیقات در پاسخ به این تقاضا مدلهای شبیهسازی کامپیوتری متعددی را برای بسیاری از فرآیندهای طبیعی از جمله فرسایش خاک فراهم آورده است. از میان این مدلها، استفاده از مدلهای توزیعی به دلیل امکان بررسی تغییرات مکانی پدیدهها و تفسیر آنها از اولویت برخوردار است
مدل سازی فرایند فرسایش در سطح دامنه از دهه 1940 توسط الیسون و همکاران انجام و سپس به صورت روابطی در دهه 1960 توسط میر و ویشمایر ارائه شد.در ابتدای دهه 1970 نیز راهحلهایی مبتنی بر مفاهیم جعبه سیاه برای جریان دائمی و پیوسته رسوب ارائه گردید که در حقیقت حاصل مدلهای ریاضی فرسایش بوده و سپس فوستر توانایی مدلها در تشریح متغیرهای مکانی فرسایش در سطح دامنه و تفکیک فرسایش شیاری و بین شیاری را به اثبات رساند
مدل WEPP نیز از مفهوم شیار و بین شیار در فرسایش خاک استفاده کرد تا فرایندهای فرسایش در سطح دامنه راشبیه سازی کند و نقش خاک، گیاه، بقایای گیاهی و باران در این عمل تشریح نماید - لان و همکاران . - 1991 مدل HEM به منظور ارزیابی کارایی آن در کشورهای زلاندنو، استرالیا و هند در شرایط مختلف آزمایش شده که نتایج آن توانایی بالای مدل در برآورد میزان فرسایش و رسوب را تایید کرده است و لیکن تحقیقات یاد شده بر لزوم واسنجی با دادههای مشاهدهای تاکید نموده اند
لذا تحقیق حاضر با در نظر گرفتن کاربرد محدود و موفق مدل در برخی نقاط دیگر جهان و همچنین عدم کاربرد آن در کشور، به منظور ارزیابی توانایی و قابلیت مدل RHEM در برآورد مقادیر رسوب تولیدی اراضی مرتعی حوزه آبخیز زاینده رود صورت پذیرفت.
مواد و روش ها
ایستگاه تحقیقات آبخیزداری سد زاینده رود در فاصله 25 کیلومتری شمال غرب شهرستان چادگان در موقعیت جغرافیایی 32 درجه و 43 دقیقه عرض شمالی و 50 درجه و 46 دقیقه طول شرقی بر روی تپههای مشرف به دریاچه سد زاینده رود واقع شده است. ارتفاع متوسط ایستگاه از سطح دریا 2100 متر و متوسط بارندگی سالانه منطقه 350 میلی متر میباشد.
شکل -1 موقعیت منطقه مورد مطالعه در ایران و استان اصفهان
مدل RHEM
مدل RHEM یک مدل ریاضی، توزیعی و فیزیکی است که به منظور توصیف فرآیندهای فرسایش و تولید رسوب در دامنه مراتع مناطق نیمه خشک غرب آمریکا ارائه شده است و قادر به شیبهسازی هیدرولوژی و فرسایش از طریق اطلاعات اقلیم و خصوصیات خاک و پوشش گیاهی است.
مدل RHEM بر اساس فناوری پیشرفته مدل WEPP طراحی شده که حاوی مولفه های فرآیندهای هیدرولوژیکی و فرسایشی است. - اسپیت و همکاران - 2006 این مدل براساس دادههای مراتع وارتباط پارامترهای هیدرولوژیکی وفرسایش باجامعهی گیاهی ودادههای اندازهگیری شده بارندگی، توسط فراهم کردن یک سیستم جدید برآورد معادلات براساس 204پلات در49 سایت در 15ایالات جنوب غربی امریکا توسه یافته شده است. فرسایش پاشمانی و فرسایش سطحی مدل RHEM به عنوان فرایندهای غالب سایتهای مراتع است
وردی های مدل شامل :
-1 فایل اقلیم: برای ساختن این فایل از نرم افزاری به نام CLIGEN استفاده می شود. -2 فایل شیب:طول شیب، تندی شیب و نوع دامنه -3 فایل بافت خاک - 4 فایل پوشش: پوشش تاجی و پوشش زمینی
روش تحقیق
به منظور انجام تحقیق حاضر، در ابتدا برای اندازه گیری فرسایش خاک 5 پلات فرسایشی به طول 22,2 و عرض 1,83 متر استفاده شد. پلاتها در دامنه های یکنواخت و در جهت شیب عمومی منطقه و با تندی به ترتیب 9,14,22,32,33 درصد احداث شد. برای احداث کرتها از ورقههای فلزی گالوانیزه که حدود 15 سانتی متر از از ورقه-ها داخل زمین و حدود 20 سانتی متر از سطح خاک بیرون بودند استفاده شد.
برای جمع آوری رواناب و رسوب قسمت انتهای هر پلات به شکل مثلث در آمده وتمامی رواناب محتوی رسوب از طریق لولههای پلی اتیلن به داخل مخزن هدایت و اندازه گیری شد. سپس 70 رویداد طی دوره زمانی سال 71 تا 80 محاسبه شد. در کنار پلاتها یک باران سنج ثبات جهت اندازه گیری شدت باران نصب شد. همچنین برای اندازه گیری غلظت رسوب از طریق نمونهبرداری از کل رواناب به حجم به حداقل یک لیتر ودر آزمایشگاه صورت پذیرفت. برای اندازه گیری پوشش تاجی و پوشش زمین از پلات 1 متر مربعی و به روش تصادفی در حاشیه بیرونی پلاتهای مورد بررسی و برای تعیین بافت خاک از نمونه گیری افق سطحی خاک و آنالیز آزمایشگاهی استفاده گردید.
بررسی اعتبار مدل با مقایسه برآورد شده و مقادیر اندازهگیری شده برای دوره کالیبراسیون و دوره ارزیابی صورت گرفت. برای این منظور از معیارهای آماریضریب همبستگی - - R2، میانگین قدرمطلق خطا - MAE - و ضریب کارایی مدل یا ضریب نش - EI - استفاده شد.
در این روابط o و p بترتیب مقادیر مشاهده شده و شبیهسازی شده، o و p میانگین مقادیر مشاهده شده و شبیهسازی شده و n تعداد نمونهها میباشد.
R2، همبستگی بین دادهها را تعیین میکند و هرچه مقدار آن بیشتر باشد همبستگی بیشتری بین دادههای مشاهدهای و برآورد شده وجود دارد.
MAE میانگین قدرمطلق خطا بیانگر مقدار متوسط خطا بوده، و هرچه کمتر باشد، نشاندهنده دقت بیشتر است. EI نسبت تغییرات مقادیر برآورد شده را در مقابل تغییرات مقادیر مشاهده شده بیان میکند و هرچه مقدار آن به
یک نزدیک باشد نسبت تغییرات حداقل خواهد بود.
