برآورد میزان فرسایش آبکندی و مقدار عقب نشینی دیواره‌های آبکند با استفاده از سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در بخشی از حوضه آبخیز طالقان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد گروه مهندسی علوم خاک دانشگاه تهران

2 استاد گروه مهندسی علوم خاک دانشگاه تهران

3 دانشیار گروه مهندسی علوم خاک دانشگاه تهران

4 استادیار گروه مهندسی علوم خاک دانشگاه تهران

چکیده

در مقایسه با تلاش­های دهه­های گذشته در جهت بررسی فرآیند­های فرسایش ورقه­ای و شیاری خاک، مطالعات نسبتاً کمی در جهت کمی­کردن و یا برآورد فرسایش آبکندی انجام شده است. گسترش استفاده از تکنولوژی­های اطلاعات مکانی جدید، مانند سیستم اطلاعات جغرافیایی، مدل رقومی ارتفاع و سنجش از دور، توانایی­های جدیدی برای تحقیق در این زمینه فراهم کرده است. راه­حلی که به صورت مرجعی در راستای تخمین اثرات تغییرات جهانی مانند تغییرات کاربری اراضی و اقلیم تنظیم گردیده، نقشه­برداری وکمی کردن مقدار فرسایش آبکندی می­باشد که شامل مقدار عقب­نشینی دیواره­های آبکند و تولید رسوب است. تحقیق حاضر روشی، جهت محاسبه مقدار عقب نشینی دیواره­ها و تولید رسوب توسط فرسایش آبکندی ارائه می­دهد. روش پیشنهاد شده از عکس­های هوائی چند زمانه و مدل­های رقومی ارتفاع چند زمانه که هر دو بوسیله تکنیک­های اطلاعات جغرافیایی پردازش شده­اند، استفاده می­کند. تحقیق درزیر حوضه حاشان با وسعت 25 هکتار در حوضه آبخیز طالقان انجام شده است. عکس­های هوائی 1:20000 مربوط به سال 1370و عکس­های هوائی 1:40000 مربوط به سال 1380 جهت تهیه نقشه فرسایش آبکندی و تعیین مقدار رسوب تولید شده بین سال­های 1380-1370 استفاده شدند. مقدار برش آبکند و تولید رسوب از کم کردن مدل­های رقومی ارتفاع چند زمانه محاسبه شدند. مقدار عقب­نشینی دیواره­های آبکند 202/0 متر در سال بوده­است. حداکثر مقدار برش آبکند 9/0-5/0 متر در سال در راس آبکند و محل مئاندرها رخ داده­است. مقدار رسوب تولید شده بوسیله فرسایش آبکندی 44±438 تن در هکتار در سال بوده است. در مقایسه با دیگر روش­ها که رسوب ناشی از فرآیند­های فرسایش آبکندی را محاسبه می­کنند؛ روش پیشنهاد شده، مجموع هدر رفت خاک ناشی از رواناب سطحی، حرکت توده­ای (فروپاشی دیواره­ها) و عمیق شدن آبکند را محاسبه می­کند علاوه بر این در مقایسه با مقدار رسوب تولید شده بوسیله فرسایش ورقه­ای و شیاری مقادیر بسیار بزرگتری دارد و تصور می­شود دستاوردی در جهت مکان­یابی نواحی با فعالیت فرسایشی شدید در درون آبکند ها دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Estimating Rate of Gully Erosion and Retreat of Gully Walls by Remote Sensing (RS) and Geographical Information Systems (GIS) in Part of Taleghan Watershed

نویسندگان [English]

  • A. Raeisi-Neshat 1
  • H. G. Refahi 2
  • F. Sarmadian 3
  • M. Gorji 4
1 Graduate Student, Department of soil Science Engineering, Tehran University
2 Professor, Department of soil Science Engineering, Tehran University
3 Associate Professor, Department of soil Science Engineering, Tehran University
4 Assistant Professor, Department of soil Science Engineering, Tehran University
چکیده [English]

In contrast to the efforts made during the last decades to investigate sheet and rill erosion processes in soil, relatively few studies have been focused on quantifying and/or predicting gully erosion. The extension of the use of modern spatial information technologies, such as geographical information systems (GIS), digital elevation modeling (DEM) and remote sensing, have created new possibilities for research in this field. A key issue to be addressed, as the basis for predicting the effects of global changes such as land use and climate changes, is the mapping and quantification of gully erosion rates, including rate of retreat of gully walls and rate of sediment production. This paper presents a method to compute the rate of retreat of gully walls and the associated rate of sediment production caused by gully erosion. The proposed method uses multitemporal aerial photographs and multitemporal digital elevation models, both of which have been processed using GIS techniques. The research was applied to the sub catchment of Hashan with 25 ha area located in Taleghan Watershed. Aerial photographs at scale of 1:20,000 from 1991 and 1:40,000 from 2001 were used to map gully erosion and determine erosion rates between 1991 and 2001. The rates of gully incision and sediment production were computed from the subtraction of multitemporal digital elevation models. The rate of gully walls retreat was 0.202 m year-1. The maximum rate of channel incision (0.5–0.9 m year-1) occurred at the head of the gully and at meandering zones. The rate of sediment production caused by gully erosion was 438±44 ton ha-1 year-1. In comparison with other methods of computing sediment production caused by gully erosion processes, the proposed method integrates the losses due to overland flow, mass movements (collapsing of walls), and gully deepening. In addition, compared with the amount of sediment produced by sheet and rill erosion, this method gives much larger amounts and, supposedly, provides an improvement to locate the areas within the gullies with higher erosional activity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gully erosion
  • Erosion rates
  • Aerial photo interpretation
  • GIS
  • DEM

مراجع

  1. قدوسی جمال. 1382. مدل سازی مورفولوژی فرسایش آبکندی و پهنه بندی خطر آن (مطاله موردی در آبخیز زنجان رود)، رساله دکتری آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران، 366 صفحه.
  2. کریمی، محمد. 1377. بررسی عوامل موثر بر فرسایش آبکندی و معرفی مناسبترین راههای مهار آن در منطقه زهان قائن، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشکده تربیت مدرس، 192صفحه
  3. Betts, H.D. and DeRose, R.C. 1999. Digital elevation models as a tool for monitoring and measuring gully erosion International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 1: 91 – 101.
  4. Bocco, G. 1990. Gully erosion analysis using remote sensing and GIS. PhD thesis, University of Amsterdam, Amsterdam. Pp.
  5. Bocco, G. 1991. Gully erosion: processes and models. Progress in Physical Geography 15: 392 – 406.
  6. Bufalo, M.and Nahon, D. 1992. Erosional processes of Mediterranean badlands: A new erosivity index for predicting sediment yield from gully erosion. Geoderma 52: 133 – 147.
  7. Crouch, R.J. and Blong, R.J. 1989. Gully sidewall classification: methods and applications. Zeitschrift fur Geomorphologie N.F. 33: 291 – 305.
  8. DeRose, R.C., Gomez, B., Marden, M. and Trustrum, N.A. 1998. Gully erosion in Mangatu forest, New Zealand, estimated from digital elevation models. Earth Surface Processes and Landforms 23: 1045 – 1053.
  9. Desmet, P.J.J., Poesen, J., Govers, G. and Vandaele, K. 1999. Importance of slope gradient and contributing area for optimal prediction of the initiation and trajectory of ephemeral gullies. Catena 37: 377 – 392.
  10. Donker, N.H.W.and Damen, C.J. 1984. Gully system development and assessment of gully initiation risk in Miocene deposits near Daroca-Spain. Zeitschrift fur Geomorphologie N.F. Supplementband 49: 37– 50
  11. Dymond, R.J. and Hicks, D.L. 1986. Steep land erosion measured from historical aerial photographs. Journal of Soil and Water Conservation 41: 252 – 255.
  12. Gabris, G. Y., Kertez, A. and Zambo, L.    Land use change and gully formation over the last 200 years in a hilly catchments. Catena 50: 51-164.
  13. Giordano, A. and Marchisio, C. 1991. Analysis and correlation of the existing soil erosion maps in the Mediterranean basin. Quaderni di Scienza Del Suolo 3: 97 – 132.
  14. Heede, H. 1979. Gully development and control. USDA Forest Service Research Paper RM-169, Second edition, Fort Collins.
  15. Imson, A.C.and Kwaad, F.J.P.M. 1980. Gully types and gully prediction. K.N.A.G. Geografisch Tijdschrift XVI 5: 430 – 441.
  16. Martinez-casasnovas, J.A. 1998. Soil– landscape erosion. Gully erosion in the Alt Penedes-Anoia (Catalonia, Spain). A spatial information technology approach: spatial databases, GIS and remote sensing. PhD thesis, University of Lleida, Lleida, Spain.
  17. Martinez-casasnovas, J.A. 2003. A spatial information technology approach for the mapping and quantification of gully erosion. Catena 50: 293-308
  18. Moore, I.D., Burch, G.J. and Mackenzie, D.H. 1988. Topographic effects on the distribution of surface soil water and the location of ephemeral gullies. Transactions of the ASAE 31: 1098 – 1107.
  19. Nachtergaele, J. and Poesen, J. 1999. Assessment of soil losses by ephemeral gully erosion using high-altitude (stereo) aerial photographs. Earth Surface Processes and Landforms 24: 693 – 706.
  20. Oostwoud Wijdenes, D.J., Poesen, J., Vandekerckhove, L. and Ghesquiere, M. 2000. Spatial distribution of gully head activity and sediment supply along an ephemeral channel in a Mediterranean environment. Catena 39: 147 – 167.
  21. Palacio, J.L. and Lopez, J. 1994. Videography: an alternative remote sensing tool for monitoring gully erosion. ITC Journal 3: 233– 237.
  22. Poesen, J.W. 1993. Gully typology and gully control measures in the European loess belt. In: Wicherek, S. (Ed.), Farm Land Erosion in Temperate Plains Environment and Hills. Elsevier Sciences Publishers, Amsterdam, the Netherlands, pp. 221 – 239.
  23. Poesen, J.W., Vandaele, K. and van Wesemael, B. 1996. Contribution of gully erosion to sediment production on cultivated lands and rangelands. In: Walling, D.E., Webb, B.W. (Eds.), Erosion and Sediment Yield: Global and Regional Perspectives. IAHS Publication, IAHS Press, Wallingford 236: 251 – 266.
  24. Prosser, I.P. and Abernethy, B. 1996. Predicting the topographic limits to a gully network using a digital terrain model and process thresholds. Water Resources Research 32: 2289– 2298.
  25. Soil Survey Staff. 2006. Keys to Soil Taxonomy, 10th ed. U.S. Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service, Washington, DC. Pp.333.
  26. Stocking, M.A. 1980. Examination of the factors controlling gully growth. In: De Boodt, M., Gabriels, D. (Eds.), Assessment of Erosion. Wiley, Chichester, pp. 505 – 520.
  27. Thomas, A.W., Welch, R. and Jordan, T.R. 1986. Quantifying concentrated-flow erosion on cropland with aerial photogrammetry. Journal of Soil and Water Conservation 41: 249 – 252.
  28. Thompson, J. R. 1964. Quantitative effect of watershed variable on rate of gully. head advancement. Transactions of the ASAE. 7: 54 – 55.
  29. Van Zuidam, R. A. 1986. Aerial Photo interpretation in Terrain Analysis and Geomorphologic Mapping. ITC, Smits Publisher the Hague, Holland, pp. 440 - 442.
  30. Vandaele, J.W., Poesen, J.W. and van Wesemael, B. 1997. Gully erosion: importance and model implications. In: Boardman, J., Favis-Mortlock, D. (Eds.), Modeling Soil Erosion by Water. NATO ASI Series, Springer-Verlag, Berlin, 55: 285 – 311.
  31. Vandekerckhove, L., Poesen, J. and Gover. 2003. Medium term gully headcut retreat in southeast spain determined from aerial photographs and ground measurements. Catena 50: 151-164
  32. Williams, A. R. and R. P.C. Morgan. 1976. Geomorphological mapping applied to soil erosion evaluation. J. Soil and Water Conservation.31: 164 – 168.
پژوهش های خاک
دوره 25، شماره 1
خرداد 1390
صفحه 71-82

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار