| تعداد نشریات | 285 |
| تعداد نشریات سازمان | 83 |
| تعداد شماره‌ها | 3,086 |
| تعداد مقالات | 34,442 |
| تعداد مشاهده مقاله | 48,907,463 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 79,347,675 |
بررسی اثرات الگوی رگبار و ویژگی‌های منطقه بر رسوبدهی حوزه آبخیز | ||
| مهندسی و مدیریت آبخیز | ||
| مقاله 7، دوره 15، شماره 2، تیر 1402، صفحه 264-280 اصل مقاله (1.36 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwmse.2022.356798.1931 | ||
| نویسندگان | ||
| پریسا فتاح1؛ خسرو حسینی* 2؛ سید علی اصغر هاشمی3 | ||
| 1کارشناس ارشد مهندسی مدیریت منابع آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران | ||
| 2استاد گروه آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران | ||
| 3استادیار پژوهشی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان سمنان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، سمنان، ایران | ||
| چکیده | ||
| مقدمه خاک یکی از مهمترین منابع طبیعی هر کشور است که نقش کلیدی در امنیت غذایی، اقتصاد ملی و کشاورزی پایدار ایفا می‌کند. فرسایش خاک، از بارزترین عوامل هدررفت خاک است که فرسایش بارانی از شکل‌های مهم آن است. از این‌رو، شناخت دقیق فرایندهای حاکم بر فرسایش خاک و انتقال رسوب در زمینه مدیریت صحیح منابع آب و خاک به‌منظور رسیدن به توسعه پایدار و همچنین توسعه مدل‌های فرسایش خاک از اهمیت بالایی برخوردار است. پژوهش‌های پیشین نشان داده است که الگوی بارش از عوامل تاثیرگذار بر فرسایش بارانی است. پوشش گیاهی نیز با حفظ خاک در برابر اثر قطرات بارش و رواناب از فرسایش خاک می‌کاهد. در مناطق خشک و نیمه‌خشک، با توجه به کمبود پوشش گیاهی و رطوبت اولیه بسیار کم خاک، فرسایش بارانی اهمیت ویژه دارد. این پژوهش با توجه به تاثیر الگوی بارش بر فرسایش بارانی و با بررسی الگوی بارش و تغییرات پوشش گیاهی طی 25 سال در دو حوزه آبخیز ابراهیمآباد و رویان شهرستان سمنان انجام گرفت. مواد و روش‌ها برای انجام این پژوهش، ابتدا ویژگی‌های فیزیکی حوزه‌های آبخیز با کمک نرم‌افزار ArcGIS به‌دست آمد و اطلاعات بارش از باران‌نگار با دقت 10 دقیقه، استخراج شد. به‌منظور مقایسه بارندگی‌ها با مقادیر متفاوت بارش، منحنی بی بعد بارش تجمعی هر رویداد به‌دست آمد. زمان هر بارش به 10 گام زمانی تقسیم شد و برای دهک‌های زمانی آن (گام‌های زمانی)، درصد مقدار بارش مشخص شد. دسته‌بندی رگبارها بسته به اینکه وقوع بیشینه بارش در کدام چارک زمانی اتفاق افتاده است، به چارک‌های یک، دو، سه، چهار تقسیم‌بندی شد. با توجه به بیشترین مقدار بارندگی بارش در هر چارک، الگوهای آن نامگذاری شد. با توجه به اطلاعات لایه‌های رسوبی در سدهای کوتاه مخزنی واقع شده در خروجی هر حوضه و اطلاعات بارش، رگبارهای مربوط به هر لایه رسوبی مشخص شد و تاثیر الگوی رگبار بر الگوی رسوب مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی شباهت الگوهای بارش و رسوب، از معیارهای میانگین اختلاف در هر گام بارش و رسوب و تغییرات انحراف استاندارد استفاده شد. با نگرش به تغییرات پویای پوشش گیاهی نسبت به دیگر ویژگی‌های حوضه برای بررسی تغییرات پوشش گیاهی و مساحت آن از داده‌های سنجش از دور استفاده شد. با توجه به عملکرد موثر و دقت زیاد شاخصNDVI و تصاویر ماهواره‌ای لندست در مناطق خشک، برای برآورد پوشش گیاهی، مدیریت و فراخوانی تصاویر ماهواره‌ای، سامانه Google Earth Engine مورد استفاده قرار گرفت. سپس، به بررسی تاثیر ویژگی‌های حوضه از جمله شیب، مساحت، جنس خاک، ضریب شکل حوضه و پوشش گیاهی مناطق بر رسوبدهی حوضه‌ها پرداخته شد. نتایج و بحث نتایج نشان داد، میانگین شباهت‌ها در الگوی بارش و رسوب در حوضه‌های ابراهیمآباد و رویان به‌ترتیب 48.2 و 46.1 درصد بوده است. همچنین، با افزایش شماره چارک بارش، درصد رسوبات درشت‌دانه نیز طی هر رگبار افزایش یافت که گویای نقش مهم الگوی رگبار بر الگوی رسوبدهی حوضه‌ها است. میانگین ماهانه پوشش گیاهی (حاصل از تصاویر لندست) در حوضه‌های ابراهیمآباد و رویان در طی دوره مذکور به‌ترتیب 5.15 و 4.99 درصد به‌دست آمده است که نسبت به پژوهش‌های پیشین کمتر برآورد شده است. در این پژوهش، از حد آستانه 0.1 برای شاخص NDVI استفاده شده است که در آن از پوشش‌های گیاهی بسیار ضعیف صرف‌نظر شده است. نتیجه‌گیری در مجموع می‌توان بیان کرد که در هر دو حوضه در بیش از 51 درصد موارد، با افزایش پوشش گیاهی در هر رگبار، ضخامت لایه رسوب مربوطه کاهش یافته است که تاثیر مقادیر و تغییرات پوشش گیاهی بر فرسایش و رسوب حوضه‌ها را بیان می‌کند. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| تغییرات باران؛ حوضه‌های کوچک؛ فرسایش؛ Landsat؛ NDVI | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Investigation of the effects of storm pattern and area characteristics on sediment yield of the watershed | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Parisa Fattah1؛ Khosrow hoseini2؛ Seyed Ali Asghar Hashemi3 | ||
| 1MSc Student, Water Resources Management Engineering, Department of Water Department, Faculty of Civil Engineering, Semnan University | ||
| 2Professor, Department of Water Department, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran | ||
| 3Assistant Professor, Semnan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Semnan, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Extended abstract Introduction Soil is one of the most important natural resources of any country, which plays a key role in food security, self-sufficiency in food production, national economy, and sustainable agriculture. Soil erosion is one of the most obvious factors of soil loss, and rain erosion is one of the most important forms of erosion. Therefore, the knowledge of the processes governing soil erosion and sediment transport is very important in water and soil resources management, as well as, the development of soil erosion models to achieve sustainable development is of great importance. Previous research has shown that rainfall patterns are one of the factors influencing rain erosion. Vegetation also reduces soil erosion by protecting the soil against the effects of raindrops and runoff. Rain erosion is especially important in arid and semi-arid areas due to the lack of vegetation and low initial soil moisture. This research was conducted, regarding the effect of rainfall patterns on rain erosion, by investigating the rainfall pattern and vegetation changes over 25 years in Ebrahim Abad and Royan watersheds situated in Semnan City. Materials and methods First, the physical characteristics of the watersheds were obtained; using ArcGIS software, and the precipitation information was extracted from the rain gauge sheets with an accuracy of 10 minutes. To compare the rainfall for different amounts of precipitation, the dimensionless cumulative rainfall curve of each event was obtained. The time of each rainfall was divided into 10 parts and the percentage of rainfall was determined for each part. The rainfall curve was divided into 4 quartiles (1st, 2nd, 3rd, and 4th quartiles) depending on the occurrence of the maximum precipitation. According to the information on the sediment layers in check dams located at the outlet of each watershed and the precipitation data, the storm-related to each sediment layer was determined and the effect of the storm pattern on the sediment pattern was investigated. To check the similarity of precipitation and sedimentation patterns in check dams, the average difference in precipitation and sedimentation in each time step and standard deviation changes were used. Considering the dynamic changes of vegetation compared to other characteristics of the watershed, remote sensing data were used to investigate the changes in vegetation and its area. Due to the effective performance and high accuracy of NDVI index and landsat satellite images in dry areas, Google Earth Engine system was used to estimate vegetation cover, manage and recall the satellite images. Then, the influence of watershed characteristics such as slope, area, soil type, shape factor, and vegetation cover on watershed sedimentation was investigated. Results and discussion The average similarities in precipitation and sediment pattern in Ebrahim Abad and Royan watersheds were 48.2 and 46.1%, respectively. Also, the percentage of coarse-grained sediments augments by increasing the precipitation quarter number, during each storm event, which shows the important role of the rainfall pattern on the sedimentation pattern in each watershed. The average monthly vegetation cover (obtained from Landsat images) in Ebrahim Abad and Royan watersheds during the mentioned period was 5.15 and 4.99%, respectively, which is less estimated than reported by previous research. In this research, a threshold limit of 0.1 has been used for the NDVI index, in which very weak vegetation has been omitted. Conclusion In both watersheds, in more than 51% of cases, by increasing vegetation cover in each storm event, the thickness of the corresponding sediment layer augments, which shows the effect of vegetation cover on the erosion and sedimentation of the watersheds. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Erosion, Landsat, NDVI, Rainfall changes, Small watersheds | ||
| مراجع | ||
|
Abolfathi, K., M. Alikhah-Asl and M. Rezvani. 2015. Range classification and evaluation using Geographic Information System (GIS) and Normalized Difference Vegetatiosn Index (NDVI), case study: Hablehrood Subwatershed of Shahrabad Basin. Human and Environment, 13: 45-55 (in Persian). Alavi, E.S., Y. Dinpashoh and E. Asadi. 2019. Analysis of hourly storms for the purpose of extracting design hyetographs using the Huff method. Geography and Environmental Planning, 30: 41-58 (in Persian). Alavinia, M., F. Nasiri Saleh and H. Asadi. 2019. Effects of rainfall patterns on runoff and rainfall-induced erosion. International Journal of Sediment Research, 34: 270-278. Aneseyee, A.B., E. Elias, T. Soromessa and G.L. Feyisa. 2020. Land use/land cover change effect on soil erosion and sediment delivery in the Winike Watershed, Omo Gibe Basin, Ethiopia. Science of the Total Environment, 728: 138776. de Lima, J.L., S.C. Carvalho and M.I.P. de Lima. 2013. Rainfall simulator experiments on the importance of when rainfall burst occurs during storm events on runoff and soil loss. Zeitschrift für Geomorphologie, Supplementary Issues, 57: 91-109. Dunkerley, D. 2012. Effects of rainfall intensity fluctuations on infiltration and runoff: rainfall simulation on dryland soils, Fowlers Gap, Australia. Hydrological Processes, 26: 2211-2224. Falahatkar, S., R. Saberfar and S.H. Kia. 2018. Analysis of vegetation indices change in sensors of landsat satellite, case study: Persian juniper fields of East Golestan National Park and Ghorkhod protected area. Natural Ecosystems of Iran, 9: 71-90 (in Persian). Hao, H.X., J.G. Wang, Z.L. Guo and L. Hua. 2019. Water erosion processes and dynamic changes of sediment size distribution under the combined effects of rainfall and overland flow. Catena, 173: 494-504. Hashemi, S.A.A. 2005. Evaluation of MPSIAC and EPM models using sedimentation survey within some small dam reservoirs in Semnan Province. Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, 93 pages (in Persian). Huang, S., X. Zheng, L. Ma, H. Wang, Q. Huang, G. Leng, E. Meng and Y. Guo. 2020. Quantitative contribution of climate change and human activities to vegetation cover variations based on GA-SVM model. Journal of Hydrology, 584: 124687. Jin, F., W. Yang, J. Fu and Z. Li. 2021. Effects of vegetation and climate on the changes of soil erosion in the Loess Plateau of China. Science of the Total Environment, 773: 145514. Kiani-Harchegani, M., S.H.R. Sadeghi, V.P. Singh, H. Asadi and M. Abedi. 2019. Effect of rainfall intensity and slope on sediment particle size distribution during erosion using partial eta squared. Catena, 176: 65-72. Liu, Y., M. Yang, F. Zhang and J. Zhang. 2022. The effect of rainfall pattern on sediment source in a small catchment on the Chinese Loess Plateau. EGU22-3726. Mehl, H.U., F.L.F. Eltz, J. Reichert and I. Didoné. 2001. Characterization of rainfall patterns occurring in Santa Maria (RS). Revista Brasileira de Ciência do Solo, 25: 475-483. Mohammadyari, F., H. Pourkhabaz, M. Tavakoli and H. Aghdar. 2015. Mapping vegetation and monitoring its changes using remote sensing and GIS techniques, case study: Behbahan City. Scientific-Research Quarterly of Geographical Data (SEPEHR), 23: 23-34 (in Persian). Phuong, T.T., R.P. Shrestha and H.V. Chuong. 2017 Redefining diversity and dynamics of natural resources management in Asia, Volume 3. Elsevier, 265 pages. Pordel, F., A. Ebrahimi and Z. Azizi. 2017. Evaluating of the most suitable vegetation indices of estimating of canopy cover and above-ground phytomass in arid rangelands during different growth periods. Journal of Arid Biome, 7: 57-71 (in Persian). Puntenney-Desmond, K.C., K.D. Bladon and U. Silins. 2020. Runoff and sediment production from harvested hillslopes and the riparian area during high intensity rainfall events. Journal of Hydrology, 582: 124452. Rahgoshay, M. 2019. Assessment of climate change using sediment data of reservoir dams and small dams, case study: Semnan Province. Ph.D. Thesis, Semnan University, 366 pages (in Persian). Sadeghian, N., A. Vaezi and A. Majnooni Heris. 2020. Effect of raindrops impact on hydraulic properties of the rill flow under slope gradients. Journal of Water and Soil Science, 24: 83-94 (in Persian). Soltani, K., I. Ebtehaj, A. Amiri, A. Azari, B. Gharabaghi and H. Bonakdari. 2021. Mapping the spatial and temporal variability of flood susceptibility using remotely sensed normalized difference vegetation index and the forecasted changes in the future. Science of the Total Environment, 770: 145288. Tadesse, L., K.V. Suryabhagavan, G. Sridhar and G. Legesse. 2017. Land use and land cover changes and soil erosion in Yezat Watershed, North Western Ethiopia. International Soil and Water Conservation Research, 5: 85-94. Wang, B., J. Steiner, F. Zheng and P. Gowda. 2017. Impact of rainfall pattern on interrill erosion process. Earth Surface Processes and Landforms, 42: 1833-1846. Yue, L., J. Juying, T. Bingzhe, C. Binting and L. Hang. 2020. Response of runoff and soil erosion to erosive rainstorm events and vegetation restoration on abandoned slope farmland in the loess Plateau region, China. Journal of Hydrology, 584: 124694. Zhang, S., Z. Li, X. Hou and Y. Yi. 2019. Impacts on watershed-scale runoff and sediment yield resulting from synergetic changes in climate and vegetation. Catena, 179: 129-138. Zhao, B., L. Zhang, Z. Xia, W. Xu, L. Xia, Y. Liang and D. Xia. 2019. Effects of rainfall intensity and vegetation cover on erosion characteristics of a soil containing rock fragments slope. Advances in Civil Engineering, 2019: 7043428. Zhou, J., B. Fu, G. Gao, Y. Lü, Y. Liu, N. Lü and S. Wang. 2016. Effects of precipitation and restoration vegetation on soil erosion in a semi-arid environment in the Loess Plateau, China. Catena, 137: 1-11.
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 497 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 358 |
||