پیش بینی فرسایش خندقی و شناسایی عوامل موثر بر آن با استفاده از مدل حداکثرآنتروپی و مدل های تغییر اقلیمی BCC-CSM2-MR برای سال های 2020-2040 (مطالعه موردی:حوضه آبخیز علامرودشت)

با توجه به شرایط کنونی کشور که بخش وسیعی از آن دارای شرایط اقلیمی خشک و نیمه خشک بوده و دارای پوشش گیاهی ضعیفی است که نسبت به شرایط فرسایشی خصوصاً فرسایش خندقی حساس است، لذا ارزیابی و تهیه نقشه پهنه بندی خطر در زیر حوضه های آن می تواند در برنامه ریزی های لازم در جهت حفاظت از مناطق مستعد فرسایش مؤثر باشد. در این تحقیق با استفاده از مدل حداکثر آنتروپی^[1] پیش بینی فرسایش خندقی در حوضه آبخیز علامرودشت در جنوب استان فارس مدلسازی شد. و همچنین به ارزیابی سناریوهای اقلیمی و تاثیر آن بر فرسایش منطقه پرداخته شد. نقاط آموزشی در این مدل که شامل مناطق فرسایش آبکندی می باشند با استفاده از تصاویر ماهواره­ای و بازدیدهای میدانی تهیه شد. برای مدلسازی احتمال فرسایش خندقی، از شاخص های تأثیرگذار بر وقوع فرسایش آبکندی که عبارتند از اقلیم، شیب، زمین شناسی، کاربری اراضی، جهت شیب، ارتفاع، فاصله از آبراهه، پوشش گیاهی، فاصله از جاده، شاخص نرمال شده تفاوت پوشش گیاهی^[2]،شاخص رطوبت توپوگرافی^[3] و شاخص بارش استاندارد^[4] به عنوان متغیرهای مستقل در پیش بینی مناطق حساس فرسایش خندقی استفاده گردید. نتایج حاصل از مدلسازی نشان داد که بخش های مرکزی و جنوب شرقی در طبقه پر خطر قراردارند. در حالی که نواحی کم خطر در نواحی شمالی، شرقی و غربی منطقه قرار دارد. در تمامی نقشه هایی پیش‌یابی هم که سناریو‌های اقلیمی در آنها دخیل بوده اند و همچنین در نقشه هایی که برای چهار فصل سال تهیه گردید نشان می‌دهند که فرسایش برای سال‌های 2020-2040 بسیار شدید‌تر از زمان حال است و بیشترین فرسایش ها در جنوب  تا قسمت مرکز منطقه مورد مطالعه دیده می‌شود همچنین نقشه‌هایی که برای چهار فصل سال تهیه گردیده نشان‌دهنده این است که در فصل پاییز فرسایش بسیار شدیدتر از سه فصل دیگر است و این با مطالعات و بیوگرافی منطقه کاملا همخوانی دارد. و این روند افزایشی با نتایج (Gupta and Kumar,2017) هم‌خوانی دارد. بر طبق نتایج حاصل شده، تحلیل داده های بارش افزایش عامل فرسایندگی باران را در آینده نزدیک (2040) نشان می‌دهد. این نتیجه با نتایج (عظیمی سردری و همکاران، 1398) مطابقت دارد. با توجه به اهمیت لایه فرسایندگی باران در مبحث فرسایش آبی در حوضه علامرودشت (ابوالوردی و همکاران،1390) به طور خاص به نظر می‌رسد در صورت ثابت ماندن سایر عوامل تاثیر‌گذار بر فرسایش، در آینده نزدیک شاهد افزایش فرسایش و هدررفت خاک در حوضه علامرودشت خواهیم بود. ارزش عددی شاخص سطح زیر منحنی(AUC) برای نقشه نهایی مکسنت برای سال 2020 در این مطالعه برابر با 997/0 به دست آمده است و ارزش عددی شاخص سطح زیر منحنی (AUC) برای (2020-2040) برابر با 833/0 می‌باشد که نشان دهنده این است که پیش بینی مدل در پهنه بندی مناطق فرسایش خندقی بسیار بالا بوده و یا به بیان دیگر می توان گفت که مدل به خوبی می تواند مناطق مختلف خطر فرسایش خندقی را از یکدیگر تفکیک کند. همچنین در نقشه نهایی سال 2020 مقدار نهایی فرسایش 85/0 به دست آمده ولی در نقشه نهایی مدل برای سال‌های 2020-2040 این رقم 98/0 به دست آمده که این ارقام نشان‌دهنده شدت فرسایش برای سالهای 2020 تا2040 است. نتایج این مدل نشان داد که بیشترین تأثیر و اهمیت را شاخص اقلیم دارد، که بیشترین خندق ها در مناطق خشک و کمترین فرسایش در مناطق نیمه خشک است. دلیل این امر میتواند کمبود بارش در طول سال و همچنین بارش های سیلابی باشد که در فصل پاییز و در ماه های آذر و دی رخ می دهد که این عامل می تواند باعث شسته شدن خاک سطحی منطقه و فرسایش شدید گردد. شایان ذکر است که بارش منطقه تاثیر مستقیم بر اقلیم منطقه و همچنین فرسایش منطقه و افزایش خندق ها داشته است. بعد از شاخص اقلیم شاخص شیب بیشترین تاثیر و اهمیت را دارد که نشان میدهد کمترین شیب بیشترین تاثیر را داشته که نتایج این پژوهش با نتایج سایر پژوهشگران که نشان داده‌اند که با کاهش ارتفاع و شیب درصد پراکنش خندقها افزایش می یابد همخوانی دارد (Sheet et al; 2013, Zakerinejad & Mearker; 2014, Rahmati et al; 2016). بعد از شاخص شیب شاخص زمین شناسی بیشترین تاثیر را داشته و نشان میدهد که رسوبات آبرفتی بیشترین اثر را بر فرسایش خندقی گذاشته است. بعد از شاخص زمین شناسی شاخص کاربری اراضی بیشترین تأثیر و اهمیت را دارد که بیشترین کاربری­های تأثیرگذار براحتمال خطر فرسایش خندقی منطقه موردمطالعه مربوط به کاربری های مراتع ضعیف (نمکزارها)، و مناطق کشاورزی بوده است. همچنین درنتیجه تغییر کاربری و استفاده بیش ازحد از زمین معمولاً افزایش رواناب و درنتیجه توسعه ابعاد فرسایش خندقی است که در اراضی کشاورزی با عملیات کشاورزی و تردد ماشین آلات نیز تشدید می یابد. به طورکلی نتایج نشان داد که شاخص­های فیزیوگرافی (توپوگرافی) استخراج شده از مدل رقومی ارتفاع و شاخص­های انسانی (کاربری اراضی) در فرسایش خندقی حوضه مورد مطالعه نقش مهمی در رخداد فرسایش آبکندی دارند که نتایج سایر پژوهشگران نیز این امر را تایید می‌کند (ذاکری نژاد و همکاران،1401).  لازم به ذکر است در این پژوهش برای تهیه شاخص کاربری اراضی از داده­های ماهواره لندست 8 استفاده شده است. انتظار می رود، با توجه به حساسیت بالای منطقه به فرسایش آبکندی استفاده از نتایج این تحقیق بتواند در مدیریت بهتر و اولویت مناطق با حساسیت بالا جهت کارهای حفاظتی آب وخاک موردتوجه برنامه ریزان قرار گیرد.

[1] Maxent

[2] NDVI

[3] TWI

[4] SPI

فرسایش خندقی یکی از مخاطره آمیز ترین انواع فرسایش آبی است که موجب تخریب اراضی و برهم خوردن تعادل منابع زیستی و محیط زیست می شود. تغییرات اقلیمی بر ویژگی‌های حوضه‌های آبخیز تاثیراتی به جا می‌گذارد که به نوبه خود به تغییر در فرسایش و رسوب حوضه منجر می‌شود. هدف این مطالعه تعیین عوامل موثر در فرسایش خندقی، پیش بینی و پهنه بندی فرسایش خندقی با استفاده از مدل حداکثر آنتروپی می‌باشد. همچنین با تاکید بر نقش عامل فرسایندگی باران، با استفاده از داده‌های خروجی مدل BCC-CSM2-MR، گزارش ششم، سناریو 126 به برآورد و پیش‌یابی تغییرات فرسایش خاک در حوضه آبخیز علامرودشت پرداخته شد. و در ادامه مدل حداکثر آنتروپی محاسبه و مدل برای سال‌های 2020 تا 2040 به منظور نیل به اهداف ارائه شده اجرا شد. ابتدا موقعیت خندق ها از طریق بررسی های میدانی، عکس های هوایی و با استفاده از تصاویر نرم افزار گوگل ارث تهیه گردید و سپس در محیط نرم افزار GIS لایه رقومی خندق ها نیز به صورت نقطه ای تهیه گردید، در مرحله بعدی شاخص های فیزیوگرافی حوضه در نرم افزار ARC GIS تهیه شد. در این تحقیق با عملیات میدانی در منطقه مورد مطالعه و نمونه برداری از خاک و انجام آزمایش، نقشه بافت خاک در نرم افزار GIS و در ادامه نقشه کاربری اراضی و تراکم پوشش گیاهی با استفاده از تصاویر ماهواره لندست تهیه گردید و سپس هریک از شاخص ها در محیط GIS اضافه گردید. در این مطالعه با استفاده از آزمون جک نایف میزان تأثیر هر یک از شاخص‌ها بر دیگر شاخص‌ها مشخص شده که در نهایت تأثیرگذارترین شاخص‌ها معرفی شد. جهت اعتبار سنجی مدل پهنه بندی فرسایش خندقی منطقه مورد مطالعه از منحنی (ROC)  و مساحت زیر منحنی  (AUC)استفاده شد. همچنین برای برآورد اثرات تغییر اقلیم بر فرسایش منطقه ابتدا یک نقشه ماهانه با استفاده از مدل حداکثر آنتروپی و سپس یک نقشه متوسط ماهانه تهیه گردید که در این نقشه AUC=0.833 و همچنین چهار نقشه برای چهار فصل سال تهیه گردید نتایج حاصل از این پژوهش نشان می‌دهد که در فصل پاییز فرسایش بسیار شدیدتر از فصل های دیگر است که با توجه به اینکه در منطقه مورد مطالعه در فصل پاییز و در ماه‌های آذر و دی بارندگی بسیار شدید و به صورت سیلابی رخ می‌دهد نتایج مدل با اطلاعات منطقه همخوانی دارد و این نشان‌دهنده دقت بالای مدل حداکثر آنتروپی است. همچنین شاخص‌های اقلیم، شیب، زمین شناسی، کاربری اراضی، جهت شیب و ارتفاع تأثیرگذارترین شاخص‌ها در ایجاد فرسایش خندقی است و میزان AUC=0.997  برای آموزش و اجرای مدل در سطح عالی است