استفاده از قابلیتهای GIS و RS در تهیه نقشه سیمای فرسایش آبی حوزه آبخیز امامچای

اباذر اسمعلی1*

1 استادیار دانشکده کشاورزی، دانشگاه محقق اردبیلی

 

چکیده

در این تحقیق اقدام به تفکیک منفرد انواع فرسایش آبی و تهیه نقشه سیمای فرسایش با استفاده از تکنیکهای GIS و RS شده و با بررسیهای صحرایی در سطح واحدهای کاری تکمیل شد. چهار نوع اصلی فرسایش آبی موجود در حوزه آبخیز امامچای اردبیل شامل
فرسایش
های سطحی، شیاری، آبراههای و رودخانهای تشخیص داده شده و با در نظر گرفتن مناطق فاقد فرسایش، نقشه سیمای فرسایش آبی در پنج کلاس تهیه شد. نقشه فرسایش سطحی، از ترکیب رنگی 543= RGB تصاویر ماهواره IRS هند تهیه شد. محدوده و شدت فرسایش
رودخانه
ای از روی عکس هوایی جدا شد. در تفکیک فرسایش آبراههای از تصاویر ماهوارهای و الگوریتم طبقهبندی نظارت شده در سنجش از دور (RS) و نرمافزار ILWIS3.2 استفاده شد. محدودههای تحت تأثیر فرسایش شیاری، شامل مناطقی میشود که به غیر از فرسایشهای سطحی، آبراههای، کناررودخانهای و همچنین مناطق فاقد فرسایش باشد. نتایج حاصله نشان داد که با استفاده از تکنیک RS، تفکیک حدود 70 درصد موارد فرسایش آبراههای به آسانی انجام میگیرد. همچنین بررسیها نشان داد که 94/4 درصد منطقه فاقد آثار فرسایش، 82/15 درصد فرسایش سطحی، 71/65 درصد شیاری، 09/11 درصد آبراههای و 44/2 درصد آن نیز شامل فرسایش رودخانهای است.

واژههای کلیدی: فرسایش آبی، GIS، RS، امامچای، اردبیل


 

مقدمه

در مطالعات فرسایش آبی، تهیه نقشه سیمای فرسایش از درجه اهمیت بالایی برخوردار است. سیمای فرسایش آبی در یک منطقه علاوه بر نشان دادن وضعیت و سطح پراکنش انواع فرسایش، میتواند بیان کننده وضعیت زمینشناسی، توپوگرافی، نوع و مدیریت استفاده از اراضی و سایر پارامترهای کنترل کننده فرسایش باشد.

انواع اولیه مطالعه فرسایش خاک اساساً بصورت مفهومی بوده و اغلب شامل تهیه نقشه فرسایش از روی عکس‌های هوایی می‌شد که انواع فرسایش سطحی، شیاری و خندق‌های اتفاق‌ افتاده در یک محل را در بر می‌گرفت (مورگان، 1996). امروزه تهیه نقشه سیمای فرسایش خاک به روشهای مختلفی انجام میگیرد. به عنوان مثال، محمدی ترکاشوند و نیککامی (1386) در حوزه آبخیز جاجرود تهران، نقشه 000/250 :1 شکلهای فرسایش خاک را از ترکیب لایههای مختلف مؤثر بر فرسایش در سطح واحدهای کاری و در حالتهای مختلف تهیه نقشه واحد کاری تهیه کردهاند. جوکار سرهنگی (1385) اشکال فرسایش و فرآیندهای دامنه‌ای را بصورت کمّی و کیفی در حوزه آبخیز سیاهرود مورد بررسی قرار داده‌اند. هیوز و پروسر (2003) نقشه فرسایش خندقی و کنار رودخانه‌ای را برای حوزه آبخیز موری- دارلینگ Murray-Darling  استرالیا با استفاده از عکس‌های هوایی و ایجاد مدل‌های شبیه‌سازی عددی تهیه کرده‌اند.

در تحقیق حاضر نیز با بکارگیری قابلیتهای GIS و RS اقدام به تهیه نقشه سیمای فرسایش آبی در حوزه آبخیز امامچای اردبیل شده است که از طریق تفکیک منفرد انواع فرسایش آبی و با بررسی‌های صحرایی در سطح واحدهای کاری به انجام رسید.

 

مواد و روشها

منطقه مطالعه شده در استان اردبیل با حدود جغرافیایی َ52 ‚ ْ37 تا  َ59 ‚ ْ37 عرض شمالی و َ47 ‚ ْ47 تا  َ00 ‚ ْ48 طول شرقی می‌باشد. این منطقه دارای متوسط ارتفاع از سطح دریای 2125 متر و مساحت 13670 هکتار می‌باشد. روش تحقیق انجام شده به ترتیب دربرگیرنده مواردی است که در ادامه با ذکر عناوین مربوطه به آن پرداخته می‌شود:


- نقشه واحد کاری و تشخیص رخسارههای ژئومرفولوژی

نقشه واحد کاری ژئومرفولوژی به منظور تشخیص رخساره‌های ژئومرفولوژی و بررسی زمینی انواع فرسایش آبی تهیه شد. در تهیه نقشه واحد کاری، از روی نقشه زمین‌شناسی، نقشه سنگ‌شناسی تهیه شده و سپس از روی عکس‌های هوایی و تصاویر ماهواره‌ای، تیپ و رخساره مشخص شد. با اضافه شدن لایه نقشه شیب، نقشه واحد کاری با 30 واحد بدست آمد.

نقشه سیمای فرسایش آبی بر اساس داده‌های حاصل از سنجش از دور و با بررسی‌های صحرایی تکمیل می‌شود که برای اینکار نیاز به تهیه موزائیک عکس‌های هوایی بود.

 

- موزائیک عکسهای هوایی

به منظور استفاده از عکس‌های هوایی در محیط GIS و انطباق آن با نقشه‌های توپوگرافی، زمین‌شناسی، خاک‌های منطقه و منابع اراضی از یک سو و از سوی دیگر با تصاویر ماهواره‌ای، اقدام به اسکن کردن عکس‌ها و تهیه فتوموزائیک منطقه شد. عکس‌های مورد استفاده در این تحقیق در مقیاس 000/20 :1 توسط سازمان نقشه‌برداری کشور تهیه شده است.

در تهیه فتوموزائیک منطقه، با استفاده از نرم افزار “ArcGIS9.2”، ابتدا تک تک عکسهای اسکن شده -که در مجموع شامل 41 عکس هوایی میشد- زمین مرجع شده و سپس با استفاده از الگوریتم “Mosaic” نرم افزار مذکور، فتوموزائیک کل منطقه بطور یکدست و با اندازه پیکسل 1 × 1 متر بدست آمد (شکل 1). البته قبل از این مرحله لازم است تا عکسهای هوایی ژئورفرنس شده، “Resample” نیز شده باشند [4].

 

- شناسایی موقعیت و توزیع مکانی اشکال فرسایش آبی

نقشه اشکال فرسایش آبی تهیه شده در سطح واحدهای کاری بوده است. بطوریکه از روی عکسهای هوایی و تصاویر ماهوارهای، مساحت تحت تأثیر هر یک از انواع فرسایشهای آبی منطقه تشخیص داده شده و تعیین شده است [1 و 6]. سپس در سطح واحدهای کاری در نقاط متعددی فرسایشهای زمان حال چک صحرایی شدهاند. نمونهای از بررسی انواع فرسایش آبی از طریق تصویر
ماهوارهای در شکل 2 ارائه شده است که لازمه اینکار تهیه یک تصویر رنگی از تصاویر ماهوارهای به گونه ای است که در آن عوارض فرسایشی تا حد ممکن نمایان شود. نمونههای متعددی از تصاویر رنگی میتوانند بکار گرفته شوند که برخی برای تشخیص عوارض خطی و برخی برای عوارض زمینی دیگر مناسب هستند. نرم افزار GIS “Idrisi32” یکی از بهترین ترکیبهای رنگی را بدست
میدهد که در این تحقیق نیز ترکیبهای رنگی مورد نیاز با استفاده از این نرم افزار تهیه شده است.

 

نتایج و بحث

الف- فرسایش سطحی

تفکیک و تعیین محدوده تحت تأثیر فرسایش سطحی از روی عکس‌های هوایی و تصاویر ماهواره‌ای کار راحتی است و شامل مناطقی است که فاقد هرگونه عوارض فرسایشی باشد. منتهی مشکل اصلی در جدا کردن آنها از مناطق بدون فرسایش است که این مسئله نیز از طریق بازبینی‌های صحرایی قابل رفع است. در تهیه نقشه فرسایش سطحی منطقه در زمان حاضر، از ترکیب رنگی
 543= RGB تصاویر ماهواره IRS هند استفاده شده و نقشه تهیه شده پس از بازبینی‌های صحرایی  بصورت شکل 3 به دست آمده است.

شکل 1: فتوموزائیک منطقه 

 

 شکل 2: استفاده از تصاویر ماهوارهای در تفکیک انواع فرسایش                      

ب- فرسایش رودخانهای

از آنجا که فرسایش رودخانه‌ای مختص مناطق تحت تأثیر رودخانه‌ها می‌باشد، بنابراین برای مکانیابی آنها نیز مناطق کنار
رودخانه‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد. تشخیص رودخانه‌ها و وضعیت فرسایشی آنها از روی عکس هوایی به آسانی صورت می‌گیرد و از آنجا که تغییرات مکانی رودخانه‌ها در مدت زمان طولانی ثابت باقی می‌ماند و فقط ممکن است شدت فرسایش در نقاط مختلف آن متغیر باشد، بنابراین در تحقیق حاضر محدوده فرسایش رودخانه‌ای از روی عکس هوایی جدا گشته و شدت آن در نقاط مختلف از طریق بررسی‌های زمینی مورد مطالعه قرار گرفته است.

 

 

 شکل 3: محدوده تحت تأثیر فرسایش سطحی     شکل 4: محدوده تحت تأثیر و شدت فرسایش رودخانه‌ای

همانطور که از شکل 4 پیداست، شدت فرسایش رودخانه‌ای در سه حالت جزئی و پراکنده، متوسط و پراکنده و شدید و وسیع تقسیم‌بندی شده است.

 

 

ج- فرسایش آبراههای

در تفکیک فرسایش آبراهه‌ای از تصاویر ماهواره‌ای کمک گرفته شده است. بدین منظور از الگوریتم طبقه‌بندی نظارت شده Supervised classification در سنجش از دور (RS) و نرم افزار ILWIS3.2 استفاده شده است. در این نوع طبقه‌بندی، ابتدا یک تصویر رنگی ترکیبی که در آن فرسایش آبراهه‌ای تا حد ممکن قابل تشخیص باشد، تهیه شده و سپس  نمونه‌های تعلیمی در روی آن تعیین شدند. نمونه‌های تعلیمی از طریق بررسی‌های صحرایی بدست آمده و با استفاده از GPS[Global Positioning System ] تعیین موقعیت شدند که در نقاط مختلف حوزه در آبراهه‌های فرسایشی، این نمونه‌های تعلیمی تهیه شده و به نقشه GIS منتقل شدند. بدین ترتیب پس از انتخاب نمونه‌های تعلیمی به تعداد بیش از 7000 پیکسل، بر اساس الگوریتم حداکثر احتمالMaximum likelihood، اقدام به طبقه‌بندی نظارت شده در دو طبقه آبراهه و غیرآبراهه شده است. البته ممکن است تعداد طبقات غیرآبراهه‌ای بیش از یک مورد باشد که در نهایت همگی تحت عنوان مناطق غیرآبراهه‌ای تقسیم‌بندی
می‌شوند. شکل (5 الف) نقشه حاصل از این نوع طبقه‌بندی را برای منطقه مورد مطالعه نشان می‌دهد. با استفاده از این نقشه، تفکیک حدود 70 درصد موارد فرسایش آبراهه‌ای به آسانی انجام گرفته و برای کاملتر کردن آن از تفسیر بصری و بازبینی‌های صحرایی استفاده شده است. همانطوریکه از این نقشه معلوم است، اولاً مناطق تحت تأثیر فرسایش رودخانه‌ای نیز در این طبقه‌بندی در اکثر موارد جزو فرسایش آبراهه‌ای قلمداد شده است که بایستی با در نظر گرفتن نقشه فرسایش رودخانه ای (شکل 4) از این نقشه حذف شوند. ثانیاً یک مشکل اصلی، وجود تک پیکسل‌هایی است که بطور پراکنده در سطح حوزه گسترده شده‌اند و آنها نیز بایستی حذف شوند. ثالثاً یک مشکل دیگر وجود مناطقی است که به لحاظ طیف رنگی، مشابه نمونه‌های تعلیمی بوده و در طبقه‌بندی جزو فرسایش آبراهه جدا شده‌اند. این مناطق که اکثراً شامل مناطق متأثر از سایه می‌باشند، بطور سطحی عمل کرده و برای تفکیک آنها حتماً باید از مشاهدات صحرایی کمک گرفت. در نهایت پس از انجام مراحل ذکر شده، نقشه تحت تأثیر فرسایش آبراهه‌ای بصورت شکل (5 ب) درآمده است. لازم به ذکر است که در تفکیک فرسایش آبراهه‌ای، سطح تحت تأثیر آنها مد نظر قرار گرفته و از تفکیک خطی آنها صرفنظر شده است تا بدین ترتیب همخوانی لازم را با انواع دیگر فرسایش داشته باشد.

 

شکل 5- تفکیک محدوده فرسایش آبراهه‌ای: الف- نتیجه حاصل از طبقه‌بندی نظارت شده و

ب- تفکیک محدوده تحت تأثیر فرسایش آبراهه‌ای

 

شکل 5- تفکیک محدوده فرسایش آبراههای: الف- نتیجه حاصل از طبقهبندی نظارت شده و

ب- تفکیک محدوده تحت تأثیر فرسایش آبراههای

 

د- فرسایش شیاری

در تفکیک سطوح تحت تأثیر فرسایش شیاری، دیدگاه بسیار ساده‌ای در نظر گرفته شده است. بطوریکه محدوده‌های تحت تأثیر فرسایش شیاری، شامل مناطقی می‌شود که به غیر از فرسایش‌های سطحی، آبراهه‌ای، رودخانه‌ای و همچنین مناطق فاقد فرسایش باشد. بدین ترتیب نقشه محدوده تحت تأثیر فرسایش شیاری بصورت شکل 6 بدست آمده است.

 

هـ- نقشه‌ مناطق تحت تأثیر انواع فرسایش آبی

با تلفیق انواع نقشه‌های مناطق تحت تأثیر فرسایش آبی، به شکلی که نحوه تهیه آنها در بندهای "الف" تا "د" بیان شده، نقشه مناطق تحت تأثیر فرسایش آبی بدست آمد (شکل 7). همانطوریکه از این نقشه و جدول (1) معلوم است، 94/4 درصد منطقه، فاقد هر گونه آثار فرسایش آبی است. 82/15 درصد، شامل فرسایش سطحی، 71/65 درصد، فرسایش شیاری، 09/11 درصد، فرسایش
آبراهه‌ای و 44/2 درصد آن نیز شامل فرسایش رودخانه‌ای است. یعنی فرسایش شیاری بیشترین سطح و فرسایش رودخانه‌ای کمترین سطح را دارا هستند.

 شکل 6- محدوده تحت تأثیر فرسایش شیاری       شکل 7- وضعیت سیمای فرسایش آبی

شکل 8- نمودار مرتب شده درصد مساحت انواع فرسایش‌های آبی

 

 


 

جدول (1): مساحت و درصد مساحت انواع فرسایش‌های آبی

رخساره فرسایشی

مساحت (هکتار)

درصد مساحت

بدون فرسایش

7/669

9/4

فرسایش سطحی

5/2159

8/15

فرسایش شیاری

9/8979

7/65

فرسایش آبراههای

1/1517

1/11

فرسایش رودخانهای

328

4/2

جمع

13668

0/100

نتیجهگیری

نتایج این مطالعه نشان داد که استفاده از قابلیت‌های مشترک GIS و RS به طرز صحیحی باعث تفکیک رخساره‌های فرسایش آبی می‌شود. مناطق بدون فرسایش و فرسایش‌های سطحی و شیاری به آسانی از روی عکس‌های هوایی جدا می‌شوند. حتی در تفکیک مناطق با فرسایش سطحی می‌توان از تصاویر ماهواره‌ای با قدرت تفکیک زمینی نزدیک به 30 متر نیز بهره برد. فرسایش‌های خطی عمیق مثل آبراهه‌ای و رودخانه‌ای هم از روی عکس‌های هوایی و هم از روی تصاویر ماهواره‌ای قابل شناسایی هستند ولی استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و سیستم‌های مختلف طبقه‌بندی در آن با استفاده از قابلیت GIS موجب تسریع در کارها می‌شود. همان طوریکه این مطالعه نشان داد تفکیک فرسایش آبراهه‌ای با دقت 70 درصد و بدون نیاز به بازدیدهای صحرایی می‌‌تواند به انجام رسد. محمدی ترکاشوند و نیک‌کامی (1386) نیز با بررسی صحت و دقت روش‌های مختلف تهیه نقشه شکل‌های فرسایش به این نتیجه رسیدند که روش تفسیر تصاویر ماهواره‌ای بالاترین صحت را در تهیه نقشه شکل‌های فرسایش دارد. هیوز و پروسر (2003) نیز به طرز
موفقیت‌آمیز نقشه فرسایش‌های خندقی و کنار رودخانه‌ای را با استفاده از عکس‌های هوایی برای حوزه آبخیز موری-دارلینگ استرالیا تهیه کردند.

 

منابع

1.     احمدی، ح. (1385). ژئومرفولوژی کاربردی ج 1 (فرسایش آبی). تهران: انتشارات دانشگاه تهران.

2.     جوکار سرهنگی، ع. (1385). بررسی کمّی و کیفی اشکال فرسایش و فرآیندهای دامنه‌ای (مطالعه موردی: حوضه سیاهرود). فصلنامه، تحقیقات جغرافیایی، 84: 115-99.

3.     محمدی، ج. (1377). تهیه نقشه فرسایندگی باران در ایران با استفاده از شاخص فورنیه و روش آماری کریجینگ. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، 5: 3 و 4.

4.    Daba, S., Rieger, W. and Strauss, P. (2003). Assessment of gully erosion in eastern Ethiopia using photogrammetric techniques. Catena 50: 273-291.

5.    Hughes, A.O. and Prosser, I.P. (2003). Gully and riverbank erosion mapping for the Murray-Darling basin. CSIRO land and water, Canberra, Technical report 3/03.

6.    Martinez-Casasnovas, J.A. (2003). A spatial information technology approach for the mapping and quantification of gully erosion. Catena 50: 293-308.

7.    Morgan, R.P.C. (1996). Soil erosion and conservation. Second Edition, 198 pp.

 

 

 

 


 

* اردبیل- دانشگاه محقق اردبیلی، دانشکده کشاورزی، گروه علوم خاک،

 E-mail: esmaliouri@uma.ac.ir




برچسب ها : gis ،سنجش از دور ،مقالات ،علوم زمین
ارسال در تاريخ شنبه ٢۱ خرداد ،۱۳٩٠ توسط مهدی فرداد
نظرات شما ()