ارتباط الگوی سیمای سرزمین و رسوب در برخی از زیرحوزه‌های آبخیز استان گلستان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه فردوسی مشهد

2 استادیار، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه فردوسی مشهد

3 دانشیار، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

سیمای سرزمین، یکی از عوامل موثر بر فرایندهای هیدرولوژی آبخیز می­‌باشد. تغییر ساختار و توزیع مکانی کاربری‌های اراضی مختلف، نقش مهمی در تولید رواناب و رسوب در سطح آبخیز دارد. تعیین ارتباط بین الگوهای چشم‌انداز آبخیز و فرایندهای هیدرولوژی می­تواند در تعیین مقدار فرسایش خاک و رسوب­ آبخیز مورد استفاده قرار گیرد. از این­‌رو، با توجه به مشکلات موجود در اندازه‌­گیری رسوب، برآورد آن با استفاده از ویژگی‌­های سیمای سرزمین و الگوی کاربری زمین جایگزین مناسبی برای روش‌های معمول برآورد رسوب می‌­باشد. بر این اساس، هدف پژوهش حاضر، تعیین ارتباط رسوب­ آبخیز با سنجه‌های سیمای سرزمین در زیرحوضه­‌های منتخب استان گلستان است. بدین‌منظور، داده­‌های دبی و رسوب معلق برای ایستگاه­‌های هیدرومتری استان از منابع مربوطه اخذ و بر اساس خصوصیات آبخیز و کیفیت و کمیت داده‌­ها، زیرحوضه‌­های مناسب این پژوهش انتخاب شد. سپس، با استفاده از نقشه کاربری اراضی استان، 15 سنجه سیمای سرزمین مرتبط با رسوب برای کاربری­‌های مختلف تعیین شدند. به­‌منظور تعیین ارتباط بین رسوب آبخیز با سنجه­‌های سیمای سرزمین، از رگرسیون کمینه مربعات جزئی استفاده شد که ترکیب روش­‌های تجزیه و تحلیل مؤلفه‌­های اصلی و رگرسیون چندگانه است. نتایج پژوهش نشان داد که بین رسوب آبخیز با الگوهای پوشش زمین ارتباط زیادی وجود دارد. از میان 15 سنجه­ سیمای سرزمین، شاخص بزرگ‌‌ترین لکه (LPI)، میانگین فاصله نزدیک­ترین همسایه (ENN-MN) و میانگین نسبت محیط به مساحت (PARA–MN) به‌­­ترتیب با مقادیر اهمیت متغیر در پیش‌بینی (VIP) 1.296، 1.184 و 1.747 و ضرایب رگرسیونی 0.014-، 0.039- و 0.002- به­­عنوان سنجه­‌های اصلی در کاهش میزان رسوب­ آبخیز تعیین شدند و سنجه‌های شاخص شکل سیمای سرزمین (LSI) و میانگین اندازه لکه (AREA-MN) با مقادیر VIP ،0.80 و 0.84 و ضرایب رگرسیونی 0.020 و 0.017 به­‌عنوان سنجه­‌های مؤثر در افزایش رسوب­ آبخیز­های مطالعاتی شناخته شدند که 71 درصد از تغییرات رسوب را در زیرحوضه­‌ها تبیین می­‌کنند. نتایج پژوهش حاضر، توانایی برآورد رسوب با استفاده از ویژگی‌­های سیمای سرزمین و کارایی رگرسیون کمینه مربعات جزئی را در تعیین مدل‌های کمی رسوب تایید می­کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Relationship between landscape metrics and sediment yield in some watersheds of Golestan Province

نویسندگان [English]

  • Raziyeh Motamedi 1
  • Mahmood Azari 2
  • Reza Monsefi 3
1 MSc Student, Faculty of Natural Resources and Environment, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
2 Assistant Professor, Faculty of Natural Resources and Environment, Ferdowsi University of Mashhad,Iran
3 Associate Professor, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
چکیده [English]

Landscape is one of the main factors influencing hydrological processes of the watershed. Changes in structure and spatial pattern of land use play important role in surface runoff and sediment yield. Determining the relationship between landscape patterns and hydrological processes can be used as an indicator of watershed soil erosion and sediment yield. Therefore, due to the problems in field measurement of sediment yield, its estimation using landscape properties and land use pattern is an appropriate alternative for current estimation methods. The purpose of this research is to determine the relationship between watershed sediment yield and landscape metrics in the selected sub-watersheds of Golestan Province. To this end, suspended sediment concentration data for all hydrometric stations of the studied province were obtained from the relevant resources and appropriate sub-watersheds were selected. Then, using the land use map of Golestan Province, 15 landscape metrics related to sediment yield were determined for different land uses by Fragstats 4.2 software. In order to determine the relationship between watershed sediment yield and landscape metrics, a partial least squares regression was used which combines the methods of principal component analysis and multiple linear regression. The relative importance of landscape metrics was determined through examining the values of Variable Importance for the Projection (VIP) and Regression Coefficients (RCs). The results of this study indicated that the watershed sediment yield is densely associated with land use patterns. The main indices in reducing sediment yield were the Largest Patch Index (LPI), the average of the nearest neighbor distance (ENN-MN) and the average of perimeter-area ratio (PARA –MN) with values of VIPs of 1.296, 1.184 and 1.747,  and regression coefficients of -0.014, -0.039, and -0.002, respectively. The main indices in incrising sediment yield were Landscape Shape Index (LSI) and mean patch size (AREA-MN) with regression coefficients of 0.020 and 0.017, respectively. The landscape characteristics in watersheds could account for as much as 71% of the variation in sediment yield of watershed. The results of study showed that the landscape characteristics can be used for watershed sediment yield modeling.

کلیدواژه‌ها [English]

  • GIS
  • Hydrological process
  • land use
  • Partial least squares regression
  • soil erosion