Iranian Jornal of Watershed Management Science&Engineering

fa ارزیابی اثرات تغییر کاربری اراضی بر فرسایش خاک با استفاده از مدل RUSLE در حوزه آبخیز چرداول ایلام Effects Evaluation of land use change on soil erosion using the RUSLE model in the Chardavol watershed, Ilam تخصصي Special پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">مقدمه یکی از عوامل تأثیرگذار در کاهش تولیدات کشاورزی و تهدید امنیت غذایی فرسایش خاک است که در آن لایه حاصل‌خیز خاک از بین می‌رود. خطر فرسایش خاک بسته به توپوگرافی حوضه، ویژگی‌های خاک، شرایط آب و هوایی محلی، کاربری اراضی و شیوه‌های مدیریت زمین متفاوت است که تغییر کاربری اراضی به دلیل اینکه انسان در آن نسبت به سایر عوامل نقش بیش‌تری دارد؛ می‌تواند باعث تشدید فرسایش ‌شود. تغییرات کاربری اراضی یکی از عوامل مهـم در تغییر جریان هیدرولوژیکی و فرسایش خاک است. در اثر تغییر کاربری اراضی و تخریب پوشش گیاهی، قسمت اعظم نزولات تبدیل به رواناب شده، که علاوه بر هدررفت خاک و تولید رسوب باعث خسارات مالی و جانی فراوان ناشی از سیلاب نیز می‌شود. بنابراین، اطلاع از روند فرسایش در بازه‌های زمانی مختلف می‌تواند در تعیین الگوی پراکنش فرسایش و اثرات آن در گذر زمان کمک کند تا تصمیم‌گیران ضمن پایش و ارزیابی اقدامات انجام شده در زمینه حفاظت خاک و آب، تصمیمات مقتضی را برای شرایط فعلی و آتی حوزه‌های آبخیز اتخاذ کنند. بنابراین، در پژوهش حاضر به ارزیابی اثرات تغییر کاربری اراضی بر فرسایش خاک با استفاده از مدل RUSLE در حوزه آبخیز چرداول در استان ایلام برای سالهای 2005 و 2020 پرداخته شده است. مواد و روش‌ها  در پژوهش حاضر ابتدا عوامل مؤثر در مدل جهانی تجدید نظر شده فرسایش خاک به‌صورت لایه رستری تهیه شد. این عوامل شامل قدرت فرسایندگی باران، طول و درجه شیب، مدیریت پوشش گیاهی، فرسایش‌پذیری خاک و عملیات حفاظتی است. عامل فرسایندگی باران برای هر یک از ایستگاه‌های داخل و خارج از حوضه محاسبه شد و در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی با استفاده از روش پهنه‌بندی عکس فاصله لایه‌ی فرسایندگی باران تهیه شد. برای طول و درجه شیب از نقشه مدل رقومی ارتفاعی و نقشه جریان تجمعی استفاده شد. لایه فرسایش‌پذیری خاک با استفاده از نقشه بافت خاک حاصل شد. شاخص NDVI با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست هشت سنجنده OLI مربوط به سال 2020 و تصاویر ماهواره‌ای لندست پنج سنجنده ETM مربوط به سال 2005 و با استفاده از باندهای چهار و پنج (برای لندست هشت) و باندهای سه و چهار (برای لندست پنج) در نرمافزار سنجش از دور محاسبه شد و سپس عامل مدیریت زراعی در دو سال 2005 و 2020 حاصل شد. برای به دست آوردن عامل عملیات حفاظتی از نقشه کاربری اراضی در دو سال 2005 و 2020 استفاده شد و با توجه به هر کاربری ارزش حفاظتی آن مشخص شد. در مرحله بعد با ضرب این لایه‌ها در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی مقدار هدررفت سالیانه خاک برآورد شد. در نهایت به منظور تعیین مقدار فرسایش در هر کدام از کاربری‌ها در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی لایه فرسایش و کاربری مربوط به سالهای 2005 و 2020 روی هم قرار داده شد. نتایج و بحث نتایج نشان داد که قدرت فرسایندگی باران 5/220 تا 8/309 مگاژول میلی‌متر بر هکتار ساعت، طول و درجه شیب صفر تا 7/403  در سطح پیکسل، مدیریت پوشش گیاهی 57/0 – 16/0 در سال 2005 و 61/0 – 18/0 در سال 2020، فرسایش‌پذیری خاک 06/0 – 03/0 تن هکتار ساعت بر هکتار مگاژول میلی‌متر و عملیات حفاظتی صفر تا یک برای هر دو سال 2005 و 2020 بودند. میانگین فرسایش در سال 2005،  23/13 تن بر هکتار در سال و این مقدار برای سال 2020، 13/20 تن بر هکتار در سال بود. اراضی بایر به دلیل عدم وجود پوشش گیاهی، بیش‌ترین مقدار فرسایش خاک را تولید می‌کند به طوری که مقدار آن از سال 2005 تا سال2020 از 65/0 به 8/3 تن افزایش یافت و مناطق مسکونی به دلیل وجود حالت عایق و آسفالت و زهکش مناسب بیش‌تر نقش انتقال رواناب به اطراف را داشت. در مناطق کشاورزی به‌دلیل رعایت نکردن اصول کشت مناسب و استفاده نکردن از وسایل مناسب شخم در طی این دوره در معرض فرسایش قرار گرفته است. به طور کلی، نتایج نشان داد که مساحت طبقه فرسایش خیلی کم، کاهش یافته است و مساحت طبقات فرسایش کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد افزایش یافته است. از طرفی، نتایج نشان‌دهنده کارایی مدل تجربی RUSLE در حوضه است. نتیجه‌گیری  با توجه به تأثیرات گسترده فرسایش خاک بر جنبه‌های گوناگون زندگی انسان، پایش و ارزیابی مداوم آن می‌تواند به اتخاذ تصمیمات درست برای مقابله با این بحران کمک کننده باشد. در پژوهش حاضر از مدل RUSLE برای بررسی اثرات تغییر کاربری اراضی بر فرسایش خاک برای دو سال 2005 و 2020 در حوزه آبخیز چرداول استفاده شد. به طور کلی نتایج نشان داد که در حوضه مورد بررسی مقدار فرسایش از 2005 تا 2020 افزایش داشته است که بیان‌گر وضعیت خطرناکی برای حوضه در آینده است. بنابراین پیشنهاد می‌شود از عملیات حفاظت خاک و آب به‌ویژه در مناطق شیب‌دار و همچنین مناطق بالادست حوضه استفاده شود. همچنین باید باتوجه به تغییر کاربری اراضی در حوزه آبخیز چرداول اقـداماتی بـرای حفاظـت خـاک و آب در منـاطق بـا پتانسیل فرسایشی بالا انجام شود. همچنین به نظر می‌رسد تصویب قوانین مناسب برای جلوگیری از تغییر کاربری اراضی می‌تواند به کاهش فرسایش خاک کمک کنند اما به دلیل اینکه مهم‌ترین بخش حوزه آبخیز ساکنان آن هستند بنابراین این قوانین باید به گونه‌ای باشند که ضمن جلب مشارکت و رضایت مردم، تضمین کننده درآمد پایدار آن‌ها باشد. بنابراین توسعه سناریوهای مدیریتی در منطقه به مدیران منابع طبیعی در اولویتبندی و بهکارگیری شیوههای مدیریتی مناسب در کنترل فرسایش خاک مناطق پرخطر حوضۀ چرداول کمک میکند.</div> <div style="text-align: justify;">Introduction  The soil erosion is one of the effective factors in reducing agricultural production and threatening food security, in which the soil fertile layer is destroyed. The risk of soil erosion is different depending on the watershed topography, soil characteristics, conditions of local weather, land use and methods of land management, which the land use change can be exacerbated. Land use changes are one of the important factors in changing hydrological flow and soil erosion. As a result of land use change and vegetation destruction, a large part of the rainfall has turned into runoff, which in addition to soil loss and sediment production, causes a lot of financial and human losses caused by floods. Therefore, the knowledge from erosion process in different time periods can help in determination of the distribution pattern of erosion and its effects over time. So that, the decision-makers, while monitoring and evaluating the conducted measures about the soil and water conservation take the appropriate decisions for the current and future conditions of watersheds. Therefore, in the present study, the effects of land use change on soil erosion have been evaluated using the RUSLE model in Chardavel watershed of Ilam province for the years 2005 and 2020. Materials and methods  In the present study, the effective factors in the Revised Universal Soil Loss Equation were prepared in the form of raster layer. These factors include the rainfall erosivity, length and degree of slope, vegetation management, soil erodibility and conservation operations. The factor of rainfall erosivity was calculated for each of the stations inside and outside the watershed and the erosivity layer was prepared in the GIS environment, by using the Inverse Distance Weighting method. For the length and degree of slope were used from the digital elevation model map and cumulative flow map. The layer of soil erodibility was obtained using the soil texture map. The NDVI index was calculated using Landsat 8 of OLI sensor (2020) and satellite images of five ETM Landsat satellite images (2005) and using bands of 4 and 5 (for Landsat 8) and bands of 3 and 4 (for Landsat 5) in the remote sensing software, and then, the management factor was obtained in years of 2005 and 2020. In order to obtain the factor of conservation operation, the land use map was used for years of 2005 and 2020, and according to each land use was determined the its conservation value. In the next step, the amount of annual soil loss was estimated by multiplying these layers in the GIS environment. Finally, to determine the amount of erosion in each of land uses, the layers of erosion and land use placed on top of each other to the years of 2005 and 2020. Results and discussion  The results showed that the rainfall erosivity was from 220.5 to 309.8 MJ mm ha-1 h-1, the length and degree of slope were 0 – 403.7 at the pixel level, the vegetation management was 0.16 - 0.57 (in year of 2005) and 0.18 - 0.61 (in year of 2020), the soil erodibility was 0.03 - 0.06 t. ha h ha-1 MJ-1 mm-1 and protection operation was 0-1 for both years of 2005 and 2020. The average erosion was 13.23 t ha-1. year-1 for year of 2005 and this value was 20.13 t ha-1 year-1 for year of 2020. The barren land uses due to the lack of vegetation produces the highest amount of erosion, so that its amount has increased years of 2003 to 2005 from 0.65 to 3.8 t, and residential areas due to the presence insulation, asphalt and proper drainage have the more role of transferring runoff. In agricultural areas, it has been exposed to erosion during this period due to not following the principles of proper cultivation and usage of proper tools. Conclusion  Considering the extensive effects of soil erosion on various aspects of human life, its continuous monitoring and evaluation can help to make the right decisions to confronting with this crisis. In the present study, the RUSLE model was used to investigate the effects of land use change on soil erosion for the years of 2005 and 2020 in Chardavol watershed. In general, the results showed that the erosion amount has increased in the studied watershed from 2005 to 2020, which it indicates that there is the dangerous situation for the watershed in the future. Therefore, it is suggested to use soil and water conservation operations, especially in the steep areas and also in the upstream areas of the watershed. Also, according to the change of land use in Chardavol watershed, the measurements should be taken for soil and water conservation in areas with high erosion potential. It also seems that the adoption of appropriate laws to prevent land use change can help reduce soil erosion.  But, because the most important part of the watershed are its residents, these laws should be in such a way that while attracting people's participation and satisfaction, it guarantees their stable income. Therefore, the development of management scenarios in the region will help natural resource managers in prioritizing and usage of appropriate management methods in controlling soil erosion in high-risk areas of Chardavol watershed. </div> تخریب زمین, تولید رسوب, حوزه آبخیز کوهستانی, معادله جهانی هدررفت خاک : land degradation, sediment production, mountain watershed, Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE), Sediment Yield. 1 14 http://jwmsei.ir/browse.php?a_code=A-10-652-7&slc_lang=fa&sid=1 Leila Gholami لیلا غلامی gholami.leily@yahoo.com 100319475328460017530 100319475328460017530 Yes Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and natural Resources University دانشگاه ساری Abdulvahed Khaledi Darvishan عبدالواحد خالدی درویشان a.khaledi@modares.ac.ir 100319475328460017531 100319475328460017531 No and natural Resources University, Sari, Iran. Email: l.gholami@sanru.ac.ir. 2- Associate Professor, Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University دانشگاه تربیت مدرس Saeid Derakhti سعید درختی s.drakhti@gmail.com 100319475328460017532 100319475328460017532 No Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and natural Resources University دانشگاه ساری Mahboobeh Kiani Harchegani محبوبه کیانی هرچکانی mahboobeh.kiyani20@gmail.com 100319475328460017533 100319475328460017533 No Expert of Planning and Development Deputy, Esfahan Regional Water. Isfahan, Iran. کارشناس معاونت طرح و توسعه، آب منطقه‌ای اصفهان، اصفهان، ایران