Iranian Jornal of Watershed Management Science&Engineering

fa اولویت‌بندی عوامل مؤثر و تحلیل حساسیت‌پذیری فرسایش هزاردره با استفاده از مدل تلفیقی ارزش اطلاعات و AHP Prioritizing Effective Factors and Badland Erosion Susceptibility Assessment Using Synthetic Model of Information Value and AHP تخصصي Special پژوهشي Research مقدمه خاک بخشی مهم از فرآیندهای زمین‌شناسی، هیدرولوژیکی، بیولوژیکی و محیط‌زیستی بوده و همواره در معرض تغییر و تبدیل است. افزایش تقاضا برای کالا، خدمات و نیازهای پایه بویژه در کشورهای توسعه نیافته و در حال توسعه فشار زیادی بر لایه‌های بالایی خاک وارد می‌کند. در مقیاس جهانی، فرسایش خاک از مهمترین پدیده‌های طبیعی است که مناظر را تغییر می‌دهد. فرسایش خاک اثرات درون‌منطقه‌ای و برون‌منطقه‌ای فراوانی دارد. فرسایش کیفیت و کمیت خاک را کاهش داده و یک فرآیند طبیعی و انسانی بوده که بسیاری از کشورهای جهان را تحت تأثیر قرار داده است. یکی از مهمترین رخساره‌های فرسایشی رخساره هزاردره یا بدلند است. رخساره فرسایشی هزاردره معمولاً به مناطق با رسوبات سست و غیرمتراکم، پوشش گیاهی بسیار ضعیف یا فاقد پوشش گیاهی که به دلیل تراکم بالای شیارها و بریدگی‌ها برای کشاورزی غیرقابل‌استفاده است اشاره می‌کند. فرسایش هزاردره در نتیجه برهم‌کنش عوامل مؤثر از قبیل اقلیم، هیدرولوژی، زمین‌شناسی و خصوصیات خاک، توپوگرافی، کاربری اراضی و پوشش گیاهی است. با توجه به اینکه فرسایش خاک یک فرآیند بسیار پیچیده و تحت تأثیر خصوصیات سطح زمین، نوع خاک و دیگر فاکتورهای محیط‌زیستی است، بررسی کمی و تهیه نقشه‌های حساسیت‌پذیری فرسایش امری بحث برانگیز است. هدف اصلی این پژوهش تهیه نقشه حساسیت‌پذیری فرسایش هزاردره با استفاده از مدل ارزش اطلاعات و مدل تلفیقی ارزش اطلاعات-AHP است. حوزه آبخیز فیروزکوه به این دلیل انتخاب شد که رخساره فرسایش هزاردره مهمترین نقش را در فرسایش خاک این حوضه به دلیل وضعیت اقلیمی، هیدرولوژیکی، توپوگرافی، کاهش پوشش گیاهی و همچنین وجود سازندهای مستعد فرسایش دارد. مواد و روش‌ها ابتدا نقشه پراکنش فرسایش هزاردره در حوزه آبخیز فیروزکوه با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و پیمایش زمینی تهیه شد. با استفاده از نقاط و خطوط ارتفاعی موجود در نقشه‌های توپوگرافی تهیه شده از سازمان نقشه‌برداری کشور، نقشه مدل رقومی ارتفاع (DEM) تهیه شد. نقشه‌های جهت شیب، درجه شیب، انحناء سطح، شاخص رطوبت توپوگرافی (TWI) و طبقات ارتفاع با استفاده از نقشه DEM و در محیط نرم‌افزارهای ArcGIS10.3 و SAGA-GIS به دست آمد. نقشه کاربری اراضی حوزه آبخیز فیروزکوه با استفاده از تصاویر لندست 8 و با روش تلفیقی به دست آمد. برای تهیه نقشه مشخصات مربوط به خاک 30 نمونه خاک برداشت و در آزمایشگاه بررسی شد. نقشه زمین‌شناسی منطقه نیز از نقشه زمین‌شناسی ایران با مقیاس 1:100000 استخراج شد. نقشه‌های فاصله از رودخانه نیز در محیط ArcGIS10.3 تهیه شد. نقشه بارش متوسط سالانه با استفاده از داده‌های بارش ایستگاه‌های هواشناسی تهیه شد. وزن مربوط به طبقات هر یک از عوامل مؤثر با استفاده از مدل ارزش اطلاعات محاسبه شد. مدل AHP نیز برای اولویت‌بندی عوامل مؤثر استفاده شد. وزن به دست آمده از هر دو مدل در هم ضرب شد و وزن نهایی با استفاده از مدل تلفیقی محاسبه شد. با جمع کردن وزن‌ها، نقشه نهایی حساسیت فرسایش هزاردره تهیه شد. در آخرین مرحله، منحنی ROC و سطح زیر منحنی برای ارزیابی دقت مدل‌ها استفاده شد. نتایج و بحث برای اولویت‌بندی عوامل مؤثر بر حساسیت‌پذیری فرسایش هزاردره در حوزه آبخیز فیروزکوه از مدل AHP استفاده شد. نتایج نشان داد که درجه شیب، زمین‌شناسی، ارتفاع، و فاصله از رودخانه بیشترین تأثیر را بر وقوع فرسایش هزاردره در حوزه آبخیز فیروزکوه دارند. وزن طبقات مربوط به عوامل مؤثر با استفاده از مدل ارزش اطلاعات محاسبه شد. نتایج نشان داد که بیشترین وزن ارزش اطلاعات مربوط به شیب بالای 35 درجه، سازندهای مارن، آهک و شیل، طبقه ارتفاعی 1712 تا 2286، جهت شمال غربی، درصد رس بالای 25 درصد، کاربری مرتع و فاصله کمتر از 1150 متر تا رودخانه است. برای تهیه نقشه حساسیت فرسایش هزاردره از دو مدل ارزش اطلاعات و مدل تلفیقی استفاده شد. ارزیابی دقت مدل‌ها با استفاده از منحنی ROC و سطح زیر این منحنی انجام شد. میزان سطح زیر منحنی برای مدل‌ ارزش اطلاعات و مدل تلفیقی به ترتیب 684/0 و 811/0 بهدست آمد. این نتایج نشان می‌دهد برای تهیه نقشه حساسیت‌پذیری فرسایش هزاردره مدل ارزش اطلاعات متوسط و مدل تلفیقی خیلی خوب است. برای بررسی حساسیت‌پذیری کلی حوزه آبخیز مساحت طبقات حساسیت خیلی زیاد، زیاد، متوسط و کم محاسبه شد. در مدل تلفیقی مساحت طبقات حساسیت زیاد و خیلی زیاد، 44 درصد (640 کیلومترمربع) از حوزه آبخیز فیروزکوه را شامل می‌شود. نتیجه‌گیری در این پژوهش، مدل‌های ارزش اطلاعات و تلفیقی برای اولویت‌بندی عوامل مؤثر بر وقوع فرسایش هزاردره و تهیه نقشه حساسیت‌پذیری فرسایش هزاردره در حوزه آبخیز فیروزکوه مورد استفاده قرار گرفت. یازده عامل مؤثر شامل ارتفاع، شیب، جهت شیب، TWI، انحنای سطح، بارش، کاربری اراضی، زمین‌شناسی، فاصله از رودخانه، درصد رس، pH خاک  انتخاب شده و به عنوان لایه‌های مکانی وارد محیط GIS شدند. برای بررسی اهمیت عوامل مؤثر و اولویت‌بندی آن‌ها از روش AHP استفاده شد. نتایج بررسی اهمیت عوامل مؤثر نشان داد که درجه شیب و زمین‌شناسی بیشترین تأثیر را بر وقوع فرسایش هزاردره در حوزه آبخیز فیروزکوه دارند. همچنین مدل‌های ارزش اطلاعات و تلفیقی کارایی قابل قبولی برای تهیه نقشه حساسیت‌پذیری فرسایش هزاردره در منطقه مورد مطالعه نشان دادند. نتایج پژوهش حاضر نشان داد که حدود 44 درصد (640 کیلومترمربع) از منطقه مورد مطالعه حساسیت زیاد و خیلی زیاد نسبت به فرسایش هزاردره دارند، بنابراین کنترل و مدیریت این پدیده در حوزه آبخیز فیروزکوه امری ضروری است. فرسایش هزاردره یکی از مهم‌ترین منابع تولید رسوب در منطقه بوده و برنامه‌ریزان باید در تصمیم‌گیری‌های خود به این موضوع توجه کنند. نقشه حساسیت فرسایش هزاردره یک ابزار مهم برای بهبود مدیریت مناطق فرسایشی در آینده و دیگر مناطق تحت تأثیر فرسایش در حوزه آبخیز فیروزکوه است. Introduction Soil is an important component of geological, hydrological, biological, and environmental processes, and as such, it is always subject to change and transformation. Increasing demand for goods, services, and basic needs, especially in underdeveloped and developing countries, a huge stress has exerted on the top layers of soil. On a global scale, soil erosion and degradation is one of the most important natural phenomenon altering the relief of the landscape. Erosion is often capable of causing several on-site and off-site impacts. Soil degradation and erosion reduce the quality and quantity the soil and are important natural and anthropogenic processes that affect many countries. One of the most important kind of erosion is badland erosion. The term of badlands currently refers to areas of unconsolidated sediment with little or no vegetation, which are useless for agriculture because of their intensely dissected landscape. Badlands develop due to a complex interaction of conditioning factors, such as climatic, hydrologic, geologic and soil properties, topographic characteristics, and land use/land cover. Because soil erosion is a complicated process that is influenced by the properties of the land surface and the soil as well as by environmental factors, quantitatively accurate forecasts of soil erosion and susceptibility mapping are challenging. The main goal of this research is badland erosion susceptibility mapping in Firozkuh watershed using synthetic model of Information Value-AHP. Firozkuh watershed was selected as study area because in this watershed, badlands are the most important contributors to soil erosion because of the condition of climatic, hydrologic, topographic, and reduced vegetation conditions, and as well as presence of susceptible soil and geology formations in this region. Materials and Methods At first, distribution map of badland erosion in Firozkuh watershed was prepared using satellite images and field survey. Digital Elevation Model (DEM) map was prepared using the elevation points and lines in the topographic maps prepared by the National Cartography Center of Iran. Slope aspect, slope degree, plan curvature, TWI and elevation classes maps was created using DEM map in ArcGIS10.3 and SAGA-GIS environment. The land use of Firozkuh watershed was created from LANDSAT 8 images of year 2020 using a synthetic method. To map soil characteristics, 30 samples were taken and analyzed in the laboratory. The geology map of the watershed was extracted from the geologic map of Iran with the scale of 1:100000. The distance from river was created in ArcGIS10.3 environment. Average annual rainfall map was developed using rainfall data from meteorological stations. The weight of the conditioning factor classes were calculated using the information value model. AHP model was also used to prioritize conditioning factor. The weight obtained from both models was multiplied together and the final weight was calculated using synthetic model. By combining the weights, the final badland erosion susceptibility map was prepared. In the last step, ROC curve and area under the curve was used for accuracy assessment of the models. Results and Discussion To prioritize the conditioning factors of badland susceptibility in Firozkuh watershed, AHP model was used. The results indicated that slope degree, geology, elevation, and distance from rivers have the greatest impact on badland occurrence in the Firozkuh watershed. The weight of the conditioning factor classes were calculated using the information value model. Results showed that the highest weight of the information value is related to the slope more than 35, marl, limestone and shale formations, elevation class of 1712 to 2286 meters, northwest aspect, clay 25 to 33%, rangelands, and distance less than 1150 meters from drainage network. Two information value models and synthetic model were used to prepare the badland susceptibility map. Accuracy assessment of the models was done using ROC and area under this curve. The area under the curve for the information value and synthetic model was 0.684 and 0.811, respectively. This results show that Information Value was moderate, and synthetic model was very good for badland erosion susceptibility mapping. To check the overall susceptibility of the watershed, the area of very high, high, moderate and low classes was calculated. The land area of the very high and high classes is 44% (about 640 square kilometers) of the Firozkuh watershed for the synthetic model. Conclusion In this research, the Information Vale and synthetic models were used for prioritizing the condition factors of badland occurrence and badland susceptibility mapping in the Firozkuh watershed. Eleven conditioning factors including elevation, slope angle, slope aspect, TWI, Plan Curvature, Precipitation, Land-use, geology, distance to river, clay percent, and soil pH were selected and input as spatial layers in a GIS environment. AHP method was used to investigate importance of conditioning factors and their prioritization. The results of conditioning factors importance explained that slope degree and geology have the greatest impact on badland erosion in the Firozkuh watershed. Also, Information Value and synthetic models showed acceptable efficiency to map badland susceptibility in the study area. Results of this research showed that about 44% of the study area has high to very high susceptibility to the badland erosion, so control and management of this phenomenon is essential in Firozkuh watershed. Badland erosion is one of the most important sources of sediment production in the study area and planners should pay attention to this issue in their decisions. Badland susceptibility map is a very important tool that can be used to improve managing future badland erosion in the Firozkuh watershed and other areas affected by badland erosion. فرسایش هزاردره, نقشه حساسیت‌پذیری, ارزش اطلاعات, مدل تلفیقی, منحنی ROC Badland erosion, Susceptibility map, Information Value, Synthetic model, ROC curve 38 48 http://jwmsei.ir/browse.php?a_code=A-10-495-6&slc_lang=fa&sid=1 Majid Mohammady مجید محمدی majid.mohammady@semnan.ac.ir 100319475328460017827 100319475328460017827 Yes Semnan university دانشگاه سمنان Mojtaba Amiri مجتبی امیری amiri.mojtaba@yahoo.com 100319475328460017828 100319475328460017828 No Semnan university دانشگاه سمنان