تحلیل همبستگی فضایی تغییرات پوشش گیاهی با ارتفاع رواناب در حوضه آبریز گرگانرود

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم جغرافیایی، دانشگاه خوارزمی.

2 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی، گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم جغرافیایی، دانشگاه خوارزمی.

10.22034/gmpj.2023.368016.1391

چکیده

تحلیل همبستگی فضایی تغییرات پوشش گیاهی با ارتفاع رواناب در حوضه آبریز گرگانرود















چکیده

در سال‌های اخیر پدیده سیل یکی از رویدادهای هیدرواقلیمی و از جدی‌ترین مخاطرات طبیعی بوده که جوامع بشری را مورد تهدید قرار داده است. بهره‌برداری بی‌رویه از جنگل‌ها و مراتع و تغییر کاربری اراضی و تبدیل آن‌ها به اراضی کشاورزی نامناسب به همراه ساخت بی‌رویه مناطق مسکونی، سبب افزایش سیلاب‌ شده است. بنابراین پدیده سیلاب اهمیت بسزایی دارد. از این رو پژوهش حاضر با هدف تحلیل همبستگی فضایی تغییرات پوشش گیاهی با ارتفاع رواناب در حوضه‌آبریز گرگانرود در یک بازه 21 ساله انجام گرفته است. بدین منظور از داده‌های شیب، نوع خاک، واحد اراضی و کاربری اراضی برای تهیه واحد پاسخ هیدرولوژیک و تصاویر لندست سال‌های مختلف (2021-2000-1990) جهت بررسی تغییرات تراکم پوشش گیاهی با استفاده از شاخص NDVI در هر یک از واحدهای پاسخ هیدرولوژیک استفاده شده است. در این راستا 72 واحد پاسخ هیدرولوژیک به عنوان واحد پایه در محدوده مطالعاتی تهیه شد. همچنین ارتفاع رواناب با روش SCS در هر یک از واحدهای پاسخ هیدرولوژیک با استفاده از معیارهای ارتفاع بارندگی، گروه هیدرولوژیکی خاک، پوشش‌گیاهی، نوع کاربری و بافت خاک محاسبه شد به طوریکه شهرهای آق قلا، سیمین شهر و گمیش تپه و رودخانه گرگانرود در ارتفاع رواناب زیاد قرار دارند. نتایج تحلیل 78 درصد همبستگی فضایی بین ارتفاع رواناب با تراکم پوشش گیاهی را نشان داد









واژگان کلیدی: سیلاب، حوضه آبریز گرگانرود، واحد پاسخ هیدرولوژیک، NDVI، SCS.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Spatial correlation analysis of vegetation changes with runoff height in Gorganrood Watershed

نویسندگان [English]

  • ezatollah ghanavati 1
  • Mohamad ali Parsa boromand 2
  • Ali Ahmadabadi 1
1
2 Kharazmi university of Tehran
چکیده [English]

Spatial Correlation Analysis of Vegetation Changes with Runoff Height in Gorganrood Watershed















Summary

In recent years, flood phenomenon has been one of the hydroclimatic events and one of the most serious natural hazards that has threatened human societies. Indiscriminate exploitation of forests and pastures and land use change and their transformation into unsuitable agricultural lands, along with the indiscriminate construction of residential areas, have caused an increase in floods. Therefore, the flood phenomenon is very important. Therefore, the present study was conducted with the aim of analyzing the spatial correlation of changes in vegetation cover with the height of runoff in the Gorgan River watershed in a 21-year period. For this purpose, from the data of slope, soil type, land unit and land use to prepare the hydrological response unit and Landsat images of different years (2000-2021) to investigate changes in vegetation density using the NDVI index in each of Hydrological response units are used. In this regard, 72 hydrological response units were prepared as basic units in the study area. Also, the height of the runoff was calculated by the SCS method in each of the hydrological response units using the criteria of rainfall height, soil hydrological group, vegetation, land use type and soil texture, so that the cities of Agh Qola, Simin Shahr and Gomish Tepe and the Gorganrood River in the height of the runoff There are many. The results of the analysis of 78% of the spatial correlation between the height of runoff and the density of vegetation showed that the agricultural and garden lands in the plains have increased significantly, while the density of forest and pastures has decreased in the 21-year period. This factor is caused by human activities such as the destruction of forests and pastures and the cultivation of these lands and the development of cities, the height of the runoff has increased. While in the highlands, due to more infiltration, despite the decrease in vegetation density, the runoff height is also low.









Key words: flood, Gorgan River watershed, hydrological response unit, NDVI, SCS.





Introduction

Climate change has had a significant impact on the earth (Miller and Hutchins, 2017, 350), including increasing the change in the hydrological cycle and increasing the probability of extreme weather events such as droughts and floods. (Bates, 2008, 86). Flood is one of the most destructive natural hazards with high occurrence frequency all over the world and has a great impact on the population (Akoko et al., 2020, 120.; Zhou et al., 2016, 2373). For this reason, it has recently increased in areas that have no history of such events such as heavy rainfall followed by floods (Hetiarchichi et al., 2018, 2050). The change of land use due to urbanization has increased the sensitivity to floods (Kaspersen et al., 2015, 22). Because urbanization is largely associated with the destruction of soil and vegetation, which are important factors for limiting surface runoff (Pradhan and Pokharel, 2017, 60). In this regard, many internal and external studies have been conducted in recent years. Many rivers in America (Corkey Fox et al., 2022), Brazil (Verlitis et al., 2022) and China (Guan et al., 2021) are involved in flood risk. Lovell et al.(2014) in a research analyzed the flood extraction model and factors affecting the flood in Perlis, Malaysia. Using remote sensing data and geographic information system, they introduced three geological factors, land use and slope as the most important factors causing floods in the studied area. In a research, Satishkumar et al. (2017) estimated the amount of runoff in North India using the SCS-CN method in a GIS environment. Based on the obtained results, they confirmed the use of this model and method to estimate runoff in their study area. Savido (2018) studied the structure of hydrological response units in order to estimate the runoff curve using geographic information system. In order to extract hydrological response units, they used three characteristics of soil permeability, land cover and river drainage capacity according to the geomorphological characteristics of the basin. In recent years, our country has seen frequent floods. Safari et al. (2013) evaluated the vulnerability of urban areas against flood risk using geographic information system and fuzzy logic in Tehran's third district. In the conducted research, the boundaries of the river channels, the structure, direction and width of the communication network, land use, the combination of worn and new texture, the density of buildings and the overall capacity of the area's flood control as the necessary criteria to evaluate the vulnerability in against the maximum watershed of the basin for the return period of 25 and 50 years were used. Kanavati et al.(2013), using information layers related to slope, profile and planimetric curvature, height, drainage density, distance from waterways, landforms and land use, identified the areas with the highest risk of flooding in Farahzad basin with determined the use of fuzzy model. The results showed that the areas with very high flood risk were in the lower reaches of the basin and corresponded to the main valley of Farahzad, which includes slopes of 20-40%. Natagi et al. (2016), the results of monitoring vegetation changes in Qeshm Island using Landsat images in a 13-year period (1380-1393) showed that during the study period, 21% of the area was mangrove forests and 60% of agricultural lands and The natural cover inside the island has been added. Also, the results of Nikpour et al.'s research (2017), the increase in normalized plant diversity index vegetation in Ilam province in a 17-year period (2000-2016) due to the increase in rainfall and humidity and the increase in agriculture dependent on the Simreh dam and rivers It is watery. They concluded analysis

کلیدواژه‌ها [English]

  • runoff
  • vegetation
  • Gorganruod
احمدآبادی، ع.، کرم، ا، و پوربشیر هیر، م.، 1394. اولویت‌بندی واحدهای پاسخ هیدرولوژیک از نظر نیاز به عملیات آبخیزداری در حوضه آبخیز لتیان، نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، دوره 15، شماره 39، صص 74-57.
پارسایی، ل.، و صلبی، م.، 1391. کنترل و جمع آوری رواناب های شهری گرگان و آق قلا، تبدیل تهدید سیلاب ها به فرصت، اولین همایش سطوح آبگیر ایران.
حسینی، ش.، غفارزاده، ح.، عابدی ز، و شیری، ن.، 1393. بررسی پدیده تغییر اقلیم و تاثیرات آن بر کاربری اراضی طبیعی حوضه آبریز گرگان رود، نشریه محیط زیست طبیعی (منابع طبیعی ایران)، دوره 67، شماره 1، صص 39-25.
زمردیان، محمدجعفر.، 1381 ، ژئومورفولوژی ایران، جلد دوم، چاپ ششم، دانشگاه فردوسی، مشهد.
شعبانی­نیا، ح.، جانباز قبادی غ، و خالدی، ش.، 1399. برآورد مقادیر ارتفاع رواناب و دبی حداکثر سیلاب با استفاده از تلفیق مدل­های اتومات سلوللی و SCS مطالعه موردی: حوضه آبخیز لاویج­رود، مجله مخاطرات محیط طبیعی، دوره 9، شماره 24، 98-79.
صفاری، ا.، ساسان­پور ف، و موسیوند، ع.، 1390. ارزیابی آسیب­پذیری مناطق شهری در برابر خطر سیل با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی و منطق فازی مطالعه موردی: منطقه 3 تهران، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی(علوم جغرافیایی)، دوره 17، شماره 20، صص 150-129.
علیزاده، ا.، 1389، اصول هیدرولوژی کاربردی، چاپ 30، انتشارات آستان قدس رضوی، مشهد.
عیشویی، ا.، میریعقوب­زاده م، و شاهدی، ک.، 1398. آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی و پوشش زمین بمنظور ارزیابی سلامت و پایداری حوزه آبخیز گرگان رود، چهاردهمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران.
فرزین، س، و علی­زاده­صنمی، ف.، 1396. مدلسازی و تحلیل تغییرات رژیم هیدرولوژیکی رودخانه­ها (مطالعه موردی: رودخانه گرگانرود، ایستگاه هیدرومتری تمر)، نشریه علمی-پژوهشی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، دوره 11، شماره 37، صص 45-35.
قنواتی، ع.، کرم ا، و آقاعلیخانی، م.، 1391. ارزیابی و پهنه‌بندی خطر رخداد سیلاب در حوضه فرحزاد (تهران) با استفاده از مدل فازی، مجله جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، دوره 23، شماره 4، صص 138-121.
گنجی، ک.، قره­چلو س، و احمدی، ا.، 1400. تعیین عوامل موثر بر سیل خیزی رودخانه گرگانرود و ریز پهنه بندی خطر سیلاب شهرستان آق قلا با استفاده از تحلیل سلسله مراتبی AHP، فصلنامه جغرافیا و مخاطرات محیطی، دوره: 10، شماره 4، صص 46-25.
محمدی، ح، و پناهی، ع.، 1385. برآورد میزان رواناب با استفاده از روش SCS و GIS در حوضه‌ی آبریز قلعه چای آذربایجان شرقی، نشریه‌ی انجمن جغرافیایی ایران، شماره 10 و 11، 123-119.   
ملاشاهی، ش، و محمدکلته، ا.، 1397. تحلیل فراوانی وقوع سیل در استان گیلان، سیزدهمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران و سومین همایش ملی صیانت از منابع طبیعی و محیط زیست، 10 و 11 مهر، دانشگاه محقق اردبیلی.
ناصری، م.، زهرایی، ب.، پورسیاهی سامیان، ح.، خدادادی م، و دولت­آبادی، ن.، 1400. ارزیابی روش‌های تجربی برآورد جریان در حوضه‌های بدون ایستگاه نمونة پژوهش: حوضة سفیدرود بزرگ، جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، دوره 32، شماره 1، صص 24-1.
ناطقی، س.، نوحه­گر، ا.، احسانی ا، و بذرافشان، ا.، 1396. بررسی تغییرات پوشش گیاهی براساس شاخص­های گیاهی با استفاده از سنجش از دور، فصلنامه علمی-پژوهشی تحقیقات مرتع و بیابان ایران، دوره 24، شماره 4، صص 790-778.
نیک­پور، ن.، نگارش، ح.، فتوحی، ص.، حسینی ز، بهرامی، ش.، 1397. پایش روند تغییرات شاخص پوشش گیاهی یکی از مهمترین شاخص­های تخریب سرزمین (در استان ایلام)، نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، دوره 5، شماره 4، صص 48-21.
Akukwe, T.I. Oluoko-odingo, A.A. and Krhoda, G.O., 2020. Do floods affect food security? A before-and-after comparative study of flood-affected households’ food security status in South-Eastern. Bulletin of Geogrphy. Socio. Economic Series, 47, 115–131.
Bates, B. C. Kundzewicz, Z. W. Wu, S. and Palutikof, J. P., 2008. Climate change and water. Technical paper of the intergovernmental panel on climate change, IPCC secretariat, Geneva, climate Change Policy with a Renewed Environmental Ethic, 21, 85-101.
Flugel, W.A., 1995. Delineating hydrological response units by geographical information system analyses for regional hydrological modelling using PRMS/MMS in the drainage basin of the River Brol, Germany. Hydrological processes, 9(3), 423-436.
Guan, X. Zang, Y. Meng, Y. Liu, Y. Lv, H. and Yan, D., 2021 Study on spatiotemporal distribution characteristics of flood and drought disaster impacts on agriculture in China. International Journal of Disaster Risk, 64, 105-118.
Hettiarachchi, S. Wasko, C. and Sharma, A., 2018. Increase in flood risk resulting from climate change in a developed urban watershed – the role of storm temporal patterns. Hydrology and Earth System Sciences, 22, 2041–2056.
Kaspersen, P.S. Høegh Ravn, N. Arnbjerg-Nielsen, K. Madsen, H. and Drews, M., 2015. Influence of urban land cover changes and climate change for the exposure of European cities to flooding during high-intensity precipitation. Proc. Int. Assoc. Hydrological Sciences, 370, 21–27.
Kurki-Fox, J. A.Doll, B. E.Line, D. E.Baldwin, M. M.Klondike, T. and A.Fox, A., 2022. The flood reduction and water quality impacts of watershed-scale natural infrastructure implementation in North Carolina, USA, Ecological Engineering, 181.
Miller, J.D. and Hutchins, M., 2017. Regional Studies the impacts of urbanisation and climate change on urban flooding and urban water quality: a review of the evidence concerning the United Kingdom. Hydrology. 12, 345–362.
Pradhan-salike, I. and Pokharel, J.R., 2017. Impact of urbanization and climate change on urban Flooding: a case of the Kathmandu valley. Natural Resources and development, 7, 56–66.
Richards, John. A. and Xiuping, Jia., 1999. Remote sensing digital image analysis. Berlin.
Rouse, J.W. Haas, R.H. Schell, J.A. and Deering, D.W., 1973. Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS. In 3rd ERTS Symposium, NASA SP-351 I, 309-317.
Vourlitis, G. L. Pinto Jr, O. Dalmagro, H.J. Zanella de Arruda, P.E. de Almeida Lobo, F. and Souza Nogueira, J., 2022.  Tree growth responses to climate variation in upland and seasonally flooded forests and woodlands of the Cerrado-Pantanal transition of Brazil. Forest Ecology and Management, 505.
Zhao, G. and Gao, H., 2016. Effects of urbanization and climate change on peak flows over the San Antonio river basin, Texas. Journal of Hydrometeorol, 17, 2371–2389.