نقش خصوصیات خاک و آستانه توپوگرافی بر فرسایش خندقی در حوضه آبخیز رودخانه شور (شهرستان مُهر)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی.

2 دانشیار گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی.

3 دانشجوی دکتری ژئوورفولوژی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی.

10.22034/gmpj.2021.310000.1309

چکیده

هدف این پژوهش، بررسی تاثیر ویژگی‌های خاک و آستانه توپوگرافی بر فرسایش خندقی درحوضه آبخیز رودخانه شور (شهرستان مهر) بوده است. بدین منظور، 15 خندق به صورت تصادفی برای نمونه‌برداری و مورفومتری انتخاب شد. سپس با استفاده از تحلیل خوشه‌ا‌ی، خندق‌ها بر اساس ویژگی‌های ژئومتری به روش Ward و مقیاس مجذور فاصله اقلیدسی خوشه‌بندی شدند. از رگرسیون چند متغیره برای نمایش تاثیر ویژگی‌های خاک استفاده شد. همچنین برخی ویژگی‌های خندق‌ها نظیر شیب متوسط و مساحت حوضه‌ آبخیز راس خندق‌ها به وسیله نرم افزار Arc-GIS بر روی نقشه‌های توپوگرافی مشخص شد. با توجه به نتایج تحلیل خوشه‌ا‌ی، خندق‌ها در سه گروه طبقه‌بندی شدند و برای آنالیزهای آماری از گروه یک استفاده شد. نتایج نشان داد در گسترش طولی و سطح مقطع خندق‌ها به ترتیب میزان ماسه (299/9) (162/7)، نسبت جذب سدیم(967/7) (769/5) و مواد خنثی‌شونده (185/6) (240/5) ضریب تاثیر بیشتری در ایجاد و گسترش خندق داشته‌اند. این در حالی است که وجود مواد آلی به ترتیب با مقادیر (058/3-) (390/-) و پتاسیم (410/-) (030/-) مانع از گسترش فرسایش خندقی در منطقه می‌گردد. با توجه به نتایج فرمول آستانه توپوگرافی منطقه (S=6759.756A^(-.556)) فرآیند رواناب سطحی به عنوان فرآیند غالب هیدرولوژیکی موثر بر گسترش فرسایش خندق‌ها شناخته شد. این نتایج نشان دهنده‌ی تاثیر نوع سازند زمین‌شناسی (نسبت جذب سدیم، مواد خنثی‌شونده و ماسه) و ویژگی‌های حوضه آبخیز راس خندق در تولید رسوب ناشی از فرسایش خندقی است که برآیند این عوامل موجب گسترش طولی و سطح مقطع خندق‌ها در منطقه مورد مطالعه می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Role of Soil Characteristics and Topographic Threshold on gully Erosion in Shoor River Watershed (Mohr Township)

نویسندگان [English]

  • Aghil Madadi 1
  • Sayyad Asghari 2
  • mehri marhamat 3
1 physical geography, universiy of Mohaghegh Ardabili
2 physical geography, universiy of Mohaghegh Ardabili
3 geography,social,,mohagegh ardebili,shiraz,iran
چکیده [English]

Introduction

Gully erosion as one of the common forms of erosion causes deformation of the land surface and its spread is one of the main reasons for the destruction of agricultural lands, communication roads and irrigation system of the basin, especially the plains on the slopes east of the basin to Chaho village. The area is eroded and made inaccessible through the creation and development of ditches and the agricultural productivity of the area is reduced. Therefore, by studing the physical and chemical properties of the soil and also determining the topographic threshold, an attempt has been made to identify the factors affecting gully erosion and to prevent the damages caused by it as much as possible with a more accurate prediction.

Methodology

The study area is the Shoor River watershed in the East and Northeast of Mohr city, which is located in the south of Fars province with an area of 101350 hectares. This watershed is located between 27 degrees, 27 minutes and 22 seconds to 27 degrees, 49 minutes and 41 seconds North latitude and 52 degrees, 24 minutes and 58 seconds to 52 degrees, 59 minutes and 14 seconds East longitude. According to the divisions of the country's catchments, the study area is part of the catchments of the Shoor and Mehran rivers, which eventually enters the Persian Gulf.

In order to initially identify the natural features of the basin and collect theoretical topics, basic topographic maps (scale 1: 25000) of the National Mapping Organization and geological map (scale 1: 100000), Geological Survey and Mineral Exploration Organization were used. ArcMap version 10.3 software was used to draw the maps. Then 15 ditches were randomly selected. To select the topographic threshold, all selected ditches in the relation were used. While to study the physical and chemical properties of soil (sand, clay, silt, PH, EC, TNV, Mg, Ca, K, Ca, SAR, Na) and geometric measurements, gullys based on cluster analysis It was classified in which geometric measurements were considered as dependent variables and soil physical and chemical properties were considered as independent variables. Tests were performed on the data in SPSS software.

Results and Discussion

The results of clustering analysis showed that the gullys were classified into three groups. Since more than 53% of gullys are in group one, they have been used for statistical analysis. Correlation and multiple regression models were performed to analyze the relationship between dependent and independent variables. The results of Pearson correlation showed that the length and width of gullys had a very strong relationship with the variable of sodium (/ 866) and SAR (/ 826) while it had a negative relationship with the variable of soil PH (-258). Then, using multivariate regression, the relationship between the independent variables and the gully length and gully cross section was determined. The results showed that the amount of sand, SAR, TNV and sodium had the greatest role in the longitudinal and cross-sectional area of the gullys , respectively. However, the presence of OC and K prevents the spread of moat erosion in the region. According to the results of the topographic threshold formula of the region (S=6759.756A^(-.556) ), the surface runoff process was recognized as the dominant hydrological process affecting the spread of gully erosion.



Conclusion

gully erosion plays a major role in soil degradation. Rapid progression of moat erosion at the eastern end of the basin In addition to the destruction of a large area of agricultural land and rangeland of the basin, are a serious threat to several villages, especially the villages of Qala-e-Seyed and Chahoo and even part of the city of Mohr. The results of the longitudinal expansion and cross-sectional area of the gullys show the high impact of SAR, TNV and sodium in the soil in creating and spreading the gully erosion. However, OC and K prevent the formation and spread of gully erosion. the soil texture is mainly sandy and loamy and sand has the highest percentage in all samples. Sand particles weaken the soil structure and in spite of water, they lose their cohesion and the underlying layers dissolve and then the upper surface of the gully collapses and causes the development of the gully. The results of topographic threshold showed that surface runoff causes gully erosion so that the lower the slope of the area, the more upstream area and more runoff is produced and easily washed with aggregates with low stability and creating valleys along the route. It causes gully erosion. Based on the results of the research, it is suggested that due to the high amount of sodium, chemical modification should be done first and then the vegetation in the area should be modified and created. Due to the high production of surface runoff, mechanical runoff can be collected through temporary methods including creating temporary dams, rock dams, and soil dams at the end of gullys. It is suggested that combined methods such as CF statistical methods and ME algorithm for modeling be used to more fully investigate the gully erosion of the area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cluster analysis
  • Shoor River
  • Geometry
  • Cross section
  • Hydrological
آقارضی، ح.، داودی راد، ع.ا.، مردیان م، وصوفی، م.، 1393. بررسی آستانه مساحت شیب خندق‌ها در حوضه آبخیز ظهیر آباد شازند-استان مرکزی، مهندسی و مدیریت آبخیز، دوره6، شماره 1، صص 9-1.
اداره کل هواشناسی استان فارس.، 1399. 
اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان فارس معاونت آبخیزداری.
اسماعیل‌نژاد، ل.، سیدمحمدی ج، و بخشی پور، ر.، 1391. تاثیر ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و کانی شناسی خاک بر مورفولوژی آبکندها در اراضی مارنی جنوب استان گیلان، پژوهش‌های آبخیزداری، دوره 25، شماره 2، صص 16-7.
اصغری، ص.، 1396. تحلیل عوامل موثر بر خندق‌زایی در حاشیه شرقی سواحل دریاچه ارومیه، فضایی جغرافیای، دوره 17، شماره 58، صص 301-285.
باقریان کلات، ع.، 1398. تحلیل میزان فرسایش و رسوب ناشی از رخساره‌های فرسایشی حوضه با مدل شبیه‌ساز باران، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، دوره8، شماره 2، صص 85-71.
بالنده، ن.، احمدی، ع.، سکوتی ر، ودربندی، ص.، 1392. تعیین شراط آستانه توپوگرافی گسترش فرسایش خندقی با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی (مطالعه موردی:حوضه آبخیز ریحانلو - آذربایجان غربی)، تحقیقات کاربردی خاک، جلد1، شماره 2، صص 15-1.
بشارتی، ب.، عابدینی م ، واصغری، ص.، 1397. بررسی و تجزیه و تحلیل عوامل موثر بر ایجاد و توسعه فرسایش خندقی در حوضه آبخیز شور چای. تحقیقات جغرافیایی، دوره 33، شماره 2، صص222-206.
راهی، غ.، کاویان، ع.، سلیمانی ک، وپورقاسمی، ح.، 1400. تعیین نقش کاربری اراضی و خاک بر آستانه توپوگرافی توسعه خندق‌ها در استان بوشهر، مرتع و آبخیزداری، مجله منابع طبیعی ایران، دوره74، شماره 1، صص 81-69.
رستمی‌زاده ق، وخانبابایی، ز.، 1398. ارزیابی تاثیر ویژگی‌های فیزیکی- شیمیایی خاک بر میزان فرسایش خندقی، فرسایش محیطی، دوره 9، شماره 4، صص 51-35.
رستمی‌زاده ق، وخانبابایی، ز.، 1395. ارزیابی تاثیر ویژگی‌های فیزیکی- شیمیایی خاک بر گسترش فرسایش خندقی (مطالعه موردی:شهرستان دره شهر)، محیط زیست و مهندسی آب، دوره 2، شماره 4، صص 389-376.
زمان‌زاده م، واحمدی، م.، 1392. تاثیر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک در شکل‌گیری و گسترش فرسایش خندقی (مطالعه موردی: فارس، منطقه دشت کهور لامرد)، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، دوره 2، شماره2 ، صص 156-135.
سلیمان‌پور، م.، صوفی، م.، روستا م.ج، وشادفر، ص.، 1398. محاسبه حجم خاک از دست رفته‌ی ناشی از فرسایش خندقی و برآورد هزینه‌ی اقتصادی آن (مطالعه موردی:حوزه آبخیز قاضیان استان فارس)، علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، دوره 13، شماره 46، صص 121-112.
سلیمان‌پور، م.، صوفی م، واحمدی،م.، 1389. بررسی آستانه توپوگرافی و عوامل موثر بر رسوب‌زایی و گسترش خندق‌ها در منطقه نی‌ریز استان فارس، مرتع و آبخیزداری (منابع طبیعی ایران)، دوره 63، شماره 1، صص 53-41.
سلیمان‌پور، م.، صوفی م، واحمدی، ح.، 1386. بررسی فرآیند غالب هیدرولوژیک در گسترش خندق‌ها با استفاده از آستانه توپوگرافی در اقلیم‌های مختلف استان فارس، همایش زمین‌شناسی کاربردی و محیط زیست، دوره 3، صص 8-1.
شادفر، ص.، 1390. بررسی فرسایش خندقی با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی در شهرستان رودبار استان گیلان، پژوهش‌های محیطی، دوره 1، شماره 3، صص30-16.
شهاب آرخازلو ح، واصغری، ش.، 1399. برآورد فرسایش خندقی بر پایه معادلات REGEM و اصلاح ضرایب آن در استان اردبیل، تحقیقات کاربردی خاک، دوره 8، شماره 1. صص 162-173.
شهبازی، خ.، خسروشاهی، م.، حشمتی م، وقیطوری، م.، 1399. مقایسه نقش سازند زمین‌شناسی و عوامل توپوگرافی در آستانه‌های فرسایش خندقی، پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، دوره 11، شماره 21، صص 269-259.
شهریور، ع.، دیون سونگ، ک.، جزوب، ش.، انور ع، وصوفی، م.، 1391. نقش هدایت الکتریکی(EC) و نسبت جذب سدیم (SAR) در گسترش فرسایش خندقی در مناطق نیمه خشک استان کهگیلویه و بویراحمد، پژوهش در علوم کشاورزی، دوره 8، شماره 1، صص 12-1.
صفاری، ا.، کرم، ا.، شادفر ص، واحمدی، م.، 1398. تاثیر ویژگی‌های خاک بر مورفولوژی و گسترش فرسایش خندقی (مطالعه موردی: حوضه رودخانه مهران لامرد، فارس)، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، دوره8، شماره1، صص 146-130.
عرب‌عامری، ع.، رضایی خ، ویمانی، م.، 1398. ارزیابی حساسیت زمین نسبت به فرسایش خندقی با تکنیک داده‌کاوی گروهی مطالعه موردی: حوضه شاهرود، علوم زمین، دوره 28، شماره111، صص139-150.
عنایتی، ک.، روستا م.ج، ووکیلی، آ.، 1390. بررسی آثار جداگانه و توام مواد آلی و معدنی بر اندازه خاکدانه‌ها در یک خاک شور و سدیمی با بافت سیلت لوم، علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، دوره 15، شماره 56، صص 178-169.
عوض زاده توکلی، ف.، 1388. برآورد میزان گسترش طولی خندق با استفاده از مدل (مطالعه موردی:استان بوشهر)، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران.
محمد ابراهیمی، م.، جوادی م.ر، وخواه مهدی، و.، 1395. تعیین عوامل موثر در رخداد فرسایش خندق پنجه‌ای در حوزه آبخیز آق امام (2)، آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، دوره 30، شماره 6، صص 1992-1978.
نیسی، س.، خلیلی مقدم ب، وذرتی پور، ا.،  1396. مدل‌سازی عوامل موثر بر رشد طولی خندق‌های مارنی و تعیین سهم تولید رسوب حاصل از آن‌ها (مطالعه موردی: حوزه درب خزینه خوزستان)، مرتع و آبخیزداری (منابع طبیعی ایران)، دوره 70، شماره 2، صص 541-531.
یثربی، ب.، صوفی، م.، میرنیا خ، ومحمدی، ج.، 1392. بررسی تاثیر ویژگی‌های توپوگرافی و خاک بر گسترش آبکندهای جبهه ی در کاربری کشاورزی مطالعه موردی:استان ایلام، مهندسی و مدیریت آبخیر، دوره 5، دوره 1، صص40-31.
Alimonu oparaku, L., & Terungwa lwar, R. (2018). Relationships between average gully depths and widths on geological sediments underlying the Idah-Ankpa Plateaue of the North Central Nigeria. International soil and water conservation research, 6(1), 43-50.
Asgharisaraskanroud, S., Zeinali, B., & Mohammadnejad, V. (2017). Analysis physical and chemical properties of soil and morphometric impacts on gully erosion. Desert, 22-2, 157-166.
Casabella-Gonzalez, M.J., Borselli, L., & Garcla-Meza, J.V. (2021). Soil horizon erodiblity assessment in an area of Mexico susceptible to gully erosion. Journal of southAmerican earth sciennces, 111, 103497.
Che Othaman, N.N., Mdisa, M.N., Ismail, R.C., Ahmad, M. I., and Hui, C.K. (2020). Factors that affect soilelectrical conductivity(EC)system for smart farming application. AIP conference proceedings 2203,020055-6.
Deng, Y., Cai, Ch., Xia, D., Ding, Sh., Chen, J., & Wang, T. (2017). Soil atterbering limits of different weathering profilesof the collapsing gullies in the hilly granitic region of southern China. Soil earth, 8, 499-513.
Dlapa, P., Chrenkova, K., Mataix-Solera, J., & Simkovic, I. (2012). Soil profile improvement as a byproduct of gully stabilization measures.Catena, 92, 155-161.
Dotterweich, M., Rodzik, J., Zgtobicki, W., Schmitt, A., Schmidtchen, G., & Brok, H-R. (2012). High resolution gully erosion and sedimentation processes, and land use changes since the Bronze Age and future trajectories in the Kazimierz Dolny area (Naleczow Plateau, SE-Poland). CATENA, 95, 50-62.
Guan, Y., Yang, Sh., Zhao, Ch., Lou, H., Chen, K., Zhang, Ch., & Wu, B. (2021). Monitoring long- term gully erosion and topographic thresholds in the marginal zone of the Chinese Loess Plateau. Soil and Tillage Research, 205,104800.
Istanbulluoglu, E., Rafeal, L., & Flores-Cervantes, H. (2005). Impalication of bank failures and fluvial erosion for gully development: field observation and modeling. Geophysical Research, 110, 1014-1029.
Majhi, A., Nyssen, J., & Verdoodt, A. (2021). What is the best technique to estimate topographic thresholds of gully erosion? Insights from a case study on the permanent gullies of Rarh plain, India. Geomorphology,375, 107547.
Ocheli, A., Ogbe, O.B., & Aigbadon, G.O. (2021). Geology and geotechnical investigations of the Anambra Basin, Southeastern Nigeria: implication for gully erosion Hazards. Environmental system reaserch,10(23), 1-27.
Ollobarren, P., Campo-Bascos, M., Gimenze, R., & Casall, J. (2018). Assessment of soil factors controlling ephemeral gully erosion on agricultural fields. Earth surface processes and landforms, 1-50.
Olubanjo, O.O., & Olobanjo, A.M. (2018). The effect of gully erosion in Ilara-Mokin, Ondo State, Negeria. Ijesrt, 205-218.
Poeson, J., Nachtergeale, J., Verstreaten, G., & Valentin, C. (2003). Gully erosion environmental change: importance and research needs. Catena, 50, 91-133.
Rotta, C.M.S., & Zuquette, L.V. (2013). Erosion feature reclamation in urban areas: typical unsuccessful examples from Brazil. Environ Earth Sci. 72, 535–555.
Sadna, U., & Bajwa, M. (1985). Manganese equilibrium in submerged sodic soils as influenced by application of gypsum and green manuring. The journal of agricultural science, 104(2), 257-261.
Saha, A., Chandra pal, S., Arabameri, A.R., Chowdhuri, I., Rezaie, F., Chakrabortty, R., Roy, P., & Manisa, SH. (2021). Optimization modelling to establish false measures implemented with ex-situ plant species to control gully erosion in monsoon–dominated region with novel in situ measurements. Enviromental management, 287, 112284.
Soufi, M., Bayat, R., Davudirad, A., Zanjanijam, M., & Esael, H. (2020). Topographic thresshod of gully erosion in Iran: a case study of Fars, Zanjan, Markazi and Golestan provinces. Gully erosion studies from India and surrounding regions, 381-392.
Torri, D., poesen, J., Rossi, M., Amici, V., Spennacchi, D., & Cremer, C. (2018). Gully head modelling: A Mediterranean badland case study. Earth surface processes and landforms, 43, 2547-2561.
Torri, D., & Poesen, J. (2014). A review of topographic threshold conditions for gully head development in different environments. Earth-Science Reviews, 130, 73-85.
Volker, P. (2011). Soil erosion in the Swiss midlands: Results of a 10 year field survey. Geomorphlogy, 124(1), 32-41.
Wen, H., Ni, Sh., Wang, J., & Cai, Ch. (2021). Changes of soil quality induced by different vegetation restoration in the collapsing gully erosion areas of southern China. International soil and water conservation research, 9, 195-206.
Zare, M., Soufi, M., Nejabat, M., & Pourghasemi, H.R. (2020). The topographic threshold of gully erosion contributing factors. Research square, 1-30.
Zhung, S.Y., Zhuo, M.N., Xie, Z.Y., Yuan, Z.J., Wang, Y.T., Hung, B., liao, Y.S., Li, D.Q., & Wang, Y. (2020). Effects of near soil surface components on soil erosion on steep granite red soil colluvial deposits. Geoderma356.