پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

بررسی روابط کمی بین پوشش جنگلی و متغیرهای هیدروژئومورفیک در حوضه‌های آبخیز تالش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی.
2 استاد گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی.
10.22034/gmpj.2024.450927.1496
چکیده
پژوهش حاضر با هدف شناخت روابط پوشش جنگلی با متغیرهای دبی جریان و دبی رسوب در حوضه‌های منطقه تالش انجام گرفت. این پژوهش در سه مرحله انجام گرفت: الف تحلیل آمار توصیفی متغیرها ب- کشف تغییرات مکانی پوشش جنگلی ج- تحلیل آماری روابط پوشش جنگلی با دبی اب و رسوب. نتایج اولیه نشان داد که بیشترین آبدهی و رسوبدهی در حوضه‌های بزرگ رخ داده است. همچنین، میزان پوشش جنگلی حوضه‌های کوچک شمالی بیشتر از حوضه‌های بزرگ جنوبی است. نتایج حاصل از آزمون همبستگی نشان داد که روابط معنی‌داری بین درصد پوشش جنگلی و دبی جریان حوضه‌ها وجود داشت. ضرایب همبستگی به ترتیب برای دبی‌های متوسط، بیشینه و کمینه برابر با 57/0-، 58/0-، 46/0- بوده و حکایت از نقش مشخص و مثبت جنگل در جلوگیری از رواناب‌های سریع و فرساینده داشت. در مقابل، روابط میان درصد پوشش جنگلی و رسوبدهی در حوضه‌های مورد مطالعه معنی‌داری نبوده و ضرایب همبستگی حاصل برای رسوبدهی متوسط، بیشینه و کمینه به ترتیب برابر با 07/0-، 05/0-، 06/0- حاصل شد که نشانگر رابطه ضعیف همبستگی میان این دو متغیر بود. با این حال، عمل تفکیک حوضه‌ها به صورت حوضه‌های بزرگ (مساحت بالای 100 کیلومترمربع) و کوچک (مساحت کمتر از 100 کیلومترمربع) باعث شد تا روابط همبستگی میان پوشش جنگلی و رسوبدهی حوضه‌ها علی-رغم غیرمعنی‌دار بودن، بهبود یابد، به‌طوری‌که ضرایب همبستگی در حوضه‌های کوچک برای رسوبدهی متوسط، بیشینه و کمینه به ترتیب برابر با 656/0-، 606/0-، 339/0 حاصل شد. با توجه به روابط معنی-دار حاصل، امکان ارائه معادلات رگرسیونی پیش‌بین از دبی‌ متوسط و دبی بیشینه ماهانه حوضه‌ها بر اساس درصد پوشش جنگلی آن‌ها میسر شد. به‌علاوه چنین نتیجه گرفته شد که حوضه‌های کوچک، انعکاس ملموس‌تر و سریع‌تری از فرایندهای تولید و انتقال رسوب در داخل حوضه‌های آبخیز به دست داده و نمایانگر بهتری از روابط بین پوشش گیاهی و رسوبدهی هستند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

The Investigation of Relationship between Forest cover and Hydrogeomorphic Variables in Talesh Catchments

نویسندگان English

Fahimeh Poorfarashzadeh 1
Aghil Madadi 2
Sayyad Asghari 2
1 University of Mohaghegh Ardabili
2 physical geography, universiy of Mohaghegh Ardabili
چکیده English

Introduction

The continuation and stability of the river catchments depends on the passage of water and the transfer of sediment. Just as river flow information is vital for many practical applications such as water allocation, long-term planning, catchment management operations, flood forecasting, design of hydraulic structures, etc., amount of sediment yield in rivers is important from a variety of aspects such as river morphology, engineering designs to river water resource, reservoir dams, river organization to Inhibition of erosion and floods, irrigation networks, etc. are important. Proper and sustainable use of water and soil resources within the river catchments requires awareness of the spatial variations of hydrogeomorphic elements (water discharge, sediment discharge) and the determinants of these variations. Various studies refer to the key role of forests in the water cycle, soil protection and habitat protection, and show that increasing or decreasing forest cover has had an effective role in the hydrogeomorphic regime of the rivers. Due to the importance of interdisciplinary studies and understanding of interactions between different biological and non-biological components of river catchments in regards to sustainability and continuity of natural and human environment, the present study intends to be aware of the quality and quantity of relationships between forest cover and discharge/sediment yield in the Talesh catchments, NW. Iran.

Methodology

This study was based on correlation and regression analysis of the ecohydrological relationships. The research statistical population included the Talesh region and the research sample population included 12 important catchments in this region. The data used included monthly water discharge and sediment yield data of hydrometric stations on the one hand and the digital satellite images included the Aster digital elevation model (DEM) and Landsat 8 image on the other hand. Data analysis tools include geographical information system (GIS), Google Earth, SPSS and Excel. The steps of conducting the research were such that: firstly, the hydrogeomorphic variables including the mean, maximum and minimum rates of water discharge and sediment yield (S.Y), were calculated for 2020yr. Then, the 12 watersheds were extracted based on the position of the hydrometric stations from the DEM with a spatial resolution of 30 meters. The next step was to extract the forest cover from the Landsat 8 image, which was obtained on June 3, 2022. In this regard, the satellite image classification in the form of two class of forest and non- forest was through the maximum likelihood algorithm. Satellite images were classified using 300 training points. Finally, the correlation test between the forest cover and water discharge and sediment yield was performed in the SPSS software. The significant level of correlation relationships was ≤0.05.

Results and Discussion

The results of the correlation test showed that there was a significant relationship between the percentage of forest cover and the water discharge in the catchments. The correlation coefficients (R) were -0.58, 0.58, -0.46, respectively for mean, maximum and minimum discharges, indicating that definite and positive role of the forest in preventing rapid and erosive runoff. In contrast, the relationship between the percentage of forest cover and S.Y in the studied catchments was not significant and the correlation coefficients for mean, maximum and minimum S.Y are at -0.07, -0.05, -0.06 respectively, which is indicative of the weak correlational relationship between the two variables. However, the separation of catchments as large catchments and small led to improvement of correlation relationship between forest cover and S.Y, despite being insignificant, so that correlation coefficients in small basins for mean, maximum and minimal S.Y, respectively of -0.656, -0.60, 0.339, respectively. Given the significant relationships, it was possible to provide regression prediction equations for monthly mean and maximum discharge based on the percentage forest cover in the catchments. The insignificant relationships between forest cover and the sediment load can be explained by complex nature of the sediment load transfer, especially storage and re-movement of sediment load, making it difficult to establish significant relationships between the sediment yield (S.Y) and the environmental variables affecting it. On the other hand, the relationship between vegetation and the S.Y in catchments is usually complex and nonlinear, and therefore the use of nonlinear relationships may make the relationship more complete and obvious. Finally, the multiplication of the factors involved in the production and transferring of sediment load makes it difficult to model and predict the spatial variations of sediment load.

Conclusion

The present study attempted to provide a quantitative analysis of the spatial relationship between the forest cover and the rates of water discharge and sediment yield (S.Y) in the Talesh catchments by adopting an interdisciplinary approach. The results of correlation analysis show that the presence of significant and inverse relationships between the percentage of forest cover and water discharge of the catchments reflects the distinct role of the forest in reducing runoff and the incidence of dangerous floods in the Talesh catchments. In contrast, the relationships between forest cover and S.Y in the studied catchments are not significant. This conclusion shows that we are not able to provide a prediction model of S.Y variations based on the percentage of forest cover in the catchments, but the reverse relationship between the percentage of forest cover and the S.Y of the catchments implies the protective role of the forest in adjusting the process of precipitation, runoff- erosion and enhancing of the environmental quality in catchment systems. First of all, it should be noted that the forest cover variable is considered as a modulator variable or interface between the inlets and outputs of the catchments system, so it is likely that the direct role of the forest on runoff and sedimentation couldn’t be easily grasped by statistics analysis. In this context, there are various natural and human factors that may play a more effective role in the S.Y variation of the catchments than the factor of forest cover. Increasing of correlation coefficients (R) between the percentage of forest cover and S.Y in small catchments indicate that these catchments are an ideal scale for identifying controlling factors of sediment yield.

کلیدواژه‌ها English

Forest
Water Discharge
Sediment Yield
Correlation
Talesh
اتحادی ابری، م.، مجنونیان، ب.، ملکیان، ا.، و جورغلامی، م.، 1398. تأثیر پوشش گیاهی بر میزان رواناب و تولید رسوب در مقیاس پلات درحوزه آبخیز جنگل خیرود، مرتع و آبخیزداری (منابع طبیعی ایران)، دوره 72، شماره 1، صص 14-1.
اسعدی، ر.، کرمی، م.، و جعفری، غ.، 1394. بررسی عوامل عمده تشدید خسارات ناشی از سیل در ایران و روش­های کنترل آن، دهمین سمینار بین­المللی مهندسی رودخانه،ا هواز.
اصغری سراسکانرود، ص.، و جدیدالاسلامی قلعه­نو، م.، 1401. مدل‌سازی منطقه‌ای روابط بین رسوب‌دهی و پوشش گیاهی در حوضه‌های آبخیز کوهستان سبلان. جغرافیای طبیعی، سال 4، شماره 55، 75-63.
ثقفیان، ب.، قرمز چشمه، ب.، و سمیعی، م.، 1384. تجزیه­وتحلیل منطقه‌ای رسوب معلق بر مبنای پردازش تصاویر ماهواره‌ای و تحلیل‌های GIS. سومین همایش ملی فرسایش و رسوب، تهران: مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری کشور.
خبرگزراری مهر، 1402. خسارت ۱۰۰ میلیارد تومانی سیل به تالش، مورخ 30/6/1402، mehrnews.com/x335F6
رنجبر م.، 1388. آبخیزداری (برای دانشجویان رشته جغرافیا)، نشر آییژ، تهران.
ساری صراف، ب.، رجایی، ع.ا.، و مصری علمداری، پ.، 1388. بررسی رابطه بین بارش و توپوگرافی در دامنه­های شرقی و غربی منطقه کوهستانی تالش، جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، سال 20، شماره 35، صص 84-63.
شاه­زیدی، س.، 1401. تحلیل ژئوآنتروپوژنیک پوشش گیاهی ارتفاعات تالش، جلگه‌ها و دشت‌های پیرامون، پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی، سال 12، شماره 1، صص 180-152.
شیخ­بیگلو اسلام، ب.، 1400. شواهد و پیامدهای رویداد سیل در ایران از پیش از تاریخ تاکنون، مدل­سازی و مدیریت آب و خاک، دوره 1، شماره 1، صص 40-24.
علیزاده، ا.، 1394. اصول هیدرولوژی کاربردی، انتشارات دانشگاه امام رضا (ع)، مشهد.
طالبی، ع.، سوزنده­پور، س.ف.، دستورانی، م.ت.، کریمیان، ع.ا.، و سلطانی، م.، 1394، بررسی اثر کابری اراضی در شرایط فعلی و بهینه روی رسوب­دهی حوزه (مطالعه موردی: حوزه آبخیز شور و شیرین شیراز) .علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی (علوم آب و خاک)، شماره 72، صص 47- 55.
طبرزدی، ا.، جورغلامی، م.، مقدم­نیا، ع.، مجنونیان، ب.، عطارد، پ.، 1397. ارزیابی اثر پوشش جنگلی بر پارامترهای کمی و کیفی رواناب در حوزۀ آبخیز پارک جنگلی چیتگر تهران، مرتع و آبخیزداری، دوره 71، شماره 2، صص 1011-997.
عرب­خدری م.، 1384. بررسی رسوبدهی معلق حوزه­های آبخیز ایران. تحقیقات منابع آب ایران، دوره 1، شماره 2، صص 60-51.
عرب­خدری، م.، 1393. مروری بر نرخ فرساش آبی و تولید رسوب در ایران، ترویج و توسعه آبخیزداری، دوره 2، شماره 4 ، صص 30-23.
عرب­خدری، م.، 1400. وضعیت فرسایش آبی و رسوبدهی ایران، واکاوی آماری و مقایسه­ای. پژوهش­های راهبردی در علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دوره 6، شماره 2، صص 156-139.
فرخ‌زاده، ب.، آذرخشی، م.،  مهدوی، م.، سلاجقه، ع.، 1387.  بررسی منطقه‌ای منحنی سنجه رسوب در اقالیم مختلف ایران، منابع طبیعی ایران، دوره 61، شماره1، صص 12-1.
کاویان ع.ا.، و صفری ع.، 1392. تعیین مدل مناسب برای برآورد رسوبدهی با استفاده از روش­های آماری، مطالعه موردی: حوزه آبخیز بابلرود. تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، سال 13، شماره 30، صص 130-111.
کریمی، ن.، غلامی، ل.، کاویان، ع.ا.، و خالدی درویشان، ع.ا.، 1401. تعیین سهم ویژه منابع رسوب معلق در آبخیز واز با استفاده از ویژگی­های ژئوشیمیایی. اکوهیدرولوژی، دوره 9، شماره 4، صص 718-705.
گرامی لوشابی، زهرا.، عرب­خدری، محمود.، اسدی، حسین.، و بیات، رضا.، 1395.  تأثیر نوسانات زمانی فرسایندگی باران بر تغییرات فصلی رسوب­دهی معلق (مطالعه ی موردی: حوزه کسیلیان). مدیریت حوزه آبخیز، شماره 14، صص 167- 176.
نجفیان، ل.، کاویان، ع.ا.، قربانی، ج.، و تمرتاش، ر.، 1389. اثر فرم رویشی و مقدار پوشش گیاهی بر تولید رواناب و رسوب اراضی مرتعی منطقه سوادکوه مازندران. مرتع، سال 4، شماره 2، صص 347-334.
وروانی ج.، فیض­نیا س.، مهدوی م.، و عرب­خدری م. 1380. بررسی رسوب­دهی سرشاخه­های اصلی سد وشمگیر رودخانه گرگانرود، همایش ملی مدیریت ارضی، فرسایش خاک و توسعه پایدار، اراک: مرکز تحقیقات منابع طبیعی و امور دام استان مرکزی, مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری ، صص 233-219.
Du, J., & Shi, C. X., 2013. Modeling and analysis of effects of precipitation and vegetation coverage on runoff and sediment yield in Jinsha River Basin. Water Science and Engineering, 6(1), pp. 44-58.
Molina, A., Govers, G., Poesen, J., Van Hemelryck, H., De Bièvre, B. and Vanacker, V., 2008. Environmental factors controlling spatial variation in sediment yield in a central Andean mountain area. Geomorphology, 98(3-4), pp.176-186.
Sam, T. T., & Khoi, D. N., 2022. The responses of river discharge and sediment load to historical land-use/land-cover change in the Mekong River Basin. Environmental Monitoring and Assessment, 194(10), pp. 700.
Meshram, S.G., Singh, V.P., Kisi, O., Karimi, V. and Meshram, C., 2020. Application of artificial neural networks, support vector machine and multiple model-ANN to sediment yield prediction. Water Resources Management, 34(15), pp.4561-4575.
Ouyang, W., Hao, F., Skidmore, A. K., & Toxopeus, A. G., 2010. Soil erosion and sediment yield and their relationships with vegetation cover in upper stream of the Yellow River. Science of the Total Environment, 409(2), pp. 396-403.
Rymszewicz A., Bruen M., O'Sullivan J.J., Turner J.N., Lawler D.M., Harrington J.R., Conroy E., Kelly-Quinn M., 2018. Modelling spatial and temporal variations of annual suspended sediment yields from small agricultural catchments, Science of the Total Environment, 619, pp. 672-684.
Shi, Z.H., Huang, X.D., Ai, L., Fang, N.F. and Wu, G.L., 2014. Quantitative analysis of factors controlling sediment yield in mountainous watersheds. Geomorphology, 226, pp.193-201.
Swain, J.B., & Patra, K.C., 2017. Stream flow estimation in ungauged catchments using regionalization techniques. Hydrology, 554, pp. 420-433.
Yang, S.L., Shi, Z., Zhao, H.Y., Li, P., Dai., S.B., and Gao, A., 2004. Effects of human activities on the Yangtze suspended sediment flux into the estuary in the last century. Hydrology and Earth System Sciencies, 8(6), pp. 1210-1216.
Zhao, J., Vanmaercke, M., Chen, L., & Govers, G., 2016. Vegetation cover and topography rather than human disturbance control gully density and sediment production on the Chinese Loess Plateau. Geomorphology, 274, pp. 92-105.