ارزيابي تكنيك هاي نقشه برداري رقومي در پيش بيني رسوب و رواناب با استفاده از مدل هاي RUSLE و SWAT در بخشي از حوضه آبخيز زاينده رود

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

علوم و مهندسي خاك

دكتري

فرسايش خاك مهمترين عامل تخريب زمين¬ها در سطح جهان، به¬ويژه در مناطق نيمه¬خشك، است كه استفاده پايدار از منابع خاك جهان را تهديد مي¬كند. كمبود دانسته¬ها در زمينه فرسايش و رسوب به پيچيدگي فرآيندهاي فرسايش مرتبط است كه پيش¬بيني فرسايش خاك را هزينه¬بر، وقت گير و دشوار مي¬كند. اين دشواري منجر به توسعه مدل‌ها و ابزارهاي مختلفي شده است كه به دنبال ساده‌سازي مدل¬هاي فرسايش خاك و بهبود درك ما از الگو و فرآيندهاي فرسايش خاك هستند. بدين منظور اين پژوهش در چهار بخش شامل پيش¬بيني برخي از ويژگي¬هاي فيزيكي و مكانيكي موثر بر فرسايش خاك با مدل-هاي يادگيري ماشين، پيش¬بيني فاكتور فرسايش¬پذيري خاك با روش¬هاي مختلف يادگيري ماشين، مقايسه نقشه¬برداري سنتي و نقشه¬برداري رقومي در پيش¬بيني فرسايش خاك با مدل RUSLE و برآورد رواناب و رسوب با استفاده از مدل SWAT در زيرحوضه آبخيز مندرجان انجام شد. مساحت تقريبي حوضه مورد مطالعه 22000 هكتار است كه با روش نمونه-برداري مربع لاتين هايپركيوب شرطي 100 نمونه¬ خاك رويين (0تا 30 سانتي¬متر) برداشت شد. نتايج پيش¬بيني برخي از ويژگي¬هاي فيزيكي و مكانيكي موثر بر فرسايش خاك با مدل¬هاي يادگيري ماشين نشان داد كه مدل جنگل تصادفي نسبت به دو مدل كيوبيست و ماشين بردار پشتيبان نتايج قابل قبول¬تري را ارائه مي¬دهد و زماني كه مدل از متغيرهاي محيطي (توپوگرافي و سنجش از دور)، داده¬هاي طبقه¬بندي به همراه ويژگي¬هاي خاك استفاده مي¬كند، دقت قابل قبول¬تري ارائه مي¬دهد. پيش¬بيني فاكتور فرسايش¬پذيري خاك با روش¬هاي مختلف يادگيري ماشين با دو رويكرد انجام شد. نتايج اين بخش از پژوهش نشان داد كه روش¬هاي يادگيري ماشين با موفقيت توزيع مكاني فرسايش¬پذيري خاك را پيش¬بيني نمودند و همچنين اين پيش¬بيني¬ها در رويكرد دوم قابل اعتمادتر و داراي دقت بيش¬تري بود. مقايسه نقشه¬برداري سنتي و نقشه-برداري رقومي در پيش¬بيني فرسايش خاك با مدل RUSLE گوياي اين واقعيت بود كه نتايج به¬دست آمده با دو روش مذكور تفاوت چنداني با هم نداشتند. اين يافته مؤيد آن است كه مدل RUSLE با داده¬هاي محدود و بسيار ساده مي¬تواند پيش¬بيني خوبي از فرسايش خاك در منطقه ارائه دهد. فرسايش كل منطقه برابر 177908 تن در سال (با ميانگين حدود 8 تن در هكتار در سال) و ميزان رسوب تحويلي در نقطه خروجي حوضه برابر 83/2 تن در هكتار در سال برآورد شد. رسوب خروجي ازحوضه نيز با چهار مدل مختلف نسبت تحويل رسوب برآورد شد كه مدل Slope-based با برآورد 74/2 تن در هكتار در سال نتايج قابل قبول و نزديكتري به داده¬هاي واقعي ايستگاه هيدرومتري نشان داد. در بخش برآورد رواناب و رسوب با استفاده از مدل SWAT ضريب تبيين و نش-ساتكليف براي واسنجي و صحت¬سنجي رواناب به ترتيب برابر 69/0، 64/0، 72/0 و 66/0 بدست آمد. همچنين ضرايب مزبور براي واسنجي و صحت¬سنجي رسوب به ترتيب برابر 62/0، 60/0، 58/0 و 55/0 بود. با بررسي روند جريان شبيه¬سازي شده با مدل SWAT در مراحل واسنجي و صحت¬سنجي براي رواناب و رسوب گوياي اين بود كه مدل با دقت قابل قبولي توانست رخدادها را در زيرحوضه آبخيز مندرجان پيش¬بيني نمايد. ميزان توليد رسوبي در نقطه خروجي توسط مدل SWAT براي داده¬هاي واسنجي برابر 7/4 تن در هكتار در سال برآورد شد كه مقدار ميانگين داده¬هاي مشاهداتي در اين سال¬ها برابر 93/3 تن در هكتار در سال بود. نتايج مدل¬هاي RUSLE و SWAT نسبت به داده¬هاي واقعي به¬ترتيب كم¬برازش و بيش¬برازش داشتند. كلاس فرسايش¬ خاك منطقه با روش¬هاي RUSLE و SWAT تهيه شد و مناطق با كلاس¬هاي شديد و بسيار شديد قرار گرفت كه نياز به اقدامات فوري براي عمليات حفاظت بيولوژيك و مكانيكي دارند تا منجر به كاهش رسوب به مخزن سد زاينده¬رود گردد.

231583

مديريت منابع اراضي

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان