ارزیابی مدل های رقومی ارتفاع جهت تهیه نقشه پتانسیل فرسایش خندقی با استفاده از مدل مکسنت و سامانه اطلاعات جغرافیایی (مطالعه موردی: حوزه آبخیز سمیرم، جنوب استان اصفهان)

پیشینه و هدف فرسایش خندقی به عنوان یک نوع فرسایش آبی در اقلیم های متفاوتی از مناطق خشک تا مرطوب گسترش یافته است. این نوع از هدر رفت خاک با تجمع رواناب ها، موجب جابجای و تخریب افق های سطحی خاک می گردد. در مناطق وسیعی از ایران در شمال، مرکزی و جنوب با این نوع هدر رفت خاک مواجه می باشند. درواقع فرسایش خندقی به دلایل توپوگرافی متنوع، فرسایش پذیری خاک، عدم مدیریت صحیح خاک و کاربری نامناسب اراضی در بسیاری از این مناطق رخ می دهد. بنابراین برای حفاظت خاک در این مناطق لازم هست که نقشه حساسیت به فرسایش خندقی در دسترس مدیران و برنامه ریزان قرار داشته باشد. پارامترهای زیادی در ایجاد فرسایش خندقی تاثیر دارند ازجمله خاک، زمین شناسی منطقه، تکتونیک، هیدرولوژی، کاربری اراضی، پوشش گیاهی و توپوگرافی، که در مطالعات مختلف در سراسر جهان به آن اشاره شده است. معیار توپوگرافی منطقه از پارامترهای مهم در ایجاد فرسایش آبی ازجمله فرسایش آبکندی محسوب می گردد، که در هر منطقه با توجه به ویژگی های فیزیکی منطقه منحصربه فرد عمل می­کند.  این پارامتر همچنین در واقع به صورت غیرمستقیم بر دیگر شاخص ها و یا معیارها تاثیرگذار است (مانند تاثیر آن بر پوشش گیاهی، اقلیم یا خاک منطقه). اگرچه تحقیقات زیادی در زمینه فرسایش خندقی صورت گرفته است، ولی مطالعات کمی در زمینه کاربرد مدل های آماری تصادفی انجام گرفته است. این مطالعه اولین تحقیق در زمینه کاربرد مدل آماری حداکثر آنتروپی مکسنت در مناطق مرکزی ایران با تاکید بر اهمیت شاخص های توپوگرافی مستخرج از مدل های رقومی رایگان است. و به عنوان یک روش جدید جهت تهیه نقشه حساسیت فرسایش خندقی در حوزه آبخیز سمیرم در جنوب استان اصفهان است. این حوزه آبخیز توسط تحت تاثیر فرسایش های شدید آبی از جمله خندقی، شیاری و لغزشی است. همچنین این مطالعه ارزیابی نتایج در مدل رقومی ارتفاعی SRTM و ASTER با قدرت تفکیک 30 متر در تهیه نقشه خطر فرسایش خندق است که داده های فوق از سایت زمین شناسی امریکا (USGS) تهیه گردید. تاکید اصلی در این تحقیق بر روی شاخص های توپوگرافی بود زیرا که این شاخص ها به صورت مستقیم و غیرمستقیم بر روی ویژگی ها خاک، پوشش گیاهی و اقلیم نیز تاثیرگذار می باشند. مواد و روش ­ها در این تحقیق برای پیش بینی مناطق حساس که در نتیجه فرسایش خندقی می ­باشند شامل مراحل ذیل است. در مرحله اول، با استفاده از تصاویر گوگل ارث و عکس های هوایی و همچنین عملیات میدانی اقدام به دیجتایز کردن تعدادی از مناطق فرسایش خندقی به صورت پلی گون انجام گردید که در ادامه کار تبدیل به نقاط گردیدند. در مرحله دوم اقدام به تهیه مهم ترین شاخص های توپوگرافی  موثر به عنوان لایه های محیطی موثر بر رخداد فرسایش خندقی گردید. شاخص های توپوگرافی شامل شاخص رطوبت توپوگرافی، شاخص انحنا، شاخص انحنا پروفایل، شاخص شیب، شاخص جهت، شاخص قدرت فرسایندگی جریان، شاخص طول جریان، شاخص حوزه یا تمرکز جریان، شاخص همگرایی، شاخص ارتفاع و شاخص LS. این شاخص ها از دو  مدل رقومی ارتفاعی ASTER و SRTM با دقت 30 متر در محیط نرم افزار ساگا جی ای اس (SAGAGIS) تهیه گردید که در نهایت تبدیل به فرمت ASCII جهت اجرای مدل گردید. قبل از استخراج این شاخص های توپوگرافی، پیش پردازهای لازم شامل فیلترگذاری و حذف خطاهای هیدرولوژیک و در محیط نرم افزار ArcGIS و ساگا و با استفاده از الگوریتم داربکس و پلانچون اقدام گردید. مدل مکسنت مدل حداکثر آنتروپی یک روش کلی برای پیش بینی یا استنباط از اطلاعات ناکامل است. این مدل برنامه های کاربردی در مناطق مختلف مانند نجوم، بازسازی تصویر، فیزیک آماری و پردازش سیگنال را مورد بررسی قرار می دهد. ایده مدل مکسنت تخمین احتمال رخداد هدف مورد مطالعه است. در واقع این مدل تنها نیاز به داده های رخداد فرسایش خندقی نیاز دارد (داده های موجود) از دیگر مزایای این مدل موارد زیر را شامل می شود؛ تنها به اطلاعات مربوط به وجود فرسایش، همراه با اطلاعات زیست محیطی برای کل منطقه مورد مطالعه نیاز دارد. این مدل می تواند از هر دو نوع داده های پیوسته و یا گسسته جهت متغیرهای مستقل در مدل بکار برده شود. نتایج و بحث با به کار بردن مدل مکسنت در حوزه سمیرم، 70 درصد نقاط خندقی به عنوان نقاط تعلیمی به مدل و 30 درصد آن به عنوان نقاط آزمایشی جهت تعیین صحت ارزیابی نقشه نهایی تعیین گردید. اعتبار مدل مورد استفاده در این تحقیق با استفاده از سطح زیر نمودار راک یا سطح زیر منحنی AUC مورد ارزیابی قرار گرفت. نمودارهای راک به صورت اتوماتیک با اجرای این مدل برای دو نوع داده تعلیمی و آزمایشی تهیه می گردد. میزان AUC جهت پهنه بندی فرسایش خندقی برای داده های تعلیمی نقشه های رقومی ارتفاع ASTER و SRTM به ترتیب 0.64 و 0.72 و برای نمونه های آزمایشی 0.68 و 0.73 است. این نتایج بیانگر آن است که مدل ارتفاعی SRTM دارای دقت بالاتری نسبت به ASTER است، و نقشه پتانسیل فرسایش خندقی با اجرا کردن شاخص های مستخرج از مدل ارتفاعی SRTM آورده شده است به نظر می رسد یکی از دلایل پایین بودن دقت مدل ASTER به دلیل تاثیر پوشش گیاهی باشد گه باعث ایجاد خطاهای تراس مانند شده است درحالی که  در نقشه رقومی ارتفاعی SRTM به دلیل ماهیت راداری امواج این خطا کاهش یافته و نقشه دقیق تری از این مدل، تهیه شده است. نتایج این پژوهش نشان داد که شاخص های قدرت فرسایندگی جریان آب با 40.30 درصد، ارتفاع با 22.7 درصد و شاخص همگرایی با 18 درصد دارای بیشترین تاثیر بر میزان فرسایش خندقی منطقه مطالعاتی می باشند. در این مطالعه نقشه پهنه بندی  پتانسیل فرسایش خندقی در حوزه آبخیز سمیرم نشان می دهد، که مناطق با پتانسیل بالای فرسایشی بیشتر در نواحی جنوبی و جنوب غربی حوزه مورد مطالعه است. نتیجه ­گیری این مطالعه با استفاده از مدل مکسنت به منظور تهیه نقشه حساسیت به فرسایش خندق در حوزه آبریز سمیرم در جنوب استان اصفهان و با استفاده از شاخص های توپوگرافی موثر و با استفاده از مدل حداکثر آنتروپی جهت شناسایی مناطق حساس فرسایش خندقی و همچنین شاخص های تاثیرگذار اقدام گردید. از نتایج این مطالعه می توان برای برنامه ریزی کاربری اراضی و مدیریت مناطق دارای فرسایش خندق در جهت  توسعه پایدار استفاده کرد. اگرچه نتایج این تحقیق نقش بارز شاخص های توپوگرافی را در تهیه نقشه پتانسیل خندقی نشان داده ولی جهت افرایش دقت نتایج مدل سازی می توان با توجه به قابلیت اطلاعات در دسترس در منطقه مورد از دیگر معیارهای تاثیرگذار در فرسایش خندقی از قبیل کاربری اراضی، پوشش گیاهی و خاک  و غیره برای پهنه بندی مناطق به حساسیت فرسایش خندقی استفاده نمود.

کلیدواژه ها:

فرسایش خندقی ، مدل رقومی ارتفاع ، مدل مکسنت ، سیستم اطلاعات جغرافیایی