مدل‌سازي مكاني فرسايش خندقي حوزه آبخيز مهارلو با استفاده از سناريوهاي مختلف و الگوريتم وزن واقعه

Spatial modeling of gully erosion in Maharlou Watershed using different scenarios and Weights-of-evidence algorithm

فرسايش خندقي يكي از اشكال پيشرفته فرسايش آبي مي‌باشد كه شناسايي عوامل موثر و پهنه‌بندي آن يكي از ابزار‌هاي مهم براي كنترل اين پديده مي‌باشد. هدف اصلي پژوهش حاضر، مدل‌سازي مكاني و ارزيابي فرسايش خندقي با استفاده از مدل احتمالاتي وزن واقعه و سناريوهاي مختلف در انتخاب محل رخداد خندق­‌هاي شناسايي شده در حوزه آبخيز مهارلو در استان فارس مي‌باشد. بدين منظور، ابتدا با استفاده از بازديد‌هاي ميداني گسترده نقاط راس خندق، انتهاي خندق و همچنين مرز خندق‌­ها (پلي‌گون‌هاي خندقي) شناسايي و نقشه پراكنش خندق‌هاي منطقه مورد مطالعه تهيه شد. سپس، لايه‌هاي اطلاعاتي درصد شيب، جهت شيب، انحناي سطح، طبقات ارتفاعي، شاخص رطوبت توپوگرافي، متوسط بارندگي سالانه، شاخص پوشش ­گياهي تفاضلي نرمال‌شده، كاربري اراضي، واحدهاي سنگ‌شناسي، فاصله از آبراهه، فاصله از جاده، تراكم زهكشي و مشخصات خاك (درصد سيلت، درصد رس، هدايت الكتريكي و pH) به­‌عنوان عوامل موثر بر وقوع خندق­‌ها شناسايي و در محيط سامانه اطلاعات جغرافيايي نقشه‌هاي آن­‌ها تهيه و طبقه‌بندي شد. با استفاده از الگوريتم وزن واقعه ارتباط هر يك از عوامل و سه سناريو مختلف در انتخاب محل وقوع خندق­‌ها (راس خندق، انتهاي خندق و همچنين، پلي‌گون‌هاي خندقي) تعيين و وزن طبقه‌هاي هر عامل مشخص شد. نتايج وزن‌دهي لايه‌ها با استفاده از مدل وزن واقعه، نشان داد كه افزايش بارندگي، تراكم زهكشي بالا، درصد سيلت زياد، طبقات ارتفاعي كم، جهت­‌هاي جنوبي، فاصله­‌هاي كم از جاده و آبراهه، سازندهاي زمين‌شناسي آسماري، آغاجاري، رازك، گچساران، ميشان و ساچون و همچنين، اراضي لخت نقش موثري در وقوع فرسايش خندقي در منطقه مورد مطالعه داشته ‌است. نهايتاً، در محيط نرم­افزار ArcGIS، نقشه­هاي پهنه‌بندي حساسيت فرسايش خندقي تهيه شد. ارزيابي سه نقشه پهنه­بندي فرسايش خندقي با استفاده از منحني ROC و 30 درصد از خندق‌هاي استفاده نشده در فرايند مدل­سازي حاكي از آن بود كه دقت مدل‌­هاي تهيه شده بر اساس سه سناريو راس خندق، انتهاي خندق و پلي‌گون خندق­‌ها به‌­ترتيب 0.847، 0.861 و 0.792 مي‌باشد. به‌منظور كنترل و جلوگيري از اين نوع فرسايش آبي در حوزه آبخيز مهارلو، اقدامات حفاظتي و آبخيزداري را در قالب فعاليت­‌‍‌هاي بيولوژيكي در مراحل اوليه و به­‌ويژه در ابتداي خندق به‌منظور پيش‌روي از گسترش آن مي­‌توان انجام داد.

Gully erosion is one of the most important advanced (accelerated) forms of water erosion; so, identification and consideration of effective factors and its zoning is one of the important tools for controlling this phenomenon. The main purpose of the present study is spatial modeling and assessment of gully erosion using a probabilistic Weights-of-evidence (WofE) model and its different scenarios for selecting the location of gullies identified in Maharloo Watershed, Fars Province. For this aim, first, using extensive field observations, points of headcut, end, and also the boundary of the gullies (gully polygons) were identified and the gully inventory map for the study area was prepared. Then, thematic layers such as percent slope, slope aspect, plan curvature, elevation, Topographic Wetness Index, average annual precipitation, NDVI, land use, lithological units, distance from river, distance from road, drainage density, and some soil characteristics (percent silt, percent clay, EC and pH) were identified as effective factors on gully occurrence and their maps were prepared and classified in GIS environment. In the next step, using WofE algorithm, the relationship between effective factors and three different scenarios according to gully locations (head, end and gully polygons) were determined and the weight of each factor's classes was calculated. Ultimately, gully erosion zonation maps were prepared in the ArcGIS software environment. Evaluation of three gully erosion zoning maps using the ROC curve and 30% of unused gullies in the modeling process indicated that the accuracy of the models prepared based on three scenarios are 0.847, 0.861 and 0.792, respectively. Also, results of layer weighting using WofE model indicated that rainfall increasing, high drainage density, high silt percentage, low altitudes, southern directions, low distances from roads and river, Asmari, Aghajari, Razak, Gachsaran, Mishan and Sachun geological formations, as well as bare lands, have played an effective role in the occurrence of gully erosion in the study area. In order to control and prevent this kind of erosion in the Maharlo Watershed, the protective measures and watershed management were performed in the early stages.