چکیده:
پیشینه و هدف پارامترهای مورفومتری حوضه آبریز شاخصهای بسیار مناسب برای تحلیل فرآیندهای ژئومورفولوژیکی هستند. مطالعات فرسایش و تولید رسوب از مهمترین تحقیقاتی هستند که به منظور اجرای برنامههای حفاظتی آب وخاک، کاهش فرسایش، تغییر هیدرولیک جریان رودخانهها و همچنین جلوگیری از کاهش گنجایش دریاچه سدهای مخزنی، توسط متخصصان علوم زمین و به خصوص ژئومورفولوژیستها انجام میگیرد. برای اندازهگیری ویژگیهای ژئومتری رودخانه، از اصطلاح مورفومتری یا شکلسنجی رودخانهای استفاده میشود. مورفومتری، تحلیلهای کمی از ویژگیهای ژئومورفیک لندفرمهای یک منطقه است. تحلیل مورفومتریک یکی از روشهای موثر برای اولویتبندی زیر حوضهها است که میتواند بیانگر وضعیت شبکه زهکشی حوضه باشد. بررسی ویژگیهای مورفومتری حوضه آبخیز پیوهژن بر مبنای شاخص های مورفومتری و ژئومورفومتری است. با توجه به اهمیت بررسی ویژگیهای مورفومتری در مطالعات حوضه آبخیز و بررسی میزان فرسایش پذیری در این مطالعه هدف بررسی ویژگیهای مورفومتری با نوع لندفرم و پیشبینی میزان فرسایش از طریق لندفرم ها است. مواد و روش ها در پژوهش حاضر جهت تحلیلهای مورفومتری از نرم افزار ArcGIS، مدل رقومی ارتفاعی (DEM) با دقت 20 متر تهیه شده از نقشه های توپوگرافی 1: 50000 رقومی سازمان نقشه برداری کشور و تصاویر ماهوارهای استر (Aster) استفاده شده است. جهت استخراج تعداد آبراههها از نرم افزار آرک ویو (ArcView)، مدل ارتفاعی رقومی زمین، استفاده شده است. برای پارامتر شیب و جهت شیب و ارتفاع منطقه مطالعاتی از نقشه توپوگرافی و مدل ارتفاعی رقومی زمین استفاده شد. جهت تهیه پارامتر تراکم زهکشی نیز از مدل رقومی ارتفاع با استفاده از ماژول (Spectral indices) در ArcHydro و مدل رقومی ارتفاعی ماهواره استر (Aster) به صورت اتوماتیک آبراهههای موجود حوضه استخراج گردید. آستانه 25-50 سلول برای استخراج شبکه زهکشی انتخاب و شبکه زهکشی ترسیم شد. درآخرین مرحله، رتبه بندی آبراههها به روش استرالر انجام و پارامترهای مورفومتری استخراج شد. برای جداسازی لندفرمهای منطقه از مدل رقومی ارتفاع با قدرت تفکیک 20 متر استفاده شد و سپس نوع لندفرمها بر اساس TPI یا شاخص موقعیت توپوگرافی شناسایی شدند و بر اساس رابطۀ TPIi = Z0 – Σ n-1 Zn/n (Z0 ارتفاع نقطه مدل تحت ارزیابی، Zn ارتفاع از شبکه، n تعداد کل نقاط اطراف در نظر گرفته شده در ارزیابی) محاسبه گردید، مقایسه ارتفاع هر سلول در یک مدل رقومی TPI، ارتفاع با میانگین ارتفاع سلولها همسایه میباشد. در نهایت ارتفاع میانگین از مقدار ارتفاع در مرکز کم میشود. نتایج و بحث پارامترهای مورفومتری بررسی شده در این تحقیق شامل تعداد آبراهه ها (Nu)، رتبه آبراهه ها (U)، طول آبراههها (L)، ضریب بیفورکاسیون (Rb)، ضریب ناهمواری (Bb)، تراکم زهکشی (Dd)، فراوانی آبراهه ها (F)، فاکتور شکل (Rf)، ضریب گردی (Rc) و ضریب مستطیل معادل (Re) میباشد. نتایج نشان داد که با توجه به تعداد آبراهه ها (184 آبراهه) وجود آبراهههای درجه اول، دوم و سوم، زیاد بودن طول آبراهه ها، بالا بودن نسبت طول آبراههها به مساحت حوضه و ضریب ناهمواری بالا منطقه فرسایش پذیر بوده و نیاز به برنامهریزی و مدیریت بهینه دارد. همچنین مطالعات لندفرم ها در منطقه مورد مطالعه نشان داد که به کمک ویژگیهای مورفومتری و میزان حساسیت لندفرمها به فرسایش را در منطقه مشخص نمود. به طوری که بعد از تهیه نقشه لندفرمها با استفاده از شاخص موقعیت توپوگرافی (TPI) و در نظرگرفتن مناطق حساس به فرسایش از طریق ویژگیهای مورفومتری، لندفرم های حساس به فرسایش در منطقه مورد مطالعه مشخص شدند. با مقایسه نقشه لندفرمها و نقشه پهنه بندی فرسایش منطقه مورد مطالعه مشخص شد که لندفرمهای کلاس 2 (دره U شکل) و لندفرمهای کلاس 4 (زهکشهای مرتفع) از بیشترین فرسایشپذیری برخوردار هستند. نتایج نشان داد که با افزایش میزان تراکم زهکشی میزان فرسایشپذیری افزایش مییابد. نتیجه گیری بعد از تهیه نقشه لندفرمها با استفاده از شاخص موقعیت توپوگرافی (TPI) و در نظر گرفتن مناطق حساس به فرسایش از طریق ویژگی های مورفومتری، لندفرم های حساس به فرسایش در منطقه مورد مطالعه مشخص شد. به طوری که افزایش تعداد آبراهه ها و طول آن در حوضه آبخیز نشان دهنده افزایش فرسایش است. سپس شاخص TPI گه حالت گودی و برآمدگی را مورد تمایز قرار می دهد به عنوان یکی از شاخص های ژئومورفومتریک در نظر گرفته شد. حد پایین و بالای شاخص TPI برای منطقه مورد مطالعه به ترتیب -39. 21 و 33. 51 محاسبه گردید. مناطق با TPI منفی نشاندهنده توپوگرافی کم (تعقرها و گودالها است) در حالی که TPI مثبت نشان دهنده توپوگرافی زیاد (محدب و یا ستیغها) است. وجود گودیها و چالهها (در مناطق با TPI کم) موجب افزایش زمان تاخیر جریانهای سطحی در منطقه شده و باعث نفود آب میشود که به نوبه خود میتواند تاثیر بسزایی در ذخیره نزولات و رواناب های سطحی داشته باشد. نتایج بررسیهای پارامترهای موفومتری بیانگر آن است که شرایط فرسایش پذیری منطقه مساعدتر و وضعیت بحرانی است. تجزیه و تحلیل دادههای طبقه بندی شده نشان داد که مساحت و طول آبراهه در فرسایش تاثیر گذار است. با مقایسه نقشه لندفرمها و نقشه آبراهه های منطقه مورد مطالعه مشخص شد که لندفرمهای طبقه 4 (دره های U شکل) و لندفرم های طبقه 3 (زهکشهای مرتفع) دارای بیشترین فرسایش پذیری هستند. همچنین با افزایش میزان درجه ناهمواری میزان فرسایش در منطقه بیشتر میشود که در لندفرم های واقع در ارتفاعات باال دست مانند خط الراسها (لندفرمهای کلاس 8 و 10) بیشترین میزان و در نتیجه بیشترین حساسیت پذیری این لندفرمها مشخص شد. مکانهای واقع در کلاس 3 دارای بیشترین چگالی زهکشی میباشند. منطقه مطالعاتی با توجه به ویژگیهای طبیعی، ویژگیهای مورفومتری و فیزیوگرافی گرد است که یاعث می شود زمان تمرکز کوتاه و دبی اوج بزرگتر و از لحاظ سیل خیزی مستعدتر باشد. با بررسی سایر مولفههای مورفولوژی به این نتایج دست یافتیم که منطقه مطالعاتی از لحاظ فرسایش پذیری مستعد است.
Background and Objective The morphometric parameters of the catchment are very suitable indicators for the analysis of geomorphological processes. Erosion studies and sediment production are among the most important research carried out by geoscientists, especially geomorphologists, to implement soil and water conservation programs, reduce erosion, change the hydraulic flow of rivers, and prevent the reduction of reservoir dam lake capacity. To measure the geometric (geometric) characteristics of a river, the term morphometry or river shaping is used. In fact, morphometrics is the quantitative analysis of the geomorphic features of landforms in an area. Morphometric analysis is one of the effective methods for prioritizing sub-basins that can indicate the status of the drainage network of the basin. Investigation of morphometric features of the Piveh Gene watershed is based on morphometric and geomorphometric indices. Considering the importance of studying morphometric characteristics in watershed studies and examining the degree of erosion in this study, the aim is to analyze the morphometric features with the type of landform and predict the amount of erosion through landforms.Materials and Methods In the present study, for morphometric analysis, ArcGIS software, a digital elevation model (DEM) with an accuracy of 20 meters, prepared from 1:50,000 digital topographic maps of the National Mapping Organization and Aster satellite images were used. Has been. To extract the number of waterways, ArcView software, a digital terrestrial model (DEM), has been used. For the slope parameter and the slope direction and height of the study area, we used a topographic map and a digital elevation model of the earth. In order to prepare the drainage density parameter, the existing elevation waterways were extracted from the digital elevation model using the module (Spectral indices) in Archydro and the digital elevation model of the Aster satellite. A threshold of 25-50 cells was selected for drainage network extraction and the drainage network was plotted. In the last step, waterways were classified by astral method and morphometric parameters were extracted. To separate the landforms of the region, a digital model of height with a resolution of 20 meters was used and then the type of landforms were identified based on TPI or topographic position index and according to equation TPIi = Z0 – Σ n-1 Zn/n (Z0 Model point height under evaluation, Zn The height of the grid, n The total number of surrounding points considered in the evaluation) comparing the height of each cell in a digital model TPI, Height is adjacent to the average height of the cells. Finally, the average height decreases from the height value in the center.Results and Discussion Morphometric parameters studied in this paper include the number of streams (Nu), the rank of streams (U), the length of streams (L), bifurcation coefficient (Rb), roughness coefficient (Bb), drainage density (Dd), frequency of streams (F), shape factor (Rf), roundness coefficient (Rc) and rectangle coefficient are equivalent (Re). The results showed that according to the number of waterways (184 waterways), the existence of first, second, and third-degree waterways, the length of waterways, the high ratio of waterway lengths to the area of the basin, and the high unevenness coefficient of the erodible area And requires optimal planning and management. Also, landform studies in the study area showed that with the help of morphometric features, they determined the susceptibility of landforms to erosion in the area. So that after preparing the landforms using the topographic position index (TPI) and considering erosion-sensitive areas through morphometric features, erosion-sensitive landforms in the study area were identified. By comparing the landform map and the erosion zoning map of the study area, it was found that Class 2 landforms (U-shaped valley) and Class 4 landforms (high drains) have the highest erosion. The results showed that with increasing the drainage density, the amount of erosion increases.Conclusion After mapping the landforms using the topographic position index (TPI) and considering erosion-sensitive areas through morphometric features, erosion-sensitive landforms in the study area were identified. So that the increase in the number of waterways and their length in the watershed indicates an increase in erosion. Then, the topographic position index (TPI), which distinguishes between hollow and bulge, was considered as one of the geomorphometric indicators. The lower and upper limits of the index (TPI) for the study area were calculated as -39.21 and 33.51, respectively. Areas with negative TPI indicate low topography (concavities and pits) while areas with positive TPI indicate high topography (convex or ridges). The presence of dimples and holes (in areas with low TPI) increases the latency of surface currents in the area and causes water infiltration, which in turn can have a significant impact on the storage of precipitation and surface runoff. Have. The results of studies of morphometric parameters indicate that the erodibility conditions of the region are more favorable and the situation is critical. Analysis of classified data showed that the area and length of the canal are effective in erosion. By comparing the landforms map and the waterways map of the study area, it was found that the 4th floor landforms (U-shaped valleys) and the 3rd-floor landforms (high drainages) have the highest erodibility. Also, with an increasing degree of unevenness, the amount of erosion in the area increases, which in landforms located at high altitudes, such as ridges (Class 8 and 10 landforms), the highest amount and, consequently, the highest sensitivity of these landforms are determined. Class 3 locations have the highest drainage density. Due to its natural features, morphometric and physiographic features, the study area is round, which makes the time of short concentration and literal peak larger and more prone to flooding. By examining other morphological components, we came to the conclusion that the study area is prone to erosion.