بررسی تأثیر شیب و تراکم ناهمواری‌‌های یک خردحوضه با بافت سنگین بر رواناب و فرسایش با استفاده از مدل EUROSEM

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 دانشجوی سابق گروه مهندسی آب، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، شهرکرد، ایران

چکیده

فرسایش سریع خاک‌ها پدیده نامطلوبی است که موجب کاهش حاصلخیزی اراضی، کاهش ظرفیت منابع آب و آلودگی آب‌ها می‌شود. پژوهشگران مدل‌های مختلفی را برای پیش‌بینی فرسایش و رواناب پیشنهاد کرده‌اند که یکی از این مدل‌ها، مدل EUROSEM است که خطر فرسایش‌پذیری یک حوضه هیدرولوژیک را نسبت به مکان و زمان پیش‌بینی می­کند. در این پژوهش با استفاده از این مدل و آزمایش‌های متعدد به بررسی تأثیر شیب و ناهمواری‌های یک خردحوزه آبخیز با بافت رسی که یک بافت سنگین است بر مؤلفه­های رواناب و رسوب پرداخته شده است. آزمایش‌ها برای سه ناهمواری با تراکم­های متفاوت در جهت سه شیب متفاوت 5، 10 و 20 درصد و عمود بر آن­ها با سه تکرار انجام شدند. نتایج این تحقیق نشان‌داد تراکم ناهمواری‌ها در کاهش رواناب و رسوب به‌ترتیب به­مقدار 54 و 56 درصد نقش داشته است. نتیجه ارزیابی مدل نیز نشان داد که EUROSEM کلیه مؤلفه­های آب­نمود رواناب و رسوب­نمود رسوب  را با ضریب همبستگی (R2) بیش از 97 در صد و خطای مربعات (RMSE) کم­تر از 4 درصد را با موفقیت پیش­بینی کرده است. ولی در پیش­بینی زمان رسیدن به اوج رسوب با ضریب همبستگی 25 درصد و خطای 56/7 درصد نا موفق بوده است.  

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Slope Impact and Unevenness Density of a Micro-catchment on Runoff and Erosion Using EUROSEM

نویسندگان [English]

  • Behzad Ghorbani 1
  • Maryam Jafari Fesharaki 2
1 Associate professor, Water Engineering Department, Shahrekord University., Shahrekord., Iran
2 Formerly MSc student, Water Engineering Department, Shahrekord University., Shahrekord., Iran
چکیده [English]

Rapid soil erosion is an undesirable phenomenon that reduces soil fertility and water resources capacity and causes water pollution. Investigators have suggested variety of models for prediction of runoff and erosion from which EUROSEM is a distributed single event model that can predict erosion risk from a hydrologic wathershed with respect to space and time. Due to spatial and temporal variations of rainfall magnitude and intensity, soil physical characteristics and topography of watershed area, consideration of these required variables can not be ignored. In this study, the impact of slope and unevenness density of a micro-catchment with heavy clay loam soil texture on runoff and erosion was evaluated using EUROSEM. In the first series, the experiments were performed for three unevennesses with three different densities and three replications in the direction of slopes of 5, 10 and 20 percent. In the second series, the experiments were performed with the same densities and slopes, but in the opposite direction of  slopes. Totally, seventy seven tests including witnesses were accomplished. The results showed that density of unevennesses were effective to reduce runoff and erosion, especially when they were set up in the opposite direction of slopes, by 54 percent and erosion by 56 percent. The EUROSEM evaluation also showed that the model was able to assess all hydrograph parameters with regression coefficients (R2) more than 97 percent at the level of 95 percent and RMSE less than 4 percent successfully. Modle also is able to predict some of sedigraph parameters such as time to start sediment, time to peak of sediment and mass flow of sediment with regression coefficients (R2) more than 97 percent at the level of 95 percent and RMSE less than 0.289 percent successfully, but time to peak sediment was not successfully predicted, due to low R2 = 25 percent and high RMSE = 7.56.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Erosion
  • EUROSEM
  • Heavy soil textures
  • Roughness
  • runoff
امیرپور،م.، جلالیان،ا.  قربانی،ب. .1384. بررسی تأثیر برخی از خواص فیزیکی خاک روی رواناب، فرسایش و رسوب در منطقه سولیگان از توابع استان چهار محال و بختیاری با استفادخ از مدل EUROSEM، دومین کنگره ملی آبخیز و مدیریت منابع آب و خاک، کرمان، ایران.
جلالیان،ا و قربانی،ب. .1384. گزارش بررسی علل تحریب مراتع در استان چهار محال و بختیاری، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1382.
خلیل مقدم،ب.، قربانی،ب و قربانی،ش. .1392. بررسی رابطه بین استفاده از اراضی با بار رسوبی به منظور ارزیابی دقت مدل EUROSEM در بخشی از زیر حوضه آب خیز کارون شمالی ، مجله مدیریت خاک و تولید پایدار، 3 .1: 15-28 .
رفاهی ح. 1389. فرسایش آبی و کنترل آن، چاپ ششم، دانشگاه تهران، ایران.
رنج­آور ا. 1388. ضرورت توجه بیش­تر به تحقیقات فرسایش خاک و مقدمه­ای بر حفاظت خاک در ایستگاه­های سنگانه کلات، ایران، در: koaj.ir/upload_images/images/sangan_0_46612.pdf
زنگی­آبادی،م.، رنج­آور،ا.، رفاهی،ح و بی­همتا،م. 1388. ارزیابی مهم­ترین عوامل مؤثر بر فرایند فرسایش خاک در مراتع نیمه خشک کلات، مجله آب و خاک، دانشگاه فردوسی مشهد،  مشهد، ایران، 24 (4).
قربانی،ب. 1388. شبیه­سازی سازه­های مکانیکی حفاظت آب و خاک در حوزه­های آبخیز با استفاده از مدلEUROSEM مجله علوم خاک و آب، انجمن خاک ایران، 23.1: 79-89.
لال ر. .1383. روش تحقیق در فرسایش خاک، چاپ اول، ترجمه: محمدزاده، ا.، ناشر: جهاد دانشگاهی دانشگاه ارومیه، ایران صص 688.
محمودآبادی،م و خدری،م. 1384.  بررسی شدت و یکنواختی بارندگی برای شبیه­سازی باران و فرسایش، موسسه تحقیقات حفاظت و مدیریت آبخیز، خلاصه مقالات نهمین کنگره خاک ایران، تهران، 587-589.
Battany,M.C and Grismer,M.E. 2000. Rainfall runoff and erosion in Napa Valley vineyards: effect off slope, cover and surface roughness. Hydrological Processes 14, 1289-1304.
Bennett,H.H. 1935. Capital, Caught by Dust Storm, Turns to West’s Topsoil Problem. Washington Post.
Chaplot,V and Le Bissonnais,Y. .2000. Field measurements of interrill erosion under different slopes and plot sizes. Eearth Surface Processes and Landforms. 25: 145-153.
Cogo,N.P., Moldenhauer,W.C. and Foster,G.R. 1984. Soil loss reductions from conservation tillage practices. Soil Science. Society. America Journal.48, 368–373.
Darboux,F., Reichert,J.M and Huang,C. 2004. Soil roughness effect on runoff and sediment production. ISCO 2004 - 13th International Soil Conservation Organisation Conference – Brisbane, July 2004.
Duley,F.L and Hays,O.E. 1932. The effect of the degree of slope on runoff and soil erosion. Journal Of Agriculture.Resarch.45:349-360.
Fully,A. 1996. Soil surface roughness and infiltration in the savanna ecosystem and its impact on erosion. Geografisk Tidsskrift, Bind 96. www.tidsskrift.dk.
Ghorbani,B. 1997. A mathematical model to predict surface runoff under sprinkler irrigation conditions, Phd. Thesis, Silsoe college, Cranfield University, UK.
Govers,G. 1990. Emperical relationships on the transporting capacity of overland flow. International Assocition of Hydrological Science Publication 189: 289-398.
Jester,W., Klik,A., Hauer,G., Hebel,B and Truman,C.C. 2001. Rainfall and surface roughness effects on soil loss and surface runoff. ASAE International Symposium, Soil erosion research for the 21st century.
Kang,S., Zhang,L., Song,X., Zhang,S., Liu,X., Liang,Y and Zheng,S. 2001. Runoff and sediment loss responses to rainfall and land use in two agricultural catchments on the Loess Plateau of China. Hydrological Processes 15, 977-988.
Quinton,J.N. 1994. The validation of physically–based erosion models particular reference to EUROSEM. In: Rickson R. (Ed.), Conserving Soil Resources: European Perspective, CAB International, Wallingford, pp. 300-313.
Thornes,J.B. 1990. The interaction of erosional and vegetational dynamics in land degradation. Pp. 44-53. In: Thornes J. B. (ED.) Vegetation and Erosion.Wiley Chichester.
Wermang,J., Norton,L., Da Silva,A. and Huang,C. 2010. Surface Roughness effects on Runoff and Soil Erosion Rates Under Simulated Rainfall. United states department of agriculture research service.