زینب حزباوی
-
در این پژوهش اثر تغییر اقلیم بر دو نماینده اصلی خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی به ترتیب شامل بارش و رواناب در حوزه آبخیز بزرگ تجن مازندران مورد تحلیل قرار گرفت. بدین منظور پس از جمع آوری داده های بارش، دما و دبی با استفاده از داده های گزارش پنجم در قالب دو سناریوی انتشار خوش بینانه (RCP2.6) و بدبینانه (RCP8.5) نسبت به پیش بینی داده های اقلیم آینده در یک دوره 27 ساله (2050-2023) در سه ایستگاه کردخیل، سلیمان تنگه و ریگ چشمه اقدام شد. از داده های مربوط به دبی جریان ایستگاه کردخیل واقع در خروجی رودخانه تجن نیز برای بررسی تغییرات رواناب در زمان حال و آینده استفاده شد. در ادامه، وضعیت خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی حوزه آبخیز مورد نظر بر اساس دو شاخص بارش استاندارد شده (SPI) و خشکسالی جریان رودخانه (SDI) در گام های زمانی مختلف سه، شش و 12 ماهه در محیط نرم افزار DrinC مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت، رواناب آینده رودخانه تجن با استفاده از مدل بارش-رواناب IHACRES پیش بینی شد. نتایج روند بارش آینده با آزمون من-کندال نشان دهنده کاهش روند بارش در دو ایستگاه کردخیل و ریگ چشمه و افزایش روند در ایستگاه سلیمان تنگه است. هم چنین، شدت خشکسالی هواشناسی آینده در ایستگاه های مختلف حوزه آبخیز تجن با یک دیگر متفاوت بوده، اما در حالت کلی دارای یک روند مشابه هستند. نتایج خشکسالی آینده نشان داد وضعیت خشکسالی در برخی از سال های خشکسالی خیلی شدید و در برخی از سال ها فرامرطوب خواهد بود که نشان دهند ه وجود تغییرات اقلیمی در یک منطقه است. ضریب نش-ساتکلیف (NSE) با 48/0 و ضریب تعیین (R2) با 58/0 نشان دهنده صحت مطلوب مدل IHACRES در شبیه سازی رواناب آینده است. بررسی روند دبی ایستگاه کردخیل نیز نشان دهنده روند کاهشی دبی جریان در آینده بدون تغییرات معنادار است. هم چنین، نتایج بررسی وضعیت خشکسالی هیدرولوژیکی نشان دهنده غالب بودن وضعیت بدون خشکسالی (0SDI≥) و یا خشکسالی ملایم (0≤SDI<1-) در آینده است. در مجموع می توان جمع بندی نمود که خشکسالی هیدرولوژی و اقلیمی دارای هم زمانی نبوده و می توان با مدیریت مناسب شرایط خشکسالی هواشناسی و سایر عوامل محرکه دیگر از جمله تغییر کاربری از تشدید خشکسالی هیدرولوژیکی جلوگیری نمود.
کلید واژگان: خشکسالی, سناریونویسی, شمال ایران, مدیریت آب, نوسانات اقلیمیIntroductionIn recent years, our country has experienced an increase in the frequency and severity of natural hazards such as floods, droughts, and pests. These changes can be attributed to shifts in climate variables. Due to its influential role in other natural hazards such as drought, climate can significantly impact the economy and people's lives. This is particularly evident in the agricultural, animal husbandry, and industrial sectors, where it can cause damage and destruction in various regions. Drought is one of the biggest climatic challenges that our country has been facing in recent years. When a drought occurs, it initially manifests as a meteorological drought. If the drought persists, it can lead to other types of droughts, including hydrogeological, agricultural, and economic droughts. Each of these droughts, as well as their cumulative impact, affects various aspects of the ecosystem within a watershed. Climatic changes cause many problems due to their impact on the temporal and spatial distribution of precipitation in various regions. Due to its gradual process and slow speed, this phenomenon has been operating for a relatively longer period. Its effects may be revealed after a few years and with a longer delay than other risks. This phenomenon has more tangible effects in rural areas because rural communities are more vulnerable. Therefore, understanding this phenomenon and analyzing and evaluating its impact on ecosystems within a watershed is crucial for effective planning and decision-making. This knowledge is necessary for the implementation of appropriate adaptation strategies.
Material and MethodsTo carry out this research, the required climatic data were first collected from the Meteorology and Regional Water Department of Mazandaran Province. The SPI (Standardized Precipitation Index) index was also used to evaluate meteorological drought. Additionally, to examine the trend of changes in flow rate, the data from existing hydrometric stations in the region, which have more comprehensive data, were utilized. Lars-WG software was used to project future climate (2023-2050) conditions under two climate scenarios: an optimistic scenario (RCP2.6) and a pessimistic scenario (RCP8.5). After preparing the current and future data, the DrinC software was used to determine drought thresholds based on the standard table for the SPI. In this research, the IHACRES hydrological model was also utilized to forecast future discharge. To achieve this objective, the future precipitation and temperature data obtained from the previous stage were utilized, along with the observed discharge data (1990-2020), to project the trend of discharge in the future (2022-2040). Subsequently, the hydrological drought of the Tajan Watershed was calculated at the outlet station (Kordkhil) using the SDI (Streamflow Drought Index) in the DrinC software. After analyzing the stream flow data and using the standard table associated with the SDI, the thresholds for hydrological drought were determined.
Results and DiscussionThe results of this study showed that, based on the SPI standard table, the degree of drought in the area under investigation has fluctuated between -3.3 (indicating very severe drought) and 2.4 (indicating extremely humid conditions) in recent years. Also, the future climate was projected for a period of approximately 27 years (2023-2050) under the influence of two optimistic scenarios (RCP2.6) and one pessimistic scenario (RCP8.5) at three selected stations (Kordkhil, Soleiman Tange, Rig Cheshme). The results of the climate drought conditions and the index values for the projected period (2023-2050) at Soleiman Tange station, in 12-month steps showed that there is a possibility of a severe climate drought occurring in this region during the water year 2049-2050. Also, the results show that there is no significant difference in the future drought index between the two scenarios. The results of the climate drought situation at Rig Cheshme station indicate a high likelihood of a severe climate drought in the region during the water year 2029-2030. Additionally, the results of the climate drought condition at Kordakhil station show that the condition at Kordakhil station differs somewhat from the other two stations, which are located at higher altitudes. This difference is likely due to the proximity of this station to the Caspian Sea, as the climate in that region is influenced by the coastal humidity. It can also be expected that there will be a severe drought in the water year 2032-2033 in this region. The results of the IHACRES model showed that the comparison chart of the simulated discharge and the observed discharge is in good agreement. Additionally, the error coefficient values obtained during the two stages of evaluation and recalibration were 0.48 and 0.53, respectively. These values indicate the model's acceptable ability to simulate future discharge. The results indicate that the discharge rate of the Watershed is unlikely to undergo significant changes in the future as a result of climate change. The probable cause for this is the occurrence of intense rainfall events, which lead to flooding and subsequent increases in river discharge. Considering that these results only show the effect of climate change on discharge, there is a possibility that other factors, such as land use changes, may also contribute to changes in the amount of discharge.
Conclusion :
The results of this analysis indicate that in both climate scenarios, there is a possibility of experiencing severe droughts in some years in the future. However, it is also possible for the climate to be very wet in certain years. These changes in the state of drought over approximately 30 years indicate climate fluctuations, which are one of the signs of climate change in a region. Therefore, based on the obtained results, it cannot be concluded that we will experience either a completely dry or completely wet state in the next 30 years. Thus, it is necessary to employ adaptation strategies to mitigate the impacts of drought during certain years. The hydrological drought situation of the Tajan River in the next 20 years (2020-2040) was evaluated using both optimistic and pessimistic scenarios. The drought situation in this river has also exhibited fluctuations, with a decreasing trend of flow in some years and an increasing trend in others. These fluctuations also indicate another effect of climate change in a region, which causes heavy rains and floods, leading to increased river flow during certain times of the year. However, relying solely on the study of the flow rate of a region cannot accurately indicate the drought situation. This is because certain measures implemented in watersheds can significantly impact the flow rate of a river. Therefore, considering all the conditions and climatic factors that govern our country, it is not surprising to see such changes occurring in different periods.
Keywords: Climate Fluctuations, Drought, Northern Iran, Scenario Development, Water Management -
کمبود منابع آب در برخی از استان ها به یک بحران تبدیل شده است. بر همین اساس، به تازگی توجه ویژه ای به اتصال ساختاری و عملکردی شبکه های رودخانه و منبع اصلی تامین آب (به عنوان یکی از راه حل های مدیریتی در مقیاس حوزه آبخیز) شده است. با وجود این، به اتصال هیدرولوژیکی در ایران هنوز به طور کافی توجه نشده است؛ بنابراین پژوهش حاضر با هدف ارزیابی و بهینه سازی اتصال هیدرولوژیکی در شبکه رودخانه حوزه آبخیز سامیان برای حفاظت و مدیریت بهتر منابع آب و بهبود عملکرد هیدرولوژیکی انجام شد. نتایج نشان داد که شبکه هیدرولوژیکی رودخانه با طول کلی 73/1254 کیلومتر 173 یال و 176 گره دارد. همچنین، نسبت یال به گره (β)، اتصال گره به یال (γ)، شاخص یکپارچگی اتصال (IIC) و سنجه احتمال پیوستگی (PC) به ترتیب برابر با 983/0، 331/0، 66/5 و 151/1 به دست آمد. علاوه بر این، ساختار هیدرولوژیکی در مناطق دشتی به صورت ضعیف ارزیابی شد. در این میان، مهاجرت مرکز ثقل گردش آب پس از بهینه سازی برای سطح های مختلف اتصال هیدرولوژیکی به جنوب حوزه آبخیز انتقال پیدا کرده است. نتایج حاصل از محاسبه نسبت یال به گره (β) و اتصال گره لبه (γ) نشان داد که پیچیدگی داخلی شبکه مسیر با افزایش سطح بهینه سازی افزایش می یابد. همچنین، افزایش سطح بهینه سازی از 1 تا 4 باعث افزایش تعداد مسیرهای اتصال آب در حوزه آبخیز، پیچیدگی شبکه رودخانه و شاخص پیوستگی هیدرولوژیکی (IIC) شده است بنابراین پیشنهاد می شود اتصال هیدرولوژیکی در حوزه آبخیز سامیان تا سطح 4 بهینه سازی شود.
کلید واژگان: تحلیل مکانی, حداقل مقاومت تجمعی (MCR), ساختار شبکه رودخانه, شاخص اتصال, منابع آبspatial planing, Volume:14 Issue: 3, 2024, PP 115 -138Water scarcity has become a critical issue in some regions. Accordingly, increasing attention has been given to the structural and functional connectivity of river networks as the primary source of surface water supply, while this can be a potential watershed-scale management solution. However, assessment of hydrological connectivity remains understudied in Iran. This pioneering research aimed to evaluate and optimize the hydrological connectivity in the Samian Watershed to enhance protection and management of water resources and improve hydrological performance. The results showed that the hydrological network in the Samian Watershed with a total length of 1254.73 km had 173 links and 176 nodes. The river chain node ratio (β), actual bonding degree (γ), Index of Integration of Connectivity (IIC), and Probability of Connectivity (PC) were calculated to be 0.983, 0.331, 5.66, and 1.151, respectively. The hydrological structure of the Samian Watershed in the plain areas exhibited weak connectivity. After optimization, the center of gravity of water circulation shifted southward at different connectivity levels. Increasing the optimization level up to Level 4 resulted in an improvement in the hydrological connectivity indices within the Samian Watershed. While the overall connectivity showed a sudden increase after the 4th optimization level, the IIC increased but then decreased beyond Level 4. Therefore, it is recommended to optimize the hydrological connectivity in the Samian Watershed up to Level 4 for effective management of water resources.
Keywords: Spatial Analysis, Minimum Cumulative Resistance (MCR), River Network Structure, Connectivity Index, Water Resource -
مدل های پیش بینی پراکنش جغرافیایی گونه های گیاهی از نوع مدل های استاتیک و احتمالی هستند و روابط ریاضی حاکم بر توزیع جغرافیایی گونه را با محیط فعلی آن ها و عوامل مهم محیطی موثر بر پراکنش گونه ها را مشخص می کنند. هدف تحقیق حاضر تهیه نقشه پیش بینی رویشگاه گونه درمنه بابونه ای Artemisia chamaemelifolia از جمله گونه های مرتعی و دارویی مهم در سطح مراتع استان اردبیل است. در سطح مراتع استان اردبیل 449 سایت نمونه برداری از مناطق حضور و عدم حضور گونه مورد مطالعه طی سال های 1397 تا 1400 مورد توجه قرار گرفت. دو دسته عوامل محیطی شامل متغیرهای زیست اقلیمی (19 مورد) و توپوگرافیکی شامل شاخص های اولیه (3 مورد) و شاخص های ثانویه (6 مورد) در ارتباط با حضور گونه مورد بررسی قرار گرفتند. نقشه های تمامی عوامل محیطی در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی با 70 درصد داده ها تهیه و همپوشان شدند. پیش بینی حضور گونه با چهار روش مختلف مدلسازی شامل مدل خطی تعمیم یافته(GLM)، مدل جمعی تعمیم یافته(GAM)، مدل جنگل تصادفی (RF) و مدل رگرسیون تقویت شده تعمیم یافته(GBM)در محیط نرم افزار R انجام شد. آنالیز اهمیت متغیرهای محیطی برای مدل ها در بسته Biomode2 انجام شد. برای ارزیابی مدل ها از 30 درصد داده های گونه و سه آماره سطح زیر منحنی (AUC)، کاپا (Kappa) و آماره مهارت واقعی (TSS)استفاده شد. نتایج مدلسازی ها نشان داد که متغیر ارتفاع از سطح دریا در هر چهار روش مورد مطالعه، موثرترین متغیر در انتشار گونه A. chamaemelifolia بود. در روش GAM، متغیرهای بارندگی خشک ترین ماه، بارندگی گرم ترین فصل و درصد شیب نیز به عنوان عامل موثر بر حضور گونه درمنه بابونه ای به دست آمد. مدل RF علاوه بر ارتفاع از سطح دریا و بارندگی گرم ترین فصل، میانگین دامنه دمای روزانه را نیز به عوامل موثر بر حضور گونه افزود. مقایسه عملکرد مدل ها نشان داد که مدل GAM باAUC 993/0، شاخص کاپای 969/0 وTSS 985/0 بهترین مدل در بین مدل های مورد مطالعه است و توانسته رویشگاه گونه را در سطح عالی پیش بینی نماید. پس از آن، مدل RF با شاخص زیر منحنی 996/0، کاپای 936/0 و TSS برابر 941/0 با اختلافی اندک، مدل دوم مورد تایید در این ارتباط است. نتایج این بررسی نشان داد که گونه درمنه بابونه ای، دارای آشیان بوم شناختی به نسبت محدودی است و تمایل به رویش در شرایط رویشگاهی خاص خودش را دارد. بنابراین، نقشه های پیش بینی تهیه شده می تواند مناطق جغرافیایی که گونه در آن حضور دارد را برای طراحی و اعلام مناطق حفاظتی گونه معرفی نموده و برای پیشنهاد گونه در اصلاح و احیاء مناطق با شرایط اکولوژیک مشابه مناطق حضور گونه، مورد استفاده قرار گیرد. انتظار می رود مدل پیش بینی در مطالعه کنونی، به منظور استراتژی های حفاظتی در آینده موثر باشد.
کلید واژگان: آستانه بهینه حضور, درمنه بابونه ای, روش های یادگیری ماشین, مدلسازی توزیع گونهThe models for predicting the geographic distribution of plant species are static and probabilistic models and specify the mathematical relationships governing the geographical distribution of species with their current environment and important environmental factors affecting the distribution of species. The aim of the present research was to preparing a habitat prediction map of the Artemisia chamaemelifolia including the important medicinal species in the rangelands of Ardabil province. In the rangelands of Ardabil province, 449 sampling sites of the presence and absence of the studied species were considered from 2018 to 2021. Two categories of environmental factors including bioclimatic variables (19 cases) and topographic variables including primary indicators (3 cases) and secondary indicators (6 cases) were investigated in relation to the presence of the species. Maps of all environmental factors in the environment of the geographic information system were prepared and overlapped with 70% of the data. Prediction of species presence with four different modeling methods including; generalized linear model (GLM), generalized additive model (GAM), random forest model (RF) and generalized boosted regression model (GBM) were performed in the R software environment. The analysis of the importance of environmental variables for the models was done in the Biomode2 package. To evaluate the models, 30% of the species data and three statistics of Area under Curve (AUC), Kappa and True Skill Statistics (TSS) were used. The results of the modeling showed that the elevation was the most effective variable in the distribution of A. chamaemelifolia species in all four studied methods. In the GAM method, the variables of precipitation of the driest month, precipitation of the hottest season, and percentage of slope were also obtained as effective factors on the presence of this species. In addition to the elevation and the precipitation of the hottest season, the RF model also added the average daily temperature range to the factors affecting the presence of the species. Comparing the performance of the models showed that the GAM model with AUC 0.993, Kappa index 0.969, and TSS 0.985, is the best model among the studied models and was able to predict the habitat of the species at an excellent level. After that, the RF model with the AUC of 0.996, kappa 0.936, and TSS 0.941, with a small difference, is the second approved model in this connection. The results of this study showed that the species of A. chamaemelifolia has a relatively limited ecological niche and tends to grow in its own habitat conditions. Therefore, the prepared prediction maps can introduce the geographical areas in which the species is present to design and announce the protection areas of the species and can be used to suggest the species in the modification and restoration of areas with similar ecological conditions as the species' presence areas. The prediction model in the current study is expected to be effective for future conservation strategies.
Keywords: Optimal Presence Threshold, Artemisia Chamaemelifolia, Machine Learning Methods, Species Distribution Modeling -
پژوهش حاضر با هدف بررسی استقرار، زنده مانی و برخی ویژگی های نهال های شش گونه گیاهی در 3 سطح شوری کم (dS/m15-0) ، متوسط (dS/m60-16) و زیاد (dS/m105-61) در کانون گردوغبار جنوب و جنوب شرق اهواز (شماره 4)، در قالب طرح پایه کاملا تصادفی با 48 تکرار انجام شد. درمجموع تکرارها و تیمارها تعداد 864 پایه نهال از 6 گونه گیاهی شور گز Delile ex Desv. Tamarix passerinoides، گز شاهی L. Tamarix aphylla، سریم L. Lycium depressum، کهور پاکستانی (آمریکایی) SW. DC. Prosopis juliflora، اکالیپتوس Dehnh. Eucalyptus camaldulensis و اشنان Seidlitzia rosmarinus Bunge ex Boiss. کشت شد. در فاصله های زمانی مشخص، زنده مانی و شاخص های ارتفاع، قطر بزرگ و کوچک تاج پوشش و قطر یقه گیاهان اندازه گیری شد. برای مقایسه ویژگی های موردبررسی از آزمون تجزیه واریانس یک طرفه و روش LSD استفاده شد. نتیجه حاکی از آن بود که گونه های گز شاهی، شورگز، اشنان و کهور پاکستانی به ترتیب با میانگین زنده مانی 8/95%، 6/91%، 9/81% و 6/75%، قدرت بیشتری برای حضور در شرایط نامساعد محیطی این منطقه دارند. گونه اکالیپتوس باوجود عدم زنده مانی در شوری زیاد و زنده مانی بسیار کم (2/6%) در شوری متوسط، در منطقه شوری کم، زنده مانی 6/66% را نشان داد که در شرایط پرتنش منطقه مقدار قابل قبولی است. درحالی که گونه سریم با توجه به عدم زنده مانی در شوری زیاد و میانگین زنده مانی کم (27%) در شوری کم در پروژه های احیای زیستی (بیولوژیک) در شرایط بوم شناختی مشابه این منطقه قابل توصیه نبود. ارتفاع همه گونه های موردبررسی و تاج پوشش همه آن ها به غیراز گونه کهور پاکستانی در سطوح مختلف شوری دارای اختلاف معنی دار بود؛ بنابراین با توجه به نتایج پژوهش حاضر و باوجوداینکه کاشت گیاهان بومی گز شاهی، شورگز و اشنان در اراضی این منطقه موفقیت آمیز بوده است می توان این گونه ها را در پروژه های نهال کاری در مناطقی با شرایط اکولوژیک مشابه به جای گونه غیر بومی کهور پاکستانی توصیه کرد.
کلید واژگان: احیای زیست, کانون گردوغبار, جنوب و جنوب شرق اهواز, کهور پاکستانی, گونه بومیIntroductionKhuzestan province is one of the main hotspots of dust generation in Iran due to special geomorphological and climatic conditions, which expose it to the highest amount of dust. The dust hotspots of Khuzestan are located in seven areas with an area of 350,000 hectares, among them. The dust hotspot in the south and southeast of Ahvaz (dust hotspot No. 4) is the largest and one of the most critical dust hotspots in the province. Rehabilitation projects prioritize this location because of its salinity, alkalinity, and severe climate conditions. Identification of plant species is the first step in rehabilitating these ecosystems that can withstand environmental stress, decrease ecosystem interference, and provide more ecosystem services to local communities while protecting water and soil resources. The above goals can be achieved by planting native species, which also increases the chances of species adaptation (establishment and survival). Numerous studies have been conducted to determine the most suitable species for land reclamation. A researcher is investigating the possibility of planting, establishing, and supplying fodder for four species of halophytes in the Miqan Arak desert. The study's findings indicate that Halimion verrucifera, a native species in the region, is more advantageous in terms of fodder production and palatability. Therefore, cultivation of this species is recommended in this area. In another study, researchers evaluated salt-resistant wood species for land reclamation in Australia. This study focuses on comparing several species from Eucalyptus, Melaleuca, Acacia, and Casuarina in both greenhouse and field conditions. They suggested two species, E. camaldulensis and E. occidentalis, for further and supplementary investigations. Despite the extensive plantings in the Khuzestan dust hotspots in recent years, no research has been conducted to choose the suitable species for land reclamation in these areas. On the other hand dominant species in these projects was Prosopis.juliflora, which is a non-native species. The objective of the current study is to evaluate the establishment, survival, and growth characteristics of Pr. juliflora (Sw.) with 5 species: Tamarix aphylla (L.), Tamarix passerinoides (Delile ex Desv.), Lycium depressum (L.), Eucalyptus camaldulensis (Dehnh.) Seidlitzia rosmarinus (Bunge ex Boiss).
Material and MethodsDust hotspot No 4, Khuzestan is located approximately 25 km southeast of Ahvaz city and along the Ahvaz-Mahshahr highway, at a geographic coordinate system of 48° 47' to 49° 17' east longitude and 30° 15' to 31° 15' north latitude. This region experiences an average rainfall of 218 mm, a maximum temperature of 27.7 degrees Celsius, and a minimum temperature of 24.4 degrees Celsius. The climate of the region is classified as hyper-arid by the de Martonne climate classification method. After selecting the plant species, three levels of salinity were selected: high (61-105 dS/m) (Zone 1), medium (16-60 dS/m) (Zone 2), and low (0-15 dS/m) (Zone 3) with an area of about 30560 m2. 288 seedlings were planted in each salinity level and 864 in total number of seedlings = 3 (different salinity levels) × 6 (different species) × 48 (repetition) (four farrow and 12 repetitions in each farrow). Seedlings were prepared from Dezful, Hamidiyeh, Ramhormoz and Bagh Malik Plant nurseries. Planting distances and dimensions of holes for four species of T.passerinoides, T.aphylla, Pr.juliflora and Eu.camaldulensis were determined as 5 meters and 50x50x50 cm, respectively, and for two species Se.rosmarinus and Ly.depressum, 3 meters and 30x30x30 cm, respectively. After planting the seedlings, the first watering was carried out immediately with an average of 20 liters per seedling hole. Then, watering was done every 10 days until the dry season, and every week during it. Until the seedlings were fully established, livestock was prevented from entering the planted areas with the help of local forces. Measurements were taken after planting the seedlings, including canopy cover (large and small diameter), basal cover, and height of seedlings for every treatment, and replicates three times immediately after planting, six months after planting, and one year after planting. The survival rates were recorded at intervals of six months and one year after planting. The investigated characteristics at different salinity levels were compared using one-way analysis of variance and least significant difference (LSD) methods. The analysis of data was done using SPSS statistical software while graphs were done using EXCEL software.
Results and DiscussionThe results revealed that among six plant species, T.aphylla, T. passerinoides, Se.rosmarinus and Pr. juliflora with average survival percentage (in all three regions), 95.8, 91.6, 81.9 and 75.6% respectively, had greatest chance to be present in the adverse environmental conditions of this region. Eu. camaldulensis was able to survive in low salinity (66.6%), even though it failed to survive in high salinity and had a very low survival percentage (6.2%) in medium salinity. Ly.depressum's inability to survive in high and medium salinity and a low survival percentage (27%) in low salinity were reasons why it was not recommended for biological rehabilitation projects in similar ecological conditions. The height and canopy cover of all the studied species, except for Pr. juliflora, had significant differences at different salinity levels. It is recommended to plant native plants, such as T. aphylla, T. passerinoides, and Sei. rosmarinus, in this area and areas with similar ecological conditions, based on the results.
Keywords: Biological Restoration, Southeast Dust Hotspot Of Ahvaz, Prosopis Juliflora, Native Plant -
سابقه و هدف
تعیین پراکنش و توزیع گونه ها و رویشگاه های تحت اشغال آنها از اهمیت بسزایی در برنامه های حفاظتی و مدیریت گونه ها برخوردار است. استفاده از روش های مدل سازی برای پیش بینی پراکنش گونه ها در سال های اخیر افزایش یافته است. به این منظور، طیف گسترده ای از تکنیک های مدل سازی ابداع شده است. در این رابطه، تحقیق پیش رو با هدف ارزیابی قابلیت روش رگرسیون لجستیک و آنتروپی بیشینه در تهیه نقشه پیش بینی گسترش رویشگاه گونه درمنه بابونه ای (Artemisia chamaemelifolia) و تعیین عوامل موثر بر انتشاز آن در سطح استان اردبیل انجام شد.
مواد و روش هادر سطح مراتع استان اردبیل 449 مکان مطالعاتی شامل 102 مکان حضور و 347 مکان عدم حضور گونه طی سال های 1397 تا 1400 ثبت شد. دو دسته عوامل محیطی شامل 19 متغیر زیست اقلیمی، 3 شاخص اولیه توپوگرافیکی ارتفاع از سطح دریا، درصد شیب و جهت جغرافیایی و 5 شاخص ثانویه توپوگرافیکی شامل شاخص های رطوبت توپوگرافیکی، موقعیت توپوگرافیکی، زبری توپوگرافیکی، قدرت جریان و انحنای توپوگرافیکی در ارتباط با حضور گونه بررسی شدند. متغیرهای زیست اقلیمی با قدرت تفکیک مکانی 5/2 دقیقه برابر 5 کیلومتر مربع از سایت worldclim.org دانلود شد. نقشه متغیرهای توپوگرافیکی با استفاده از نقشه مدل رقومی ارتفاع در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی تولید شد. نقشه تمامی عوامل محیطی با 70 درصد داده ها تهیه و هم پوشان شدند. اطلاعات محیطی برای نقاط نمونه استخراج شد. هم خطی بین متغیرهای مستقل بررسی گردید. در مرحله بعد، رابطه رگرسیونی بین حضور گونه و عوامل محیطی در نرم افزار SPSS استخراج شد. سپس از تلفیق نقشه های عوامل تاثیرگذار بر توزیع گونه و اعمال رابطه رگرسیونی مربوطه، نقشه پراکنش از طریق روش رگرسیون لجستیک پیش بینی شد. سپس برای تهیه نقشه پیش بینی رویشگاه A. chamaemelifola از طریق روش آنتروپی بیشینه در محیط نرم افزار MaxEnt، لایه های محیطی به فرمت ASCII و نقاط حضور گونه به فرمت CSV تبدیل شدند. نقشه های تهیه شده در هر دو مدل براساس آستانه بهینه حضور گونه در دو کلاس حضور و عدم حضور گونه طبقه بندی شد. برای بررسی صحت نقشه های تهیه شده و مقایسه عملکرد آنها از شاخص کاپا استفاده گردید.
نتایج و یافته هانتایج مدل سازی ها نشان داد، متغیر ارتفاع از سطح دریا موثرترین عامل محیطی در انتشار گونه بود. دامنه ارتفاعی حضور گونه A. chamaemelifolia در استان اردبیل، 2100 تا 2900 متری به دست آمد. ضریب کاپای حاصل از مقایسه نقشه های پیش بینی و واقعی برای مدل رگرسیون لجستیک 962/0 و برای مدل آنتروپی بیشینه 871/0 به دست آمد که در سطح خیلی خوب تا عالی قرار دارند. مدل رگرسیون لجستیک به عنوان مدل برتر، درصد شیب، بارندگی سردترین فصل، بارندگی خشک ترین ماه و میانگین دامنه دمای روزانه را به عنوان متغیرهای تاثیرگذار در حضور گونه در سطح استان اردبیل معرفی کرد. براساس آزمون جک نایف حاصل از اجرای آنتروپی بیشینه در محیط MaxEnt نیز مهمترین متغیرهای موثر بر مطلوبیت رویشگاه A. chamaemelifolia بارندگی فصلی و ارتفاع از سطح دریا به دست آمد.
نتیجه گیرینتایج پژوهش پیش رو اطلاعات کلیدی و مهمی را درباره دامنه تحمل پذیری گونه A. chamaemelifolia نسبت به متغیرهای محیطی تاثیرگذار فراهم کرده است. با تکیه به نتایج پژوهش جاری می توان ترتیبات حفاظت و احیای رویشگاه های دارای پراکنش فعلی یا بالقوه گونه A. chamaemelifolia را فراهم کرد.
کلید واژگان: اردبیل, آنتروپی بیشینه, درمنه, رگرسیون لجستیک, مدل سازی توزیع گونهBackground and objectivesDetermining the state of distribution of species and the habitats occupied by them is very important in species protection and management programs. The use of modeling to predict the distribution of species has increased in recent years. For this purpose, a wide range of modeling techniques has been developed. In this regard, the present research was conducted with the aim of evaluating the capability of logistic regression and the maximum entropy method in preparing a prediction map of the habitat expansion of Artemisia chamaemelifolia species and determining the factors affecting its distribution in Ardabil province.
MethodologyIn the rangelands of Ardabil province, 449 study sites, including 102 sites of presence and 347 sites of non-presence of the species, were recorded from 2018 to 2021. Two categories of environmental factors, including bioclimatic variables (19 cases), three primary topographic indices (elevation, slope, and aspect), and five secondary topographic indices (topographic wetness index, topographic position index, topographic roughness index, stream power index, and plan curvature index), were investigated in relation to the presence of the species. Bioclimatic variables with a spatial resolution of 2.5 minutes, equivalent to 5 km², were downloaded from worldclim.org. The maps of topographical variables were produced using the maps of the digital elevation model in a geographic information system environment. Maps of all environmental factors were prepared and overlapped with 70% of the data. Environmental information was extracted for sample points. Collinearity between independent variables was checked. In the next step, the regression relationship between species presence and independent variables was extracted in SPSS software. Then, by combining the maps of factors affecting species distribution and applying the relevant regression relationship, the distribution map was predicted through the logistic regression method. To prepare the prediction map of A. chamaemelifolia habitat through the maximum entropy method in the MaxEnt software environment, the environmental layers were converted to ASCII format, and the species presence points were converted to CSV format. The maps prepared in both models were classified based on the optimal threshold of species presence into two classes: species presence and non-presence. The Kappa index was used to check the accuracy of prepared maps and compare their performance.
ResultsThe results of the modeling showed that elevation was the most effective environmental factor in the distribution of the species. The altitude range of presence of A. chamaemelifolia in Ardabil province was found to be from 2100 to 2900 meters. The Kappa coefficient obtained from the comparison of the predicted and real maps for the logistic regression model was 0.962, and for the maximum entropy model, it was 0.871, which are at a very good to excellent level. The logistic regression model identified slope percentage, precipitation of the coldest season, precipitation of the driest month, and the average range of daily temperature as influencing variables in the occurrence of the species in Ardabil province. Based on the jackknife test resulting from the implementation of maximum entropy in the MaxEnt environment, the most important variables affecting the suitability of A. chamaemelifolia habitat were seasonal precipitation and elevation.
ConclusionThe results of the present study have provided key and important information about the range of tolerance of the A. chamaemelifolia species to the influencing environmental variables. Relying on the results of the current study, arrangements can be made to protect and restore habitats with current or potential distribution of A. chamaemelifolia species.
Keywords: Ardabil, Maximum Entropy, Artemisia, Logistic Regression, Species Distribution Model -
هدف
با شیوع همه گیری ویروس کرونا و اختلال در روند اجرایی اکثر فعالیت های اجتماعی، اقتصادی، سیاستی و به ویژه آموزشی از حالت غیرحضوری یا ارتباط مجازی تغییر یافت. در همین راستا، پژوهش حاضر با هدف بررسی و آزمون میزان کارایی اتخاذ سامانه مدیریت یادگیری (LMS) به عنوان یکی از روش های تدریس مجازی برنامه ریزی شد.
روش کاربر این اساس، از روش پرسشنامه ای برای دریافت نظر دانشجویان رشته های مختلف (به عنوان جامعه هدف) استفاده شد. در این پرسشنامه، میزان کارائی LMS بر اساس هفت مولفه مختلف مورد بررسی قرار گرفت. در پژوهش حاضر، از آزمون تی-استودنت برای ارزیابی نتایج آماری استفاده شده است.
نتایجنتایج بر اساس میانگین و انحراف معیار هر کدام از مولفه های مورد بررسی تفسیر شد و مشخص شد که به جزء در مورد گویه انجام تمرین و تکالیف، سایر گویه های مورد بررسی کم تر از حد متوسط ارزیابی شدند. آماره t تک متغیره نیز برای تمام مولفه ها به جزء تمرین و تکالیف، کم تر از 56/1 (تی جدول استاندارد) تعیین شد. هم چنین، بر اساس سطح معناداری (p-value) کم تر از 001/0مولفه های یادگیری مجازی، می توان گفت که که تفاوت معناداری در پاسخ دهی به تمام سوالات پژوهش وجود داشته اشت.
نتیجه گیریضمن تاکید بر رفع محدودیت های موجود، می توان در راستای حل چالش های آموزش مجازی استفاده نمود. به سبب طولانی شدن مدت شیوع بیماری کووید-19 و تشدید پیامدهای ناشی از آن مانند افزایش میزان تقاضای آموزش مجازی، ضرورت تداوم فعالیت های اقتصادی و جایگزینی ابزارهای جدید و در نتیجه کاربرد موثرتر IT ضروری خواهد بود.
کلید واژگان: آموزش مجازی, سرمایه انسانی, کرونا, مدیریت بحران, یادگیری از راه دورIntroductionWith the outbreak of the coronavirus and the disruption of the normal state of human life and death, the most social, economic, political, and especially educational activities changed to virtual communications.
MethodsThe present study was planned with the aim of assessing the effectiveness rate of adopting Learning Management System (LMS) among students. A questionnaire method was used to obtain the perception and opinion of students of different courses and levels. The efficiency of LMS in seven different components was evaluated. The t-student test was employed to evaluate statistical results.
DiscussionThe results of statistical analysis has been interpretated based on the mean and standard deviation of each studied components. Except for exercises and assignments, other components were less than the average limit. The value of the univariate t-statistic was determined to be less than 1.65 (standard t-value) for all components except exercises and homework. Also, considering that the p-value level for all components (< 0.001), it is concluded that there was a significant difference in the answers of all research questions.
ConclusionThe results can be used to resolve the challenges of E-learning. Due to the prolongation of the outbreak of Covid-19 and the intensification of its consequences such as increasing demand for E-learning, the need for continued economic activities, and employing new tools and more effective use of IT will be necessary.
Keywords: Virtual Education, Human Capital, Corona, Disaster Management, Distance Learning -
سابقه و هدف
با توجه به لزوم تعیین تناسب رویشگاه در ارائه پیشنهادات اصلاحی در برنامه های بیولوژیک، پیش بینی رویشگاه مطلوب گونه های گیاهی با اهمیت و ارزشمند در دانش بومی و آکادمیک به عنوان یکی از موارد مهم در اصلاح و توسعه مراتع مطرح است. امروزه روش های مختلف مدلسازی در این ارتباط مورد توجه قرار گرفته است. این امر می تواند علاوه بر یافتن عوامل مهم تاثیرگذار در استقرار و پراکنش گونه، گرایش ترجیحی آن را نسبت به عوامل محیطی مشخص نماید. بنابراین، این مطالعه با هدف تهیه نقشه پیش بینی رویشگاه گونه درمنه نقره ای (Artemisia austriaca) از جمله گونه های مرتعی و دارویی مهم در سطح مراتع استان اردبیل با روش های یادگیری ماشین انجام شد.
مواد و روشدر سطح مراتع استان اردبیل 675 سایت نمونه برداری از مناطق حضور و عدم حضور گونه مورد مطالعه طی سال های 1397 تا 1400 مورد توجه قرار گرفت. دو دسته عوامل محیطی شامل متغیرهای زیست اقلیمی و متغیرهای توپوگرافیکی شامل شاخص های اولیه و ثانویه توپوگرافیکی در ارتباط با حضور گونه مورد بررسی قرار گرفتند. نقشه های تمامی عوامل محیطی در محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی با 70 درصد داده ها تهیه و همپوشان شدند. پیش بینی حضور گونه A. austriaca با چهار روش؛ مدل خطی تعمیم یافته (Generalized Linear Model/ GLM)، مدل جمعی تعمیم یافته (Generalized Additive Model/GAM)، مدل جنگل تصادفی (Random Forest/RF) و مدل رگرسیون تقویت شده تعمیم یافته (Generalized Boosted Model/GBM) در محیط نرم افزار R انجام شد. آنالیز اهمیت متغیرهای محیطی برای مدل ها در بسته Biomode2 انجام شد. برای ارزیابی مدل ها از 30 درصد داده های گونه و سه آماره سطح زیر منحنی (Area Under Curve/AUC)، کاپا (Kappa) و آماره مهارت واقعی (True Skill Statistics/TSS) استفاده شد.
نتایجنتایج مدلسازی ها نشان داد که متغیر بارش در سردترین فصل (Bio19) در هر چهار روش مورد مطالعه، موثرترین متغیر در انتشار گونه A. austriaca بود. در روش GLM، متغیرهای دمای فصلی (Bio4) و شاخص موقعیت توپوگرافیکی (TPI) نیز به عنوان عامل موثر بر حضور گونه درمنه نقره ای به دست آمد. در مدل RF به ترتیب Bio19 و بارش فصلی (Bio15) و در مدل GBM نیز متغیرهای Bio19، بارش مرطوب ترین ماه (Bio13) و Bio15 مهم ترین متغیرها در حضور گونه معرفی شدند. همچنین در مدل GAM نتایج بیانگر این مطلب است که به ترتیب متغیرهای ارتفاع از سطح دریا، Bio19، Bio15 و دمای فصلی (Bio4) بیشترین اهمیت را در پراکنش گونه درمنه نقره ای دارند. مقایسه عملکرد مدل ها نشان داد که مدل GBM با AUC 97/0، شاخص کاپای 8/0 و TSS 886/0 بهترین مدل در بین مدل های مورد مطالعه است و پس از آن، مدل جنگل تصادفی با شاخص زیر منحنی 96/0، کاپای 79/0 و TSS برابر 86/0 مدل دوم مورد تایید در این ارتباط است.
نتیجه گیرینتایج این تحقیق نشان داد که مدل های مورد مطالعه به ویژه مدل GBM و RF قادرند رویشگاه مطلوب درمنه نقره ای را در سطح مراتع استان اردبیل با صحت قابل قبولی پیش بینی نمایند. براساس نتایج حاصل از مدل های مذکور، عوامل اقلیمی تاثیر بیشتری بر حضور A. austriaca در سطح استان اردبیل دارد. استفاده از نتایج این تحقیق و تحقیقات مشابه، اهمیت زیادی در تهیه شناسنامه رویشگاهی هر گونه گیاهی و پیشنهاد گونه های بومی مناسب جهت اصلاح مراتع دارد و در نهایت می توان با استفاده از عوامل محیطی هر منطقه، احتمال موفقیت یا شکست استقرار گونه های گیاهی را پیش بینی نمود. چرا که یکی از شرایط اصلی در موفقیت یا عدم موفقیت این گونه عملیات، انطباق آن ها با نیازهای گونه پیشنهادی برای هر منطقه است.
کلید واژگان: درمنه, پیش بینی رویشگاه, اقلیم, شاخص های توپوگرافیکی, مدلسازی توزیع گونهBackground and objectivesDue to the need to determine the suitability of the habitat in providing emendation suggestions in biological programs, predicting the optimal habitat of important and valuable plant species in local and academic knowledge is considered one of the important matters in the rangeland's improvement and development. Nowadays, different modeling methods have been considered in this field. In addition to finding important influencing factors in the establishment and distribution of the species, this can determine its preferential tendency towards environmental factors. Therefore, this study was carried out with the aim of preparing a habitat prediction map of the Artemisia austriaca species, which is important from the point of view of both local people and experts of the region and has multi-purpose values, at the level of rangelands of Ardabil province with machine learning methods.
MethodologyIn the Rangelands of Ardabil province, 675 sampling sites from the presence and absence of studied species were considered from 2018 to 2021. Two categories of environmental factors including bioclimatic variables and topographic variables, including primary and secondary topographic indicators were investigated in relation to the presence of the species. Maps of all environmental factors were prepared with 70% of the data and overlapped in geographic information software. Predicting the presence of A. austriaca with four methods; Generalized Linear Model (GLM), Generalized Cumulative Model (GAM), Random Forest Model (RF), and generalized boosted Regression Model (GBM) were performed in R software environment. The analysis of the importance of environmental variables for the models was done in the Biomode2 package. To evaluate the models, 30% of species data and three statistics of the area under the curve (AUC), kappa, and true skill statistic (TSS) were used.
ResultsThe modeling results showed that the precipitation variable in the coldest season (Bio19) was the most effective variable in the spread of A. austriaca species in all four studied methods. In the GLM method, the variables of seasonal temperature (Bio4) and topographic position index (TPI) were also found to be effective factors in the presence of the A. austriaca species. In the RF model, respectively, Bio19 and seasonal precipitation (Bio15), and in the GBM model, the variables Bio19, precipitation of the wettest month (Bio13), and Bio15 were introduced as the most important variables in the presence of the species. Also, in the GAM model, the results showed that the variables of altitude above sea level, Bio19, Bio15, and Bio4 are the most important in the distribution of the species in the A. austriaca. Comparing the performance of the models showed that the GBM model with AUC 0.97, Kappa index 0.8, and TSS 0.886 is the best model among the studied models, followed by the random forest model with the index under the curve 0.96, Kappa 0.79, and TSS equal to 0.86 is the second model approved in this connection.
ConclusionThe results of this research showed that the studied models, especially the GBM and RF models, are able to predict the optimal habitat of the A. austriaca in the rangelands of Ardabil province with acceptable accuracy. Based on the results of the mentioned models, climatic factors have a greater effect on the occurrence of A. austriaca in Ardabil province. The use of the results of this and similar research is essential in preparing the habitat identification of any plant species and suggesting suitable native species for the improvement of rangelands. Finally, using the environmental factors of each region, the probability for the success or failure of the establishment of plant species can be predicted. Because one of the main conditions in the success or failure of such operations is their adaptation to the needs of the suggested species in that area.
Keywords: Artemisia, Habitat Prediction, Topographic Indicators, Species Distribution Modeling -
مقدمه
کاهش تنوع زیستی جهانی ناشی از فعالیت های انسانی و گسترش مداوم کاربری اراضی انسان ساخت، نیاز به درک بهتر رابطه تنوع زیستی با آشفتگی های انسانی را عمیق تر کرده است. با شناخت و بررسی روند تغییرات آشفتگی ها در طول زمان، می توان عوامل ایجاد آن را مشخص و تصمیمات مناسبی برای کاهش آشفتگی ها اتخاذ نمود. این در حالی است که کاربرد بوم شناسی سیمای سرزمین در زمینه های مختلف برنامه ریزی شهری نشان دهنده قابلیت تحلیل و بیان کمی نتایج حاصل از تعامل انسان و محیط زیست است. کسب آگاهی جامع از رفتارپذیری این نوع از تغییرات برای دستیابی به مدیریت نظام مند و تلاش در راستای تامین پایداری بوم سازگان ضروری است. هم چنین، شناسایی فرآیندهای اصلی و عوامل ساختاری در ایجاد تغییرات کلیدی در سیمای سرزمین، درک مناسبی از رفتارپذیری و تغییرپذیری سیمای سرزمین فراهم می کند. آشفتگی های بوم شناختی می توانند به طور طبیعی (آتش سوزی، سیل، بهمن، طوفان یا آتشفشان) و یا در اثر فعالیت های انسانی (جاده سازی، آلودگی، تغییر کاربری یا استخراج معدن) ایجاد شوند و حتی می توانند یک زیستگاه را کاملا تغییر دهند. یکی از نیازهای برنامه ریزی برای مدیریت و حفاظت موثر و پایدار، درک و آگاهی بهتر از روند تغییرات مکانی این نوع آشفتگی هاست. از طرفی، شناسایی و پایش به موقع پاسخ بوم سازگان به محرک های آشفتگی یک گام مهم در کسب اطمینان از استفاده پایدار از منابع طبیعی و مدیریت یکپارچه آبخیز است. بر همین اساس، پژوهش حاضر با هدف شناسایی محرک های آشفتگی، توسعه شاخص های چندعملکردی آشفتگی و تحلیل الگوی مکانی آن ها در آبخیز سامیان واقع در استان اردبیل برنامه ریزی شده است.
مواد و روش هادر پژوهش حاضر، با توجه به پیشینه مطالعاتی در آبخیز و نیز مرور منابع مرتبط با شاخص های آشفتگی، در کل 29 محرک آشفتگی مورد شناسایی قرار گرفت. سپس از آزمون اسپیرمن برای شناسایی و حذف محرک های آشفتگی دارای همبستگی معنی دار (p-value<0.05) استفاده شد. در ادامه، بر اساس وزن دهی برابر و با استفاده از مجموع وزنی محرک های آشفتگی نهایی شده، چهار شاخص چندعملکردی مبتنی بر کاربری اراضی (DI-LU) (با معیارهای مساحت کشاورزی، مساحت مرتع، مجموع کشاورزی و مسکونی، مساحت زراعت دیم، مساحت زراعت آبی، مساحت کاربری شهری، بافر 600 متری شهری، بافر 600 متری شهری، کشاورزی، شاخص نرمال شده تفاوت پوشش گیاهی و تراکم جاده)، جمعیت شناختی (DI-DG) (با معیارهای تراکم جمعیت، تراکم خانوار روستایی، تراکم افراد شاغل 10 ساله، تعداد افراد شاغل در کشاورزی، تراکم افراد شاغل در صنعت، تراکم افراد شاغل در خدمات و تراکم مسکونی)، منابع آلودگی (DI-CR) (با معیارهای فرسایش خاک، رسوب ویژه، ضریب مکانی LQ در کشاورزی، ضریب مکانی LQ در صنعت، فاصله رودخانه ها از مناطق مسکونی، تراکم عملیات معدنی، تراکم مراکز صنعتی و تراکم آلاینده ها) و هیدرولوژی (DI-HR) (با معیارهای شیب، مساحت آبگیرها و تالاب ها، ذخیره سد و تراکم سد) توسعه داده شد. در نهایت، شاخص آشفتگی کل (TDI) از مجموع وزنی شاخص های چندعملکردی محاسبه و توزیع مکانی آن پهنه بندی شد.
نتایج و بحث :
یافته های حاصل از محاسبه شاخص های چندعملکردی آشفتگی مبتنی بر گروه اول تا چهارم، بر اساس هشت، دو، هشت و چهار محرک آشفتگی شناسایی شده در 27 زیرآبخیز سامیان به دست آمد. نتایج اعمال وزن دهی برابر نشان داد که متغیرهای مورد استفاده در محاسبه شاخص های آشفتگی مبتنی بر گروه اول تا چهارم به ترتیب وزن 13/0، 50/0، 17/0 و 33/0 را به خود اختصاص دادند. نتایج حاصل از پهنه بندی نشان داد که حداکثر مقدار شاخص آشفتگی مبتنی بر کاربری اراضی (DI-LU) مربوط به زیرآبخیز 27 با مقدار 77/0 در طبقه زیاد، جمعیت شناختی (DI-DG) مربوط به زیرآبخیز 27 با مقدار 89/0 در طبقه بسیار زیاد، حداکثر مقدار شاخص آشفتگی مبتنی بر منابع آلودگی (DI-CR) مربوط به زیرآبخیز 15 با مقدار 61/0 در طبقه زیاد و حداکثر مقدار شاخص آشفتگی مبتنی بر هیدرولوژی (DI-HR) مربوط به زیرآبخیز 25 با مقدار 82/0 در طبقه بسیار زیاد آشفتگی قرار گرفت. هم چنین، میانگین شاخص های چندعملکردی اول تا چهارم به ترتیب برابر با 16/0±46/0، 16/0±40/0، 09/0±38/0، 15/0±52/0 و 08/0±44/0 و میانگین و انحراف معیار شاخص آشفتگی کل (TDI) برابر با 44/0 و 08/0 به دست آمد. این شاخص آشفتگی در سه طبقه کم، متوسط و زیاد دسته بندی شد. هم چنین، مساحت قابل توجهی از کل آبخیز سامیان در طبقه متوسط (60/0-41/0) قرار گرفت.
نتیجه گیریدر دهه های اخیر، بوم سازگان های طبیعی به دلیل گرمایش جهانی اقلیم، رویدادهای شدید آب و هوایی، بهره برداری بی رویه انسان از منابع و آسیب به محیط زیست، آشفتگی های منفی بی سابقه ای را تجربه کرده اند. این امر در درازمدت منجر به یک سری مشکلات پیچیده شده که بقاء و توسعه پایدار جامعه را تهدید خواهد کرد. بر همین اساس، شناسایی منطقه ای محرک های آشفتگی برای کاهش تعارضات توسعه اجتماعی-اقتصادی و حفاظت از محیط زیست بسیار مهم است. از نظر کلی آبخیز سامیان دارای طبقه متوسط، کم، کم و متوسط به ترتیب مبتنی بر شاخص های چندعملکردی آشفتگی گروه اول تا چهارم است. هم چنین، طبق نتایج پهنه بندی شاخص های چندعملکردی آشفتگی، اکثر زیرآبخیز ها بر اساس گروه چهارم در طبقه متوسط قرار گرفتند که حاکی از اهمیت در نظر گرفتن محرک هایی مانند شیب، ذخیره سد و تراکم سد است. نتایج حاصل از تحلیل مکانی نیز نشان داد که در مجموع، بخش های مرکزی و شمالی آبخیز آشفتگی بالاتری نسبت به سایر بخش ها دارند. از آن جایی که، تغییرات سریع در بوم سازگان های مختلف یک آبخیز تحت تاثیر انسان منجر به بروز آشفتگی در سطح دسترس پذیری منابع طبیعی و بروز مسائل پیچیده اجتماعی-اقتصادی می شود، نتایج پژوهش حاضر، در تشخیص پویایی انواع آشفتگی ها به منظور درک فعل و انفعالات موجود در سامانه آبخیز و توسعه راهبردهای مورد نیاز مدیریت پایدار کاربرد دارد.
کلید واژگان: ارزیابی بوم سازگان, تغییرات مکانی, محرک های آشفتگی, مناطق پرتنشIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:18 Issue: 65, 2024, PP 51 -61IntroductionThe decrease in global biodiversity caused by human activities and the continuous expansion of man-made land use has deepened the need better to understand the relationship between biodiversity and human disturbance. By knowing and examining the process of disturbance changes over time, it is possible to identify the factors that cause it and make appropriate decisions to reduce disturbances. Meanwhile, the application of landscape ecology in various fields of urban planning shows the ability to analyze and quantitatively express the results of human-environment interaction. Gaining comprehensive knowledge of the behavior of this type of change is necessary to achieve systematic management and efforts to ensure the sustainability of ecosystems. In addition, identifying the main processes and structural factors in creating key changes in the landscape provides a proper understanding of the behavior and changeability of the landscape. Ecological disturbances can be caused naturally (fires, floods, avalanches, hurricanes, or volcanoes) or by human activities (road construction, pollution, land use, or mining) and can even completely change a habitat. One of the needs of planning for effective and sustainable management and protection is a better understanding and awareness of the process of spatial changes of this type of disturbance. The timely identification and monitoring of ecosystem responses to disturbance stimuli is an important step in ensuring the sustainable use of natural resources and integrated watershed management. Based on this, the current research aims to identify disturbance drivers, develop multifunctional disturbance indicators, and analyze their spatial patterns in the Samian Watershed located in Ardabil Province.
Materials and Methods :
In the present study, according to the literature review of the watershed and research related to disturbance indicators, a total of 29 disturbance drivers were identified. Then, Spearman's test was used to identify and remove disturbance indicators with significant correlation (p-value<0.05). Finally, using the weighted sum of disturbance drivers, four multifunctional indices based on land use (DI-LU) (with criteria of agricultural area, range area, total agricultural and residential, dry farming area, irrigation area, urban area, urban 600 m buffer, urban-agricultural 600 m buffer, ndvi and road density), demographic (DI-DG) (with criteria of population density, rural household density, density of 10-year working people, density of people working in agriculture, density of people working in the industry, density of people working in services and residential density), sources of pollution (DI-CR) (with criteria of soil erosion, special sediment, LQ spatial coefficient in the agricultural, LQ spatial coefficient in the industry, river distance from residentional areas, density of mining operations, density of industrial centers, pol1utant density) and hydrology (DI-HR) with criteria (with criteria of slope, reservoirs and wetlands area, dam storage, dam density) and a total disturbance index (TDI) were developed.
Results and discussionIn this research, the multi-functional indicators of disturbance in 27 Samian sub-watersheds were calculated and zoned based on identified disturbance drivers. The results of equal weighting showed that the variables used in the calculation of disturbance indices based on the first to fourth groups were assigned weights of 0.13, 0.50, 0.17, and 0.33, respectively. The results of zoning showed that the maximum value of disturbance index based on land use (DI-LU) related to sub-watershed 27 with a value of 0.77 in the high class, demographic (DI-DG) related to sub-watershed 27 with a value of 0.89 in the class very high, pollution sources (DI-CR) related to watershed 15 with a value of 0.61 were placed in the high category and hydrology (DI-HR) related to watershed 25 with a value of 0.82 were placed in the very high disturbance category. The average of the first to fourth multifunctional indices were 0.46±0.16, 0.40±0.16, 0.38±0.09, 0.52±0.15 and 0.44±0.08 respectively. The results of the total disturbance index showed that the mean and standard deviation of the total disturbance index (TDI) are equal to 0.44 and 0.08. This confusion index was categorized into three categories: low, medium, and high. Besides, a significant area of the entire Samian watershed was placed in the middle class (0.41-0.60).
ConclusionIn recent decades, natural ecosystems have experienced unprecedented negative disturbances due to global climate warming, extreme weather events, excessive human exploitation of resources, and damage to the environment. In the long run, this has led to a series of complex problems that will threaten the survival and sustainable development of society. Accordingly, the regional identification of disturbance drivers is very important to reducing the conflicts between socioeconomic development and environmental protection. In this context, according to the zoning results, most of the sub-watersheds were placed in the middle class based on the fourth group, which indicates the importance of considering factors such as slope, dam storage, and dam density. From the general point of view, the Samian watershed has a medium, low, low, and medium class, respectively, based on the disturbance indicators of the first to fourth groups. In general, the central and northern parts of the watershed have higher disturbances than other parts. The results of the spatial analysis also showed that the central parts of the Samian watershed are affected by more disturbance. The results of the present research are used in the diagnosis of the dynamics of disturbances to understand the interactions of a watershed system and develop the strategies required for sustainable management.
Keywords: Ecosystem Assessment, Spatial Changes, Stressful Areas, Disturbance Driving Forces -
هدف از تحقیق حاضر، تجزیه و تحلیل تغییرات مکانی ردپای آب محصولات در چهار بخش مختلف آب آبی، سبز، خاکستری و سفید در زیرحوضه های خیاوچای واقع در استان اردبیل بوده است. بدین منظور از داده های هواشناسی (بارش و دمای ماهانه) به عنوان داده های ورودی برنامه CROPWAT استفاده شد. از تصاویر Google Earth برای تهیه نقشه کاربری اراضی و برآورد مساحت کاربری ها استفاده شد. نتایج نشان داد که پنج محصول سیب، آلبالو، گیلاس، گردو و انگور کشت های غالب کاربری باغ هستند. بر همین اساس، در چهار بخش کاربری باغ، زراعت دیم، زراعت آبی و کاربری مرتع رد پای آب محصولات تجزیه و تحلیل شد. نتایج نشان داد که مجموع آب مصرف شده توسط محصول سیب در همه زیرحوضه ها بیش تر از سایر محصولات بوده و میزان آب مجازی گردو نیز در اکثر زیرحوضه ها بالاست. مجموع مصرف چهار آب آبی، سبز، سفید و خاکستری در محصولات آلبالو، گیلاس و انگور به طور یکسان بوده و کم تر از دو محصول دیگر ارزیابی شد. هم چنین، میانگین مجموع آب آبی برای کاربری زراعت دیم برابر 85/2788 مترمکعب بر تن برآورد شد که در این میان محصولات عدس و نخود بیش ترین آب آبی را در بین محصولات زراعت دیم داشته اند. از نظر تحلیل مکانی، زیرحوضه های 7 و 14 واقع در بخش غربی حوضه خیاوچای بیش ترین مقادیر آب های مورد بررسی را به خود اختصاص دادند. در زیرحوضه 7 بخش اعظمی از مساحت آن را کاربری مرتع و تنها بخشی جزئی از آن مربوط به زراعت دیم بوده و 100 درصد مساحت زیرحوضه 14 کاربری مرتع بوده است. بنابراین، الگوی کشت مناسب می تواند بر اساس مقادیر آب مجازی و تغییرات مکانی آن تعیین شود.
کلید واژگان: آب مجازی, ارزیابی شاخص محور, تولید محصول, خدمات بوم شناختی, مدیریت آبThis research aims to analyze the spatial water footprint of agricultural products in four categories of blue, green, gray, and white water in Khiavchai sub-watersheds. To this end, the meteorological data (monthly rainfall and temperature) were used as input data for the CROPWAT program. The Google Earth images were used to map the land use areas and estimate the area of agricultural and rangelands. It was found that apples, sour cherries, cherries, walnuts, and grapes are the dominant crops produced in the orchard area. The four types of virtual waters of agricultural products were analyzed in four land uses, i.e., orchards, rainfed agriculture, irrigated agriculture, and rangelands. The total water consumed by the apple product is more than other products in all sub-watersheds and the amount of virtual water of walnut is also high in most sub-watersheds. The total consumption of blue, green, white, and gray water in sour cherry, cherry, and grape was the same and was evaluated as less than the other two products. In addition, the average amount of blue water for rainfed agriculture was estimated as 2788.85 m3 t-1, among which lentils and chickpeas had the higher blue water among the rainfed crops. According to the results, sub-watersheds 7 and 14 located in western parts of the study area had the highest of virtual water. In sub-watershed 7, a large part of its area is used for rangeland and only a small part is related to rainfed agriculture, and all area of sub-watershed 14 is used for rangeland. Therefore, the appropriate cultivation pattern can be determined based on the amount of virtual water and its spatial changes.
Keywords: Virtual Water, Index-Based Assessment, Crop Production, Ecological Services, Water Management -
پژوهش حاضر با هدف آگاهی از وضعیت تپه های ماسه ای بیابان لوت واقع در استان کرمان برای جلوگیری از تشدید بحران های محیط زیستی در آینده انجام شد. بدین ترتیب، ابتدا از داده های ساعتی سرعت باد، کد پدیده های گردوغبار، بارندگی و درجه حرارت هفت ایستگاه سینوپتیک در دوره آماری 20 ساله (1381 تا 1400) استفاده شد. سپس نسبت به بررسی روند تغییرات عوامل اقلیمی و الگوی مکانیسم زمانی و مکانی گردوغبار، گل باد، گل طوفان، تبخیروتعرق پرداخته شد. در ادامه، وضعیت فعالیت تپه های ماسه ای با استفاده از شاخص لنکستر تعیین شد و حساسیت تحرک پذیری ماسه های روان نسبت به تغییرات عوامل اقلیمی موثر بر آن مورد تحلیل قرار گرفت. در پایان پهنه بندی پتانسیل نهایی حمل صورت پذیرفت. شرایط اقلیمی حاکم در منطقه دارای شرایط خشک، فراخشک و نیمه خشک بوده است. نتایج نشان داد که ایستگاه های منتهی به بیابان لوت با کاهش میزان بارندگی و افزایش دما و تبخیروتعرق روبه رو هستند. بیش ترین فراوانی بادهای محلی و فرامحلی به ترتیب مربوط به ایستگاه نهبندان با 1090 روز و ایستگاه بم با 791 روز و کم ترین فراوانی بادهای محلی و فرامحلی به ترتیب مربوط به ایستگاه بافت با 23 و 31 روز است. بر اساس شاخص لنکستر، میزان فعالیت تپه های ماسه ای در ایستگاه های مورد مطالعه کاملا فعال و فعال بوده و بیش ترین شاخص لنکستر در ایستگاه شهداد به دست آمده است. می توان جمع بندی نمود که بیابان لوت در معرض خطر بیابان زایی شدید و بسیار شدید قرار دارد. بر اساس آزمون تحلیل حساسیت، چنان چه در آینده درصد فراوانی بادهای بیش تر از آستانه فرسایش، به میزان 30 درصد افزایش یابد، فعالیت و حرکت تپه های ماسه ای نیز 30 درصد افزایش خواهد یافت، درحالی که با افزایش 30 درصد بارندگی حدود 43 درصد کاهش در فعالیت تپه های ماسه ای مشاهده می شود. بنابراین، حساسیت تحرک پذیری ماسه های روان نسبت به تغییرات افزایش ناشی از بارندگی بیش تر از سرعت باد است.
کلید واژگان: بیابان لوت, تپه های ماسه ای, شاخص خشکی, شاخص لنکستر, فرسایش بادیIntroductionSand dunes are one of the most important landforms in arid and semi-arid regions, whose mobility varies depending on climatic factors, especially the speed and frequency of erosive winds, rainfall, and the amount of evaporation and transpiration, which always causes many problems for the activity of these dunes. Therefore, monitoring climatic factors and analyzing dust events can be a positive step toward knowing the factors affecting their activity and predicting their mobility status in the future. Lut desert, with its huge amount of sand masses, is one of the most active places concerning changes in wind speed and direction. The eastern part of this region, which includes the largest sand mass of Iran, the Yalan sand, is dominated by the 120-day winds, which doubles the importance of investigating the winds and their shaping role during the blowing season of these winds. Based on this, the current research was conducted to analyze the mobility of quicksands in Lut plain stations in the past and predict their conditions in the future.
MethodologyThe study area includes the Lut desert located in Kerman province. To conduct this research, average monthly values of climatic elements including temperature, rainfall, hourly data related to horizontal field of view, wind speed and direction, and the code of various dust phenomena were used. These data were received from the Meteorological Organization of seven synoptic stations that have statistics for 20 years (2002 to 2021). Investigating the changes of climatic parameters over 20 years, investigating the temporal and spatial mechanism pattern of dust, wind and storm rose, calculating the amount of evaporation and transpiration using the Torrent-White method, investigating the condition of dunes using the Lancaster index were the main steps of the current research. The mobility of quicksands was texted using a sensitivity analysis and at the end, the zoning maps of the final sand transport potential were prepared using ArcGIS software.
ResultsThe results showed that the stations leading to Lut plain are facing a decrease in rainfall and an increase in temperature, evaporation, and transpiration. The changes in wind speed are high in Shahdad station and low in Baft station, and the prevailing wind direction in most of the studied stations is west and north. The highest frequency of local and extra-local winds is related to Nehbandan station with 1090 days and Bam station with 791 days, and the lowest frequency of winds is Local and extra-local corresponding to Baft station with 23 and 31 days, respectively. The calculation of the aridity index of the stations showed that the index of prevailing climatic conditions in the region is dry, ultra-arid, and semi-arid due to the activeness of wind deposits and the peak time of local events in the stations located in plain areas, and this means Shahdad station has become a real desert in terms of desertification risk, Baft station is under severe desertification risk, and other five stations are under very severe desertification risk. With the reduction of the UNEP aridity index and the increase of the aridity of the environment, the amount of sand mobility in the whole Lut plain is increased and the risk of desertification in the region is intensified. Based on the sensitivity analysis, if in the future the frequency of winds exceeds the erosion threshold by 30%, the activity and movement of dunes will increase by 30%, while with a 30% increase in rainfall, the dune activity will decrease by 43%. Also, the sand mobility index has a positive relationship with changes in evaporation and transpiration. With a 30 % increase in evaporation and transpiration and the speed of erosive winds, the activity and movement of dunes increase by up to 70 %, and with a 30 % decrease in these two meteorological indicators, the activity and movement of dunes decrease by 50 %.
Discussion & ConclusionsBy calculating the Lancaster index, the potential activity of dunes has been determined and the active and inactive areas have been separated. The results of the zoning of this index showed that in the studied area, the activity level of dunes is mostly completely active and active at the top of the dunes. It is inactive only in Bam station, which has been done to stabilize and reduce dust activity and management measures such as planting trees, hand-planting desert forests, dunes, and mulching. However, due to the activity of the dunes in other stations, these measures are not enough and need new management and planning. The results of the present research can be used to predict the future condition of dunes and determine appropriate management measures to control and reduce possible damage to other land uses in the region.
Keywords: Dryness index, Lancaster index, Lut desert, Sand dunes, Wind erosion -
مقدمه
سامانه بارشی در بخش عمده ای از سرزمین ایران، از نوع مدیترانه ای است که در آن میزان ریزش های جوی در دوره رویش گیاهان کم است. علاوه بر این، وقوع بارش در دوره غیررویشی و یا اوایل دوره رویشی که گیاهان هنوز سطح زمین را به خوبی نپوشانده اند، از دلایل مهم فرسایش آبی در ایران است. از آنجایی که پوشش گیاهی نقش ویژه ای در مهار فرسایش خاک و نگهداشت رواناب دارد، هرگونه تغییر در ساختار و الگوی آن که بیان گر الگو و عملکرد سیمای سرزمین است، می تواند اثر قابل توجهی در تغییر فرایندهای هیدرولوژیکی داشته باشد. لذا، ارزیابی از هدررفت آب و خاک و کمی سازی ارتباط آن با سنجه های سیمای سرزمین، اطلاعات کلیدی به منظور توسعه راهبردهای مدیریتی کیفیت آب و خاک فراهم می کند.
مواد و روش هاپژوهش حاضر با هدف بررسی تغییرات مولفه های هیدرولوژیکی در ارتباط با سنجه های سیمای سرزمین در مقیاس کرت های صحرایی دو متر مربعی و با استفاده از باران شبیه سازی شده در شدت 32 میلی متر بر ساعت، در بخشی از مراتع شهرستان اردبیل انجام شد. در ابتدا، با در نظر گرفتن نوع و درصد پوشش گیاهی به عنوان متغیر اصلی، هشت گروه از ترکیب پوشش گیاهی به همراه یک گروه بدون پوشش گیاهی (شاهد) با سه تکرار در نظر گرفته شد. ترکیب و درصد پوشش گیاهی از گروه اول تا هشتم به ترتیب شامل غالبیت گرامینه با ارتفاع کم (45)، ترکیب بوته ای متراکم با گرامینه (43)، بوته ای با ارتفاع کم و پراکنش متوسط (37)، بوته ای پراکنده با ارتفاع عمدتا کم و متوسط (31)، ترکیب بوته ای پراکنده با گرامینه (56)، بوته ای متراکم در بالادست (54)، بوته ای با ارتفاع کم و پراکنش بسیار کم (15) و بوته ای متراکم با پوشش تقریبا یکنواخت (56) بوده است. پس از اندازه گیری رواناب و رسوب در خروجی کرت ها، مولفه های هیدرولوژیکی مختلف محاسبه شدند. سپس، کرت های دارای نه ترکیب مختلف از پوشش گیاهی در سه تکرار قبل و پس از شبیه سازی باران، تصویر برداری شدند. پس از انتقال تصاویر تهیه شده از کرت ها به محیط Arc/Map 10.8، نه سنجه مهم سیمای سرزمین محاسبه شد.
نتایج و بحث:
تغییرات میانگین سنجه های تراکم لکه (26.90-4.43)، شاخص بزرگ ترین لکه (86.75-54.16)، تراکم حاشیه (107.38-17.12)، شاخص شکل سیمای سرزمین (4.47-1.50)، میانگین اندازه لکه (37.46-4.16)، میانگین فاصله نزدیک ترین همسایه اقلیدسی (1.65-0.00)، شاخص گسستگی سیما (2.31-0.19)، میانگین شاخص شکل لکه (22.85-1.24) و اندازه شبکه تاثیرگذار (43.96-15.80)، نشان دهنده تاثیرپذیری متفاوت آن ها از درصد و ترکیب مختلف پوشش گیاهی بوده است. تحلیل ماتریس همبستگی اسپیرمن، ارتباط غیرمعنی داری (r<0.26 و p-value>0.10) بین مقادیر میانگین هدررفت خاک، حجم رواناب، ضریب رواناب و غلظت رسوب با سنجه های سیمای سرزمین نشان داد. کوچک بودن مقیاس کرت های مورد بررسی، عدم تنوع زیاد در ترکیب پوشش گیاهی و یکنواختی از نظر ارتفاع پوشش گیاهی را می توان از دلایل عدم همبستگی ذکر کرد. در حالت کلی، گروه هایی که مقادیر پوشش گیاهی بالای 50 درصد داشتند، از وضعیت بهتری از نظر LPI، AREA_MN و MESH برخوردار بودند که نشان دهنده پیوستگی بیشتر و تخریب کمتر است. افزایش پوشش گیاهی و ناهمگنی مکانی بالای سیمای سرزمین می تواند مسیر انتقال رسوب را تغییر داده، اتصال رسوب را کاهش داده است و منجر به کاهش رسوبگذاری شود.
نتیجه گیرینتایج به دست آمده، در تبیین مرجع مناسب به منظور بهینه سازی اقدامات حفاظت آب و خاک در مقیاس حوزه آبخیز کاربرد دارند. هر چند، پیشنهاد می شود که پژوهش های مشابه و جامع تر در مقیاس های مختلف از کرت های فرسایشی و نیز حتی در مقیاس دامنه صورت بگیرد تا با در نظر گرفتن طیف وسیعی از شرایط پوشش گیاهی، توپوگرافی، اقلیمی و نیز رگبارهای متوالی، امکان مقایسه نتایج، انتخاب بهینه مقیاس مطالعاتی و در نهایت، برنامه ریزی به منظور مدیریت و حفاظت از پوشش گیاهی و منابع آب و خاک، فراهم شود.
کلید واژگان: بررسی میدانی, پوشش مرتعی, تغییرپذیری مکانی, ضریب رواناب, هدررفت خاکIntroductionThe rainfall system of a major part of Iran is mediterranean, where the precipitation amount during the vegetation period is low. In addition, the occurrence of precipitation in the non-vegetation period or beginning of the vegetation period, which does not cover the surface of the earth well, is one of the important reasons for water erosion in Iran. Since vegetation has a special role in soil erosion control and runoff retention, any change in the vegetation structure and pattern, which expresses the landscape pattern and function, can have a significant effect on changing hydrological processes. Therefore, the assessment of soil and water loss and the quantification of its relationship with landscape metrics provide key information for the development of water and soil quality management strategies.
Materials and methodsThe current research was conducted to investigate the hydrological component changes with landscape metrics on 2 m2 plots using simulated rainfall at an intensity of 32 mm.h-1 in a part of rangelands of Ardabil County. At first, considering the type and percentage of vegetation as the main variable, eight groups of vegetation composition along with one group without vegetation (control) were considered with three replications. The composition (and percentage) of the vegetation from the first to the eighth groups, respectively, include low-height graminea predominance (45), the composition of dense bushes with graminea (43), bushes with low-height and medium-distribution (37), sparse bushes mostly with low and medium height (31), the composition of sparse bushes with graminea (56), dense bushes in upper parts (54), low-height bushes with very low distribution (15), and dense bushes with almost uniform distribution (56). After measuring the runoff and sediment at the plot outlets, different hydrological components were calculated. Then, plots with nine different vegetation combinations were imaged in three replicates before and after rainfall simulation. After transferring the images prepared from the plots to the Arc/Map10.8 environment, nine important landscape metrics were calculated.
Results and discussionChanges in the mean patch density (4.43-26.90), largest patch index (54.16-86.75), edge density (17.12-107.38), landscape shape index (1.50-4.47), mean shape area (4.16-37.46), mean Euclidean nearest neighbor distance (0.00-1.65), landscape division index (0.19-2.31), mean patch shape index (1.24-22.85), and the effective mesh size (15.80-43.96) indicate their different influence from different percentage and composition of vegetation cover. Spearman's correlation matrix analysis showed a nonsignificant relationship between the mean soil loss, runoff volume, runoff coefficient, and sediment concentration with landscape metrics (r<0.26 and p-value>0.10). The small scale of the studied plots, the lack of diversity in the vegetation composition, and the uniformity in terms of vegetation height can be cited as the reasons for the lack of correlation. In general, groups with vegetation values above 50% had a better condition in terms of LPI, AREA_MN, and MESH, which indicates more connectivity and less degradation. The increase in vegetation cover and spatial heterogeneity above the landscape surface can change the path of sediment transport, reduce sediment connectivity, and lead to a decrease in sedimentation.
ConclusionThe obtained results are applicable in explaining the appropriate reference to optimize water and soil protection measures on the watershed scale. However, It is suggested that similar and more comprehensive research be done in different scales of erosion plots and even in the landscape (slope) scale so that by considering a wide range of vegetation, topography, climatic conditions, as well as successive rains, it is possible to compare the results, optimum selection of study scale, and finally planning to manage and protect vegetation and water and soil resources.
Keywords: Field survey, Rangeland cover, Runoff coefficient, Soil loss, Spatial Variability -
هدف
با توجه به این که مراتع تحت تاثیرات عوامل محیطی قرار خواهند گرفت، از این رو پیش بینی پوشش تاجی و تولید اولیه سطح زمین برای رویارویی با تنش ها و مدیریت حالت توازن کربن و هم چنین تعادل بین عرضه و تقاضای محصولات مرتعی ضروری خواهد بود. هدف اصلی این مطالعه، تهیه نقشه پوشش تاجی و تولید اولیه سطح زمین فرم های رویشی گیاهی با استفاده از متغیر مستقل پستی و بلندی بود در مراتع استان اردبیل بود.
روش و داده:
ابتدا با در نظر گرفتن تیپ های گیاهی و عوامل محیطی، نمونه برداری در مرحله اوج رویش گیاهان از سال 1395 تا 1399 با استفاده از پلات های یک متر مربعی برداشت شد. برای تعیین موثرترین عامل محیطی در تغییرات پارامترهای گیاهی ذکر شده، از هم بستگی بین متغیرهای وابسته و مستقل استفاده شد. برای مدل سازی توسط موثرترین عامل نیز از معادله رگرسیونی خطی استفاده شد و نقشه ها شبیه سازی شد. صحت معادلات نیز با خطای جذر میانگین مربعات (RMSE) محاسبه شد.
یافته هانتایج نشان داد عامل ارتفاع بیش ترین هم بستگی با متغیرهای وابسته را داشت. اختلاف میانگین برآورد شده از مدل با مقادیر اندازه گیری شده برای پوشش تاجی گندمیان برابر با 1+٪، پهن برگان علفی 1 ٪، بوته ای ها 1 ٪، و کل 2 ٪ و این مقادیر برای تولید اولیه سطح زمین گندمیان 11+ کیلوگرم در هکتار، پهن برگان علفی برابر با صفر، بوته ای ها 13- و کل برابر با 150+ کیلوگرم در هکتار بود.
نتیجه گیریپیش بینی پارامترهای مورد مطالعه برای مدیریت تعادل بین عرضه و تقاضای محصولات مرتعی دارای اهمیت است. می توان با در درست داشتن این معادلات برای مراتع استان اردبیل، در سال های آتی بدون تخریب مرتع (قطع و توزین) و تنها با اندازه گیری پوشش تاجی از عرصه، به پیش بینی دقیقی از تولید اولیه سطح زمین فرم های رویشی و کل دست یافت.
نوآوری، کاربرد نتایجدر این مطالعه با استفاده از عوامل فیزیوگرافیک به عنوان متغیرهای مستقل، پوشش تاجی و تولید اولیه سطح زمین مربوط به فرم های مختلف رویشی گیاهان مدل سازی شده است. نقشه ها و مدل های ارائه شده می تواند برای پیش بینی و مدیریت تعادل بین عرضه و تقاضای تولید علوفه استفاده شود و در مدیریت پایدار پوشش گیاهی کمک نماید.
کلید واژگان: شبیه سازی, پستی و بلندی, معادله پیش بینی, گندمیان, پهن برگان علفی, بوته ای هاAimThe main purpose of this study was to mapping the canopy cover (CC) and the aboveground net primary production (ANPP) of plant life forms by the independent factor of physiographic in the rangelands of Ardabil province.Material &
MethodFirst, according to plant types and environmental factors, sampling was taken at the peak stage of plant growth from 2016 to 2020 using one square meter plots. To determine the most effective environmental factor in the changes of plant parameters, the correlation between dependent and independent variables was used. Linear regression equation was used for modeling by the most effective factor and the maps were simulated. The accuracy of the equations was also calculated by RMSE. Then, the correlation between CC and ANPP of life forms and the total was obtained.
FindingThe results showed that the elevation factor had the highest correlation with the dependent variables. The difference between the estimated average of the model with the measured values for CC of grasses equal to +1%, forbs –1%, shrubs -1%, and total CC +2%; and these values for the ANPP of grasses equal to +21 kg/ha, forbs was equal to zero, shrubs were -13 and the total ANPP was +274 kg/ha.
ConclusionPredicting the studied parameters will be necessary to manage the balance between supply and demand of rangeland products.
Keywords: Simulation, Physiography, prediction equation, Grasses, forbs, shrubs -
داده های سنجش از دور توانایی بالایی برای نشان دادن ویژگی های زیستگاه و استفاده در مدل های توزیع گونه ها فراهم می کند. هدف از این مطالعه تعیین مهمترین پیش بینی کننده های سنجش از دور شامل شاخص های اقلیمی (بارندگی و درجه حرارت)، شاخص های اولیه و ثانویه توپوگرافی (ارتفاع، شیب، جهت، شاخص موقعیت توپوگرافی (TPI) و شاخص ناهمواری زمین (TRI)) و شاخص های سنجش از دوری (شاخص جهانی پایش محیطی (GEMI)، شاخص سطح برگی (LAI)، شاخص آب اختلاف نرمال شده اصلاحی (MNDWI)، شاخص نسبت ساده اصلاح شده (MSR)، شاخص نسبت سوختگی نرمال شده (NBR) و شاخص مقاومت اتمسفری قابل مشاهده (VARI)) با استفاده از دو مدل توزیع گونه (درخت رگرسیون تقویت شده و جنگل تصادفی) برای پیش بینی حضور گونه ارس (Juniperus excelsa M.Bieb.) در سطح شهرستان خلخال استان اردبیل و بخش شمالی استان زنجان با استفاده از نرم افزار SAHM است. ارزیابی مدل های پیش بینی با استفاده از سطح زیرمنحنی نشان داد برای هر دو مدل درخت رگرسیون تقویت شده (991/0) و مدل جنگل تصادفی (974/0) در سطح عالی قرار می گیرد. مهم ترین متغیرهای موثر بر مطلوبیت زیستگاه براساس روش درخت رگرسیون تقویت شده به ترتیب شامل متغیرهای بارندگی سالانه، شیب، مدل رقومی ارتفاع، دما، شاخص پایش جهانی محیط زیست و شاخص ناهمواری است. مهم ترین متغیرهای موثر بر مطلوبیت زیستگاه براساس روش جنگل تصادفی به ترتیب شامل بارندگی سالانه، مدل رقومی ارتفاع، شاخص جهانی پایش محیط زیست، شیب، شاخص مقاومت اتمسفری قابل مشاهده، دما، شاخص نسبت ساده اصلاح شده، شاخص ناهمواری زمین، شاخص موقعیت توپوگرافی، شاخص نسبت سوختگی نرمال شده، شاخص آب اختلاف نرمال شده اصلاحی، شاخص سطح برگی و جهت شیب است. مناطق تعیین شده به عنوان رویشگاه مناسب در این مطالعه می تواند در تدوین برنامه های مدیریتی با هدف ارزیابی رویشگاه های مستعد، امکان حفاظت، تکثیر و پرورش این گونه مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به اینکه انتخاب روش مدل سازی، منبع اصلی تغییرپذیری در پیش بینی هاست و انتخاب بهترین مدل پیش بینی ساده نیست، بنابراین استفاده از ترکیبی از این مدل ها به جای تکیه به خروجی های حاصل از یک مدل مجزا پیشنهاد می گردد.
کلید واژگان: درخت رگرسیون تقویت شده, جنگل تصادفی, شاخص های سنجش از دوریRemote sensing data provide a high ability to represent habitat characteristics and use in species distribution models. The purpose of this study is to determine the most important of remote sensing predictors, including climatic indices (precipitation and temperature), primary and secondary topographic indices (elevation, slope, direction, Topographic Position Index (TPI) and Terrain Roughness Index (TRI) and remote sensing indices (Global Environmental Monitoring Index (GEMI), Leaf Area Index (LAI), Modified Normalized Difference Water Index (MNDWI), Modified Simple Ratio Index (MSR), Normalized Burn Ratio Index (NBR) and Visible Atmospherically Resistant Index (VARI)) using two species distribution models (Boosted Regression Tree and Random Forest) to predict the presence of J. excelsa in Khalkhal County of Ardabil province and northern part of Zanjan province using SAHM software. The evaluation of prediction models using AUC chart (Area under curve) showed that it is at an excellent level for both the BRT model (0.991) and the RF model (0.974). The most important affecting habitat desirability based on the BRT method include annual precipitation, slope, digital elevation model, temperature, GEMI index and TRI index variables respectively. The most important variables affecting habitat desirability based on the RF method, respectively, include annual precipitation, digital elevation model, GEMI index, slope, VARI index, temperature, MSR index, TRI index, TPI index, NBR index, MNDWI index, LAI index and aspect. The region mapped in the study as suitable habitats’ for the species could be used in the planning strategies with the aim of evaluating the susceptible habitats, the possibility of conservation, reproduction and breeding. Considering that the modeling method choice is the main source of variability in predictions and choosing the best prediction model is not simple, therefore, it is suggested to use a combination of these models instead of relying on the outputs of a single model.
Keywords: Boosted Regression Tree, Random Forest, Remote sensing indices -
مقدار طبیعی فیتوپلانکتون ها در خلیج فارس تغییریافته و تهدیدی مداوم برای تنوع زیستی ایجاد کرده است. پایش و پیش بینی رفتار مکانی_زمانی این پدیده برای پیش گیری از تبعات منفی اقتصادی_اجتماعی و برنامه ریزی های محیطی دارای اهمیت زیادی است. بر همین اساس، پژوهش حاضر باهدف ارزیابی تغییرات مکانی-زمانی کلروفیل و تحلیل ارتباط آن با دمای سطح دریا در خلیج فارس برنامه ریزی شده است. بدین منظور، تغییرات غلظت کلروفیل به عنوان یک ترکیب آلی که توسط جلبک ها و گیاهان تولید می شود، با استفاده از تصاویر سنجنده مادیس در بازه زمانی 1379 تا 1400 (به صورت ماهانه و فصلی) برآورد و مورد تحلیل قرار گرفت. ضمن ارزیابی صحت با استفاده از معیارهای ارزیابی خطا، شاخص های مکانی گرانیگاه نیز محاسبه شدند. در ادامه، برای شناسایی میزان خودهمبستگی مکانی و بزرگی مقادیر الگوهای فضایی از آماره های موران جهانی و جی استار (G*) استفاده شد. نتایج نشان داد که شدت این پدیده به طور متوسط بین 05/0 تا 38/16 میلی گرم بر مترمربع متغیر است. شمال غرب و جنوب غرب بیشینه و قسمت های مرکزی خلیج فارس کمینه کلروفیل را به خود اختصاص داده اند. مقادیر پایین این پدیده در خط ساحلی شمال خلیج فارس واقع در ایران و از میان آن، در مناطق با جمعیت و صنایع کم تر مشاهده شد. راستای بیضوی سه انحراف معیار جهت شمال غرب و جنوب شرق را به تبعیت از شهرها و صنایع نشان می دهد. سری زمانی تغییرات نشان داد که با کاهش دما در فصل سرد به ویژه ماه دی غلظت بالاتر می رود و در فصل گرم سال با بالا رفتن دمای سطح آب، میزان کلروفیل آب کاهش می یابد. بررسی آماری پراکندگی مکانی نیز حاکی از الگوی مکانی خوشه ای معنادار است. در نقشه تغییرات شیب مشخص شد که مناطق جنوبی خلیج فارس به ویژه در کشورهای بحرین و امارات و عربستان دارای بیش ترین شیب مثبت تغییرات هستند. قسمت عمده محدوده موردبررسی ازجمله شمال خلیج فارس که خط ساحلی آن کلا در اختیار ایران به غیراز شمال غربی شامل بندر ماهشهر و عسلویه است، دارای شیب تغییرات بسیار کم یا کاهشی بوده است. نتایج این تحقیقات می تواند موجب شناسایی مناطق در معرض تغییرات نامطلوب غلظت فیتوپلانکتون ها شود و در برنامه ریزی های محیطی مورداستفاده قرار گیرد.کلید واژگان: آلودگی محیطی, آماره موران, انحراف معیار مکانی, تغییر اقلیم, خلیج فارسThe natural abundance of phytoplankton in the Persian Gulf has changed, creating a constant threat to biodiversity. Monitoring and predicting the spatial-temporal behavior of this phenomenon is crucial to prevent negative social-economic consequences and environmental planning. On this basis, the current research aims to assess the spatial-temporal changes of chlorophyll and analyze its relationship with the sea surface temperature in the Persian Gulf. To this end, we estimated and analyzed changes in the concentration of chlorophyll as an organic compound produced by algae and plants using MODIS sensor images from 2000 to 2021 (monthly and seasonally). Spatial indices of the barycenter were also calculated in addition to accuracy assessment using error evaluation criteria. Global Moran and G-star (G*) statistics were used to identify the degree of spatial autocorrelation and the magnitude of spatial patterns. The results showed that the intensity of this phenomenon on average varies between 0.05 and 16.38 mg m-2. The northwest and southwest have the maximum values and the central parts of the Persian Gulf have the minimum values. The northern coast of the Persian Gulf is located in Iran, and the northern parts, i.e., areas with less population and industries, have a low amount of this phenomenon. The ellipse line shows three standard deviations in the northwest and southeast directions following the cities and industries. The time series of changes showed that as the temperature decreases in the cold season, especially in January, the concentration increases, and as the temperature of the water surface increases in the hot season the amount of chlorophyll in the water decrease. Statistical analysis of the spatial distribution also indicates a significant cluster spatial pattern. Slope changes verified that the southern regions of the Persian Gulf, especially in the countries of Bahrain, UAE, and Saudi Arabia, have the most positive slope of changes. In the main part of the area, including the northern part of the Persian Gulf, whose coastline is entirely owned by Iran, except for the northwest, which includes the Mahshahr port and Asaluyeh, the slope of changes has been very low or decreasing. This research could identify areas exposed to adverse changes in phytoplankton concentrations and can be used in environmental planning.Keywords: Climate change, Environmental pollution, Moran's statistic, Persian Gulf, Spatial standard deviation
-
یک بوم سازگان سالم برای ارایه طیف وسیعی از خدمات محیط زیستی، اجتماعی و اقتصادی ضروری است. برای ارزیابی سلامت جنگل، لازم است شرایط بوم سازگان با استفاده از شاخص های مختلف اندازه گیری شود. در این تحقیق از شش شاخص NDVI، EVI، SAVI، NDWI، ARI1 و CRI1 برای استخراج نقشه وضعیت سلامت جنگل های حوزه آبخیز شنرود سیاهکل با استفاده از تصویر Landsat 8 OLI مربوط به سال 1400 و ابزار سلامت جنگل ENVI استفاده شد. برای اعتبارسنجی داده های نتیجه تشخیص سطح سلامت جنگل ها، ارزیابی میدانی سطح سلامت جنگل با استفاده از 40 قطعه نمونه و روش FHM انجام شد. با توجه به تحلیل رگرسیون خطی چندگانه، شاخص NDVI با مقدار R2 برابر با 77/0 بیشترین تاثیر را بر سطح سلامت جنگل در منطقه مطالعه دارد. نتایج تجزیه و تحلیل حاکی از آن است که اکثر جنگل های منطقه مورد مطالعه از سلامت متوسط برخوردار بودند. 4/19 درصد از مناطق جنگلی به عنوان «سالم»، 8/56 درصد به عنوان «متوسط سالم» و 8/23 درصد به عنوان «ناسالم» طبقه بندی شدند. علاوه بر این، تیپ های جنگل مختلف دارای درصدهای متفاوتی از جنگل های سالم هستند. جنگلکاری ها به ویژه جنگلکاری پهن برگ دارای بیشترین مساحت جنگلی در شرایط ناسالم (ضعیف و بسیار ضعیف) است (تقریبا 33 درصد). در مقابل جنگل های طبیعی شامل جنگل پهن برگ آمیخته و جنگل راش دارای بیشترین مساحت جنگلی در شرایط سالم (بسیار خوب و خوب) است (تقریبا 21 درصد). به طور کلی، وضعیت فعلی بوم سازگان در منطقه مورد مطالعه عمدتا در سلامت متوسط است که نتیجه جنگل زدایی بلندمدت، فرسایش خاک و بهره برداری نامناسب انسان است. تشخیص سلامت مبتنی بر سنجش از دور در این منطقه با نتایج بررسی میدانی مطابقت داشت. این فرآیند می تواند در تهیه نقشه دقیق وضعیت سلامت جنگل های کشور بسیار مفید باشد. پیشنهاد می شود تغییرات مکانی و زمانی سلامت جنگل در حوزه آبخیز تحت تغییرات اقلیمی آینده مورد مطالعه قرار گیرد.
کلید واژگان: پیمایش میدانی, تیپ های جنگل, Landsat 8 OLI, حوضه آبخیز شنرودIntroductionEcosystem health is a concept that is often used to evaluate ecosystems (Lu et al., 2015). A healthy ecosystem can be considered as resilient against disturbance. On the other hand, degradation occurs when different states of ecosystems related to energy flow, nutrient cycling, and hydrological regimes are negatively affected. Especially for forest areas, it is necessary to protect the structure and function of ecosystems and actively restore destroyed ecosystems to ensure their integrity and maintain their health. As a result, a wide range of forest ecosystem health indicators has been developed with an emphasis on the use of quantitative and qualitative indicators (Chen et al., 2016; Fei et al., 2013). Assessing the health of ecosystems based on these indicators is a prerequisite for ecological restoration and sustainable development.Forest management requires information about the state of the forest with a focus on forest health. Because healthy forests are able to perform well compared to unhealthy forests. Forest health monitoring is especially important in creating sustainable forest management and also the integrated watershed management. However, today, the protection and monitoring of forests concerning forest health still do not exist and are limited to small scale studies. Therefore, this study assesses the health conditions of forest ecosystems at the watershed level in the north of Iran. In this research, by using remote sensing data and preparation of vegetation indices along with field data obtained from forest health monitoring in the Siahkol Shenrud watershed, the analysis of these indices and their grading at the forest health level is discussed. The protection and monitoring of forest conditions requires an extensive investigation of different forest types that are located inside a watershed. Therefore, in this study, a method suitable to the conditions of the forests of northern Iran is presented, which is necessary for detecting forest health levels based on the different types in a watershed. This study is conducted to provide useful knowledge in the field of creating a sustainable management strategy in the forests of northern Iran, which is based on watershed management.
MethodologyStudy area This research was carried out in the Siahkol Shenrod watershed located in Gilan province with a total area of 190 km2 (Figure 1). This basin is located in a plain where a small river named Shamrod passes through the middle and its height increases from north to south. This region has a mild and humid climate, which is also influenced by the cooler climate of the hills. The average annual temperature is 18°C. The average rainfall varies between 800 mm (southern part) and 1200 mm (northern part) per year.
Research MethodThis research is a combination of remote sensing survey and analysis methods and a geographic information system (GIS) to describe the health status of forest ecosystems in the Siahkol Shenrod watershed. Land use classification was done using the Landsat 8 OLI satellite image of 2021. Supervised classification method and maximum likelihood algorithm were used to prepare land use maps. In order to evaluate the accuracy of the classification, Google-Earth images were used by selecting 30 educational samples. For accuracy assessment, the high value of the Kappa coefficient (0.92) was obtained. Vegetation indices calculation After pre-processing, the Landsat 8 image was used to calculate vegetation indices according to Table 1. Reference Equation Vegetation Index Frampton, Dash, Watmough & Milton (2013) NDVI Huete et al. (2002) EVI Bannari et al. (1995) L=0.5 SAVI Gao, 1996 NDWI Gitelson et al. (2001) ARI1 Gitelson et al. (2002) CRI1 Forest health index extraction The six calculated vegetation indices (Table 1) were combined and classified for the input of forest health index (FHI) in ENVI software. In this classification, ten classes were defined for all six indices, and then in calculating the FHI index, it was reduced to five classes by combining both related classes. The FHI index (Gupta and Pandey, 2021) is available in the ENVI forest health toolbox, as follows:• Field data collection To validate the forest health levels in different forest types of the watershed obtained from remote sensing data, it is necessary to conduct a field survey. Field survey data were obtained from the study area in September and October 2021. A stratified sampling method was used before the field survey in the GIS environment. Based on this method, 40 square-shaped samples (30 m * 30 m) were built. Observational activities were conducted using the Forest Health Monitoring (FHM) method (USDA Forest Service, 2020). The area with less than 10% damage was classified as a very healthy forest, and the forest damage between 10 and 25% was classified as a healthy forest. 25-50% damage was classified as medium health forest, 50-75% as poor forest health, and 75-100% damage was classified as very poor forest health.
ResultsVegetation indicators Six vegetation indices extracted for forests in the study area are presented in Figure 3. Based on the results, 95% of the forests in the study area showed an NDVI index of more than 0.5, which indicates healthy vegetation. Also, healthy vegetation with high chlorophyll content was shown in 91% of the studied area with an EVI index between 0.2-0.8. In this research, according to the multiple linear regression analysis of the effect of vegetation indices used in calculating forest health, the NDVI index with an R2 value of 0.77 has the greatest effect on the level of forest health in the watershed, which is the greenness level. It also shows the density level of forest stands. Similar results of the influence of vegetation indices have been presented by Tuominen et al. (2009). Furthermore, the higher effectiveness of NDVI in this study is similar to the findings of Barkey and Nursaputra (2017) and Oliech (2019) in assessing forest health. After NDVI, R2 values for EVI, SAVI, and AR1 indices were 0.75, 0.73, and 0.72, respectively, and for NDWI and CRI1 indices were 0.63. Forest health index The relationship of six vegetation indices calculated from the Landsat 8 image was used to determine the level of forest health in the Shenrod watershed. Forest health was divided into five categories: 1) very good (very healthy); 2) good (healthy); 3) moderate (under stress); 4) poor (unhealthy); 5) very poor (dead). Based on the results, the overall accuracy was 86%. Also, the kappa value of 0.81 was obtained. Figure 4 presents the health status of forest stands in the Shenrod watershed.Based on Figure 4, the distribution of forest health classes in the study area is not uniform. The central areas of the watershed have higher levels of forest health, while the southern areas of the watershed have lower levels of forest health. This can be due to the history of heavy wood harvesting, selective cutting, and as a result, the widespread opening of forest stands (Jahdi and Arabi, 2023), in the form of forestry plans implemented in the southern areas of the watershed during the last two decades. Wildfires in this area also affect the structure and composition of the vegetation and are a great threat to the long-term productivity and overall health of the forest. In general, 56.8% of the forest area is in the medium health category. Healthy and unhealthy forests with levels almost close to each other make up 41.7% of the total forest area. 1.5% of the forest area is also in the very poor health category (Figure 4).The information on the forest health levels in the forest types of the watershed is presented in Table 3. Plantation, especially broadleaf plantations, has the largest forest area in unhealthy conditions (approximately 33%). In contrast, natural forests, including mixed broadleaf forest and beech forest, have the largest forest area in healthy conditions (approximately 21%). On average, almost 60% of all existing forest types in the study area are in the medium health category.In general, many parameters affect the health conditions of forest types in the watershed, so it is important to identify the factors that caused the forest health levels in the survey with more observational activities.
ConclusionIn this study, the quantitative index of forest health was evaluated using broadband spectral indices and stress-related pigments before tree fall using remote sensing data. Using forest health analysis, the quantitative health conditions of the forest were described in 2021 with a forest area of 122.2 km2. Of this amount, there are healthy forests with an area of 23.8 km2 and unhealthy forest conditions with an area of 29 km2. The maximum area of the watershed, i.e. 69.4 km2, is also in medium health conditions. The health status of forest ecosystems is mostly average health, which is the result of forest destruction, soil erosion, and human overexploitation. Forest conservation programs can effectively control forest degradation and improve the health of local ecosystems. Forest health detection based on remote sensing in the study area was consistent with the field survey results. This study guided the systematic approach and provided remote sensing techniques for forest health monitoring programs and sustainable forest management.
Keywords: Field Survey, Forest types, Healthy forests, Landsat 8 OLI, Shenroud watershed -
خشکسالی یکی از مخاطرات طبیعی است که نتایج و اثرات آن بر حوزه های اجتماعی، اقتصادی، منابع آب و کشاورزی می تواند به صورت قابل توجهی آشکار شود. اگرچه وقوع خشکسالی اجتناب ناپذیر است، اما می توان با پیش بینی نسبت به کاهش اثرات مخرب آن بر اقتصاد، اجتماع و محیط زیست برنامه ریزی نمود. هدف این تحقیق تبیین انواع خشکسالی ها و معرفی شاخص های مهم و پرکاربرد در ارزیابی و کمی نمودن خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژی است. ضمن معرفی مزایا، محدودیت ها و دامنه طبقات مختلف خشکسالی، روابط مورد استفاده خشکسالی ها ارایه شده است. شاخص های بارش استاندارد شده (SPI)، شاخص درصد از نرمال بارندگی (PNPI)،شاخص ناهنجاری بارش (RAI)، شاخص خشکسالی بالم و مولی (BMDI)، شاخص دهک (DI)، شاخص کمبود تبخیر-تعرق (ETDI)، شاخص شدت خشکسالی پالمر (PDSI)، شاخص شناسایی خشکسالی (RDI) و شاخص خشکسالی رطوبت خاک (SMDI) در دسته خشکسالی هواشناسی معرفی شدند. در دسته خشکسالی هیدرولوژیک هم شاخص های تامین آب سطحی (SWSI) مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان داد که شاخص SPI دارای مزیت نسبی بالایی برای پایش خشکسالی هواشناسی میباشد. هم چنین شاخص RDI در مقایسه با شاخص SPI حساسیت بیش تری به متغیرهای اقلیمی دارد و از میان شاخص های مورد مطالعه شاخص PNPI به دلیل خطای زیاد برای ارزیابی خشکسالی پیشنهاد نشده است. شاخص DI نیز به دلیل این که به داده های طولانی مدت برای ارزیابی خشکسالی نیاز دارد، برای مناطق دارای ایستگاه های جدید با دوره آماری کوتاه مدت مناسب نیست. در مجموع مرور شاخص های ارایه شده می تواند در تعیین شاخص مناسب در ارزیابی خشکسالی کمک نماید. شاخص های مذکور اطلاعاتی را برای چالش های مدیریت خشکسالی فراهم می کنند؛ به شرطی که جنبه های کاربردی خشکسالی مانند شدت، مدت و فراوانی خشکسالی در کنار ویژگی های احتمالی، آماری و تصادفی شناخته شده باشد.
کلید واژگان: کمبود بارش, شدت خشکسالی, تداوم خشکسالی, شاخص خشکسالیIntroductionDrought is one of the natural hazards whose consequences and effects on social, economic, water resources and agriculture can be significantly revealed. Although the occurrence of drought is inevitable, it can be planned by anticipating a reduction in its devastating effects on the economy, society and the environment. The purpose of this study was to explain the types of drought indicators and introducing the important and widely used indicators in assessing and quantifying meteorological and hydrological droughts. Meteorological drought is usually defined by the degree of dryness (compared to the normal or average value) and the duration of the dry period. Meteorological drought definitions should be considered separately for each specific region; Because the weather conditions that lead to deficit of rainfall vary from one region to another. Drought, in its meteorological sense, means a decrease in rainfall for a certain period of time on a specific area compared to the long-term average of the same area's rainfall in the same period of time.
MethodologyWhile introducing the benefits, limitations and scope of different drought classes, the relationships used by droughts are presented. Standardized precipitation indices (SPI), percentage of normal rainfall index (PNPI), rainfall anomaly index (RAI), Bhalme and Mooly drought index (BMDI), decile index (DI), evapotranspiration deficit index (ETDI), Palmer Drought Severity Index (PDSI), reclamation drought index (RDI) and Soil Moisture Drought Index (SMDI) were introduced in the category of meteorological drought. In the category of hydrological drought, surface water supply indices (SWSI) were also examined.
Result and DiscussionVarious drought indicators along with variables, time scales and their concepts are presented in the results section. The results showed that the SPI index has a high comparative advantage for monitoring meteorological drought. Also, RDI index is more sensitive to climatic variables than SPI index and PNPI index is not recommended for drought assessment due to high error. The standard precipitation index (SPI) is known as the most suitable index for drought analysis, especially spatial analysis, due to the simplicity of calculations, the use of available rainfall data, the ability to calculate for any desired time scale, and the very high ability to compare results spatially. Due to its simplicity and practicality, Rainfall Anomaly Index (RAI) has been often used in drought estimation to deal with drought in different stages for different climatic regions. The time scale for calculating this index is monthly and yearly. The calculation method of BMDI drought index is similar to Palmer's drought severity index and the index works recursively; That is, in calculating the drought intensity of a given month, a coefficient of the previous month's drought intensity is also considered. The DI index is defined as a rating of the amount of precipitation in a specific period of time and is presented in order to solve the deficiencies in the percentage of normal method. The Decimal Index provides a statistically accurate measure of precipitation, provided long-term climate data are available. The need for low input variables, including all components of water balance in index calculations, and comparability in different times and places are considered strengths of the PDSI index. This index is able to monitor drought in short-term and long-term periods (one to 48 months). This index is increasing due to the need for low data, high sensitivity and high flexibility of its use; Due to the fact that the RDI index is calculated based on rainfall and potential evaporation and transpiration, it is more sensitive to climate variables and changes than drought indicators that are based only on rainfall (such as the standardized precipitation index). The purpose of the SWSI index is to obtain a standard for determining the amount of water available in mountainous areas and the possibility of comparing different areas with each other. The SWSI index determines the severity of ongoing droughts in the region and the future situation can be predicted with the help of this index. SMDI drought index is an index that is based on the total soil moisture daily for one year and the only climatic factor used in it is soil moisture data.
ConclusionA major part of Iran is located in dry and semi-arid areas, and the drought phenomenon is an inseparable part and is considered one of the characteristics of dry and semi-arid areas. Based on this, a two- to three-year drought period is experienced in the country almost every five years. These droughts have reduced surface and underground water sources and reduced usable water. The occurrence of drought and its continuation also affects the quantity and quality of ground water resources. The reduction of precipitation, which is one of the most important parameters of feeding the underground water aquifers, can cause the destruction and loss of the ground water aquifers. There are different drought indicators, each of which has advantages and disadvantages. Meanwhile, the Comprehensive Drought Index (RDI) is more sensitive to climate variables and changes compared to the SPI index. In this regard, it can be said that the RDI index is calculated based on rainfall and potential evaporation and transpiration, but the SPI index is only calculated based on rainfall. RAI index has the ability to evaluate drought in short-term and long-term time periods (one to 48 months). Overall, a review of the indicators provided can help determine the appropriate indicator to assess drought. An appropriate indicator to provide information on drought management challenges. In addition, it quantifies the practical aspects of drought, such as the severity, duration, and frequency of drought, along with possible, and statistical characteristics. Among the studied indices, the PNPI index is not recommended for drought evaluation due to its high error; Also, the DI index is not suitable for areas having stations with a short-term data period because it requires long-term data to evaluate drought. The PDSI index is calculated from the data of precipitation, temperature and soil moisture and considers any type of precipitation as precipitation. In PDSI index, the average precipitation is not the same as the median, which is one of the disadvantages of this index.
Keywords: “Rainfall deficit”, “Drought intensity”, “Temporal scale”, “Suitable drought index” -
یک بوم سازگان جنگلی سالم برای ارایه طیف وسیعی از خدمات محیط زیستی، اجتماعی و اقتصادی ضروری است. برای ارزیابی سلامت جنگل، لازم است شرایط بوم سازگان با استفاده از شاخص های مختلف اندازه گیری شود. در این تحقیق از ترکیب شش شاخص NDVI، EVI، SAVI، NDWI، ARI1 و CRI1 برای استخراج نقشه وضعیت سلامت جنگل های حوزه آبخیز شنرود سیاهکل با استفاده از تصویر Landsat 8 OLI مربوط به سال 1400 و ابزار سلامت جنگل ENVI استفاده شد. سلامت جنگل در پنج درجه (از بسیار خوب تا بسیار ضعیف) ارزیابی شد. برای اعتبارسنجی داده های نتیجه تشخیص سطح سلامت جنگل ها در تیپ های جنگل مختلف در منطقه مورد مطالعه، بررسی و ارزیابی میدانی سطح سلامت جنگل با استفاده از 40 قطعه نمونه و روش FHM (پایش سلامت جنگل) انجام شد. در این تحقیق، با توجه به تحلیل رگرسیون خطی چندگانه از اثر شاخص های پوشش گیاهی مورد استفاده در ارزیابی سلامت جنگل، شاخص NDVI با مقدار R2 برابر با 77/0 بیشترین تاثیر را بر سطح سلامت جنگل در حوضه آبخیز مورد مطالعه دارد که سطح سبزینگی و نیز سطح تراکم توده های جنگلی را نشان می دهد. نتایج تجزیه و تحلیل حاکی از آن است که اکثر جنگل های منطقه مورد مطالعه از سلامت متوسط برخوردار بودند. 4/19 درصد از مناطق جنگلی به عنوان «سالم»، 8/56 درصد به عنوان «متوسط سالم» و 8/23 درصد به عنوان «ناسالم» طبقه بندی شدند. علاوه بر این، تیپ های جنگل مختلف در منطقه مورد مطالعه دارای درصدهای متفاوتی از جنگل های سالم هستند. تشخیص سلامت مبتنی بر سنجش از دور در این منطقه با نتایج بررسی میدانی مطابقت داشت. این فرآیند می تواند در تهیه نقشه دقیق وضعیت سلامت جنگل های کشور بسیار مفید باشد. پیشنهاد می شود تغییرات مکانی و زمانی سلامت جنگل در حوزه آبخیز تحت تغییرات اقلیمی آینده مورد مطالعه قرار گیرد.
کلید واژگان: پیمایش میدانی, تیپ های جنگل, Landsat 8 OLI, حوضه آبخیز شنرودA healthy forest ecosystem is essential to provide a wide range of environmental, social, and economic services. To evaluate forest health level, it is necessary to quantify ecosystem conditions using a variety of indicators. In this study, a combination of six indices: NDVI, EVI, SAVI, NDWI, ARI1, and CRI1 were used to derive the forest health condition map around Shenroud watershed, Siahkal using Landsat 8 OLI image of 2021 and ENVI Forest Health Tool. We evaluated the forest health with five grades (A; very good to E; very poor). Forest health data validation in various forest types in the study area is conducted via field crosscheck and assessment regarding the forest health level using 40 sample plots and FHM (Forest Health Monitoring) method. In this work, based on the multiple linear regression model of the effect of vegetation indices in forest health assessment, the NDVI vegetation index with an R2 value of 0.77 has the highest effect on the forest health level in the watershed, which shows the greenness level and the density level of forest stands. The results of the analysis show that most of the forests in the study area were moderately healthy. 19.4% of the forest areas were classified as “Healthy”, 56.8% as “Moderately healthy”, and 23.8% as “Unhealthy”. Furthermore, different forest types in the study area have different percentages of healthy forests. Plantations, especially broadleaf plantation, has the largest forest area in unhealthy conditions (weak and very weak) (approximately 33%). In contrast, natural forests, including mixed broadleaf forest and beech forest, have the largest forest area in healthy conditions (very good and good) (approximately 21%). In general, the current state of the ecosystem in the study area is mainly in middle health, which is a result of long-term deforestation, soil erosion, and inappropriate human exploitation. Our RS-based health diagnosis of the area was consistent with field survey results. The process could be very useful in mapping the health conditions of the forests of the country accurately. It is suggested to study the spatial and temporal variation of forest health in the watershed under future climate change.
Keywords: Field Survey, Forest types, Healthy forests, Landsat 8 OLI, Shenroud watershed -
در این تحقیق برای پهنه بندی وضعیت سلامت آبخیز کوزه تپراقی واقع در استان اردبیل از تلفیق عملگرهای منطق فازی و مدل مفهومی فشار-حالت-پاسخ (PSR) استفاده شد. بدین منظور، ابتدا معیارهای تراکم جاده، شیب، ضریب رواناب، مساحت زمین های کشاورزی با شیب بالای 25 درصد، بارش و دما برای شاخص فشار، شاخص نرمال شده اختلاف پوشش گیاهی (NDVI)، شاخص پوشش گیاهی با انعکاس خاک (SAVI) و شاخص پوشش گیاهی بارزسازی شده (EVI) برای شاخص حالت، فرسایش ویژه، ضریب شدت فرسایش، تراکم آبراهه و میزان اراضی مرتعی برای شاخص پاسخ محاسبه شدند. سپس با استفاده از تابع عضویت Fuzzy Linear در محیط ArcGIS 10.8 به صورت فازی تبدیل شدند. هم چنین، برای پهنه بندی سلامت آبخیز از شش عملگر AND، OR، SUM، PRODUCT، گامای 0.9 و گامای 0.5 استفاده شد. در ادامه، برای ارزیابی و طبقه بندی خروجی عملگرهای مورد استفاده در برآورد سلامت آبخیز، شاخص جمع مطلوبیت (QS) محاسبه شد. بر اساس شاخص جمع مطلوبیت (Qs) مشخص شد که PRODUCT با مقدار عددی 46/0 در اولویت اول و در ادامه گاما 0.9 با شاخص جمع مطلوبیت (Qs) 0.37 در اولویت دوم به عنوان کارآمدترین عملگرها در تهیه نقشه سلامت آبخیز هستند. طبق نتایج وضعیت سلامت آبخیز، عملگر PRODUCT، 67، 23، 9 و 1 درصد از مساحت کل به ترتیب در طبقات ناسالم، نسبتا ناسالم، متوسط و نسبتا سالم قرار گرفتند. برای عملگر گامای 0.9، حدود 46، 1، 17 و 36 درصد آبخیز به ترتیب در طبقات ناسالم، متوسط، نسبتا سالم و سالم طبقه بندی شدند. نتایج بیان گر تغییرات مکانی وضعیت سلامت در کل آبخیز مورد مطالعه بوده است. بنابراین، برای ارتقاء سلامت در درجات مختلف باید برنامه های مختلف علمی و سازگار به کار برده شوند. پیشنهاد می شود که راهکارهای مبتنی بر طبیعت، مدیریت مشارکتی و مدیریت سازگار و یکپارچه برای بهبود سلامت آبخیز کوزه تپراقی در اولویت قرار گیرند. شاخص سلامت آبخیز می تواند به عنوان ابزاری موثر برای تحلیل موجودیت خدمات آبخیز متناسب با ظرفیت حمل آن ها نیز در نظر گرفته شود.
کلید واژگان: پایش, تخریب بوم شناختی, رویکرد فازی, رتبه بندی آبخیز, شاخصIntroductionWatershed degradation had negative effects on ecological and anthropologic functions at different scales. Therefore, strategic planning and conserving watershed resources is the main goal for managers and policy-makers. To achieve this goal, it is essential to provide a scientific roadmap concerning the health degree of the watershed in terms of its multi-functions. A healthy watershed improves the resilience of local ecology to climate change and provides essential services for human and ecological functions. Identifying healthy watersheds could be an effective managerial tool for monitoring natural and human phenomena and impacts. Although, in recent decades, there have been numerous types of research on watershed health and its assessment methods in different water and soil environments and in relation to environmental and social processes with economic models for decision-making in different fields. But regarding to the interpretation of different watershed health assessment models with fuzzy logic, limited studies have been carried out. This is the fact that fuzzy science has been well-considered in various sciences. In recent years, fuzzy logic has been mentioned as a powerful technique in hydrological component analysis and resource decision-making. Hydrological problems are associated with uncertainty, which is managed by fuzzy logic-based models. Fuzzy logic is based on the language of nature. To this end, the present study was planned to accomplish our previous information on the KoozehTopraghi Watershed health and develop a new PSR-Fuzzy-based framework.
Materials and MethodsTo do this research, firstly the pressure, state-response (PSR) model was conceptualized and customized for the study watershed. Secondly, the main criteria of road density, watershed slope, runoff coefficient, agriculture area with a slope of more than 25%, precipitation, and temperature were computed for building the pressure indicator. Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Soil Adjusted Vegetation Index (SAVI), and Enhanced Vegetation Index (EVI) also were computed for building the state indicator. Then, the specific erosion (m3 y-1), erosion intensity coefficient, river density, and rangeland area were computed for building the response indicator. Thirdly, these criteria are converted to fuzzy bases using Fuzzy Linear membership functions in the ArcGIS 10.8 environment. Fuzzification is a method in which each pixel in the map is given a value between zero and one. This amount expresses its value according to the goal it pursues, and the higher it is in terms of value, the higher it is awarded to it as a result. Six operators including AND, OR, SUM, PRODUCT, Gamma 0.9, and Gamma 0.5 were used for incorporating three indicators of PSR and watershed health zoning. Fourthly, to evaluate and classify the output results of the operators used in the estimation of watershed health, the Quality Sum (QS) was used.
Results and DiscussionThe results proved the better performance of two operators of Gamma 0.9 and PRODUCT. The Qs was 0.46 for PRODUCT as the first priority, followed by Gamma 0.9 operators with a Qs of 0.37 in the second priority as the most efficient operators in mapping watershed health. The pressure indicator results showed that 33.84, 0.16, 9.45, 50.51, and 6.04% of the total area of the KoozehTopraghi watershed were classified as very high, high, medium, low, and very low, respectively. The results of the state indicator, 7.55, 52.71, 39.67, and 0.07% of the total area of the study watershed were classified as very high, high, medium, and very low, respectively. The response indicator results indicated that 15.16, 13.30, 29.99, 34.80, and 6.76% of the total area of the KoozehTopraghi watershed were classified as very high, high, medium, low, and very low, respectively. According to the results of the PRODUCT operator, 67, 23, 9, and 1 % of the study watershed were classified as unhealthy, relatively unhealthy, medium, and relatively healthy, respectively. For Gamma 0.9 operator 0.9, 46, 1, 17, and 36% of watersheds were classified in unhealthy, medium, relatively healthy, and healthy classes. Based on this, it is a priority to provide suitable solutions for basic land management. Because it may be intensified the continuation of the irreparable process at the watershed level.
ConclusionThe results confirmed the spatial changes in health status throughout the KoozehTopraghi Watershed. Therefore, different scientific and rational programs need to be adapted to improve health to various degrees. It is highly suggested to prioritize nature-based solutions, integrated participatory management, and adaptive co-management for improving the KoozehTopraghi watershed health. Acquaintance with modern management patterns in the world, of course, with the different climatic and social conditions of our country, we can open up in the field of comprehensive watershed management compared to the past. The watershed health index as a practical tool in watershed management can be used to determine priorities and monitor watershed status changes. In addition, since the factors affecting the management of ecosystems are considered in the health index, it can be considered as a tool for analyzing the vegetation, water, and soil resources for use with the needs of the living organism.
Keywords: Ecological degradation, fuzzy approach, Indicator, Monitoring, Watershed ranking -
مقدمه و هدف
کیفیت بوم شناختی یک واحد اندازه گیری جامع از عناصر، ساختار و عملکرد یک بوم سازگان در مقیاس های زمان و مکان است. هم چنین، ارزیابی کیفیت بوم شناختی می تواند در اولین گام برنامه ریزی هدف مند و مدیریت جامع آبخیز اطلاعات ارزشمندی برای استفاده ی کارشناسان و مدیران داشته باشد. به این منظور، این پژوهش با هدف محاسبه ی شاخص کیفیت بوم شناختی (EQI) در یکی از آبخیزهای بالادست سد یامچی که بی تاثیر از دخالت های انسانی نیست، انجام شد.
مواد و روش هاآبخیز نیر به عنوان منطقه ی مطالعاتی در بخش جنوب غرب استان اردبیل است. برای انجام پژوهش، ابتدا، متغیرهای مهم ارزیابی کیفیت بوم شناختی (شاخص بهنجار شده اختلاف پوشش گیاهی (NDVI)، نسبت پوشش گیاهی (FVC)، شاخص سطح برگ (LAI)، تولید خالص اولیه (NPP)، شاخص رطوبت (IM)، شاخص دمای سطح زمین (LST)، فرسایش خاک، شاخص پیوستگی بوم شناختی و شاخص نگهداشت رواناب) استخراج و محاسبه شدند. متغیرها به نحوی انتخاب شدند که نشان دهنده ی سه عملکرد حفظ، پشتیبانی و تنظیم بوم سازگان باشند. پس از نرمال سازی، با استفاده از رویکرد پیشرفته ی تصمیم گیری چندمعیاره به نام مدل تصور تعقیبی (PPM)، وزن دهی متغیرها انجام شد. در نهایت براساس مجموع وزنی متغیرها، شاخص کیفیت بوم شناختی (EQI) برای 11 زیرآبخیز محاسبه شد.
نتایج و بحثدامنه ی تغییرپذیری بسیار زیاد متغیرهای استفاده شده در سطح کل آبخیز نیر تایید شد. به طور کلی، زیرآبخیز 1 حداکثر میانگین متغیرهای اول تا چهارم (FVC، NDVI، NPP و LAI) و حداقل میانگین LST داشت. در حالی که زیرآبخیز 11 از نظر همین پنج متغیر وضعیت عکس داشت. هر پنج متغیر منعکس کننده ی ساختار و عملکرد پوشش گیاهی و در نتیجه کیفیت بوم شناختی هستند. وضعیت سایر شاخص ها به جز پیوستگی بوم شناختی (EC) نیز در زیرآبخیز 1 در وضعیت متوسط ارزیابی شدند. براساس روش وزن دهی PPM، شاخص نسبت پوشش گیاهی (0/39) بیشترین اهمیت و شاخص های رطوبت و نگهداشت رواناب با وزن 0/01 کم ترین اهمیت را داشتند. هم چنین، نتایج ارزیابی کیفیت بوم شناختی نشان داد که زیرآبخیزهای 11 (0/10=EQI) و 1 (0/90=EQI) به ترتیب کم ترین و بیش ترین اندازه ی EQI را داشتند. به طور کلی، با توجه به نتایج پهنه بندی مشخص شد که قسمت های جنوب شرق و شمال شرق آبخیز در طبقه ی بسیار کم شاخص کیفیت بوم شناختی (EQI) هستند که 29 % آبخیز مطالعه شده را تشکیل می دهند.
نتیجه گیری و پیشنهادهانتایج این پژوهش به عنوان یکی از هدف های اصلی و مهم مدیریت آبخیز در راستای حفظ سلامت و یکپارچگی بوم سازگان می تواند کاربرد داشته باشد. هم چنین، می توان اولویت بندی تخصیص بودجه ی احیاء را براساس درجه ی تاب آوری زیرآبخیز های مطالعه شده انجام داد.
کلید واژگان: ارزیابی شاخص محور, تاب آوری بوم سازگان, مدل تصور تعقیبی, مدیریت منابعIntroduction and ObjectiveEcological quality is an inclusive measurement unit of the elements, configuration, and performance of an ecosystem in the temporal and spatial scales. In addition, assessing ecological quality could provide valuable information for experts and managers in the first step of directed planning and comprehensive watershed management. Therefore, the current research was conducted to calculate the ecological quality index (EQI) in one of the upland watersheds of Yamchi Dam, which is not without the effect of human interference.
Materials and MethodsNir Watershed as a study area is located in the southwestern part of Ardabil Province. To carry out the current research, first, the essential variables of ecological quality assessment (normalized difference vegetation index (NDVI), fractional vegetation coverage (FVC), leaf area index (LAI), net primary production (NPP), moisture index (IM), land surface temperature (LST), soil erosion, ecological integrity index, and runoff retention index) were collected and calculated. The variables were chosen to represent the three functions of ecosystems maintaining, supporting, and regulating. After standardization, weighting of the variables was done using the advanced multi-criteria, i.e., Projection Pursuit Model (PPM). Afterward, the EQI was calculated based on the sum weight of all variables for 11 sub-watersheds of Nir.
Results and DiscussionThe wide range of variability of the variables used in the entire Nir Watershed area was confirmed. In general, sub-watershed 1 had the maximum mean of the first to fourth variables (FVC, NDVI, NPP, and LAI) and the minimum mean LST. While sub-watershed 11 had the opposite situation in terms of these five variables. All five variables reflect the structure and function of vegetation and therefore the ecological quality. The status of other indicators except ecological continuity (EC) was also evaluated in sub-watershed 1 in a medium status. Based on the PPM weighting method, the FVC (0.39) has the highest importance, and moisture and runoff retention indices with an equal weight of 0.01 have been assigned the least priority. In addition, the ecological quality results showed that watersheds 11 (0.10) and 1 (0.90) respectively have the lowest and highest levels of EQI. In general, according to the zoning resultd, it was found that the northeastern and southeastern parts of the watershed have the lowest EQI which covered 29% of the area.
Conclusion and SuggestionsThe results can be used as one of the main goals of managing watersheds regarding preserving the ecosystem's health and integrity. Moreover, the priority of rehabilitation budget allocation can be assigned according to the resilience degrees of studied sub-watersheds.
Keywords: Ecosystem resilience, Index-based assessment, Resource management, Projection pursuit model -
پژوهش حاضر با هدف ارزیابی تاب آوری نسبی آبخیز سامیان واقع در استان اردبیل انجام شد. بدین منظور از پنج شاخص مختلف شامل فرسایش و رسوب ویژه، پتانسیل سیل خیزی، خشک سالی، حدی اقلیم و اقتصادی-اجتماعی استفاده شد. برای محاسبه شاخص تاب آوری نسبی آبخیز از میانگین وزنی و روش تصمیم گیری چند معیاره (MCDM) استفاده شد. در وزن دهی یکسان، میانگین شاخص تاب آوری نسبی برابر با 53/0 به دست آمد. هم چنین، زیرحوضه 8 واقع در شرق آبخیز با اولویت 1 بیش ترین تاب آوری را به خود اختصاص داد. در وزن دهی یکسان و نیز با تاکید بر شاخص های اقلیم، پتانسیل سیل خیزی و اقتصادی-اجتماعی، زیرحوضه 27 واقع در مرکز آبخیز سامیان در پایین ترین سطح تاب آوری و در اولویت 27 قرار گرفت و زیرحوضه 8 به عنوان تاب آورترین زیرحوضه شناخته شد. زیرحوضه 27 به خاطر کاربری کشت دیم، دایم در حالت بهره برداری بوده است. با تاکید بر فرسایش و رسوب و خشک سالی نیز به ترتیب زیرحوضه های 25 و 23 واقع در مرکز آبخیز سامیان در اولویت 27 قرار گرفتند.
کلید واژگان: تصمیم گیری چندمعیاره, تغییرات مکانی, شاخص چندعملکردی, کیفیت منابع, متغیرهای محیطیIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:17 Issue: 62, 2023, PP 86 -100The aim of this study was to evaluate the relative resilience of the Samian watershed located in Ardabil province using five indicators including specific erosion and sediment, drought, flood potential, climate, and socio-economic in different weighting conditions. At the equal weighting, the average relative resilience index of Samian Watershed was 0.53, which indicates the average relative resilience. Considering the weight of each indicator at the same level in 27 different sub-watersheds of Samian, sub-watershed 8 located in the east with priority 1 had the highest relative resilience. Considering the equal weight and with emphasis on climate, flood potential and socio-economic indicators, sub-watershed 27 located in the central part of Samian Watershed was at the lowest level of relative resilience and was given priority 27 and sub-watershed 8 has been recognized as the most resilient sub-watershed. Sub-watershed 27 has been permanently in utilization due to the use of rainfed cultivation. Emphasizing erosion and sediment, and drought indicators, respectively sub-watersheds 25 and 23 located in the center of Samian Watershed were ranked in 27 priority.
Keywords: Environmental variables, multi-criteria decision-making, mult-ifunctional index, resource quality, spatial changes -
مقدمه و هدف
پژوهش حاضر باهدف مفهوم سازی و ارزیابی وضعیت سلامت آبخیز آسیاب رود واقع در شهرستان چالوس، استان مازندران انجام شد.
مواد و روش هاابتدا اطلاعات پایه منطقه ای شامل داده های اقلیمی، هیدرولوژی، فرسایش و رسوب، اقتصادی و اجتماعی از گزارش های پیشین جمع آوری و تحلیل شد. هم چنین چندین بازدید صحرایی در راستای ارزیابی عمومی از وضعیت بوم شناختی، اقتصادی و اجتماعی منطقه و تکمیل اطلاعات از حوزه آبخیز موردمطالعه به عمل آمد. سپس مفهوم سازی چارچوب عملکردی سلامت آبخیز بر اساس رویکرد مفهومی فشار، حالت، پاسخ در مقیاس زیرآبخیزهای مطالعاتی صورت گرفت. در این راستا، ابتدا شاخص فشار، از طریق تحلیل نیروهای محرکه فعالیت های انسانی و تغییرات آب وهوایی بر آبخیز موردمطالعه بررسی شد. سپس وضعیت موجود محیط طبیعی و عملکرد آبخیز به فشارهای وارده در قالب شاخص وضعیت مورد تحلیل قرار گرفت. هم چنین شاخص پاسخ آبخیز آسیاب رود برای بیان درجه ای از پاسخ جامعه و یا برآیندهای مختلف آبخیز به تغییرات تحمیل شده به سامانه آبخیز محاسبه شد.
یافته هانتایج به دست آمده نشان داد که شاخص سلامت کل آبخیز آسیاب رود با مشارکت نسبی شاخص های فشار، حالت و پاسخ بهترتیب 18، 39 و 43 درصد برابر 0/05 و طبعا وضعیت متوسط بود و حدود 83 درصد آبخیز در طبقه متوسط سلامت قرار گرفت.
نتیجه گیریبه رغم قرارگیری وضعیت سلامت آبخیز آسیاب رود در شرایط متوسط، در صورت عدم اتخاذ سیاست های مناسب مدیریتی، امکان افت وضعیت سلامت آبخیز مزبور و طبیعتا رخداد پاسخ های نامطلوب دور از انتظار نیست.
کلید واژگان: برنامه ریزی راهبردی کمی, پایداری آبخیز, تحلیل سلامت آبخیز, مدیریت جامع آبخیزIntroduction and ObjectiveThe present study was conducted to conceptualize and evaluate the health of the Asiabrood Watershed in Chalus Township, Mazandaran Province, Iran.
Material and MethodsThe existing regional data, including climatic, hydrologic, erosion, sedimentation, and economic and social data, were collected and analyzed. In addition, several field visits were also made to make a general assessment of the ecological, economic, and social situation of the region and to complete the information on the study watershed. Then, the watershed health was assessed using the conceptual model of pressure, state, and response at the sub-watershed scale. Accordingly, the pressure index was first investigated by analyzing the driving forces of human activities and climate change over the study watershed. Then, the current state of the natural environment and the watershed performance to the pressures was analyzed as the status index. Further, the response index of the Asiabrood Watershed was calculated as a criterion for expressing the degree of community response or different outcomes of the watershed to the changes and concerns imposed on the watershed system.
ResultsThe results showed that the total health index of the Asiabrood Watershed with respective and relative contributions of pressure, state, and response indices of 18, 39, and 43% and an overall health index of 0.50 has a moderate health condition.
ConclusionAlthough the health status of the Asiabrood Watershed is in moderate condition, the health status of the study watershed may decline, and, of course, adverse responses are possible if appropriate management policies are not adopted.
Keywords: Integrated watershed management, Quantitative strategic planning, Watershedhealth analysis, Watershed sustainability -
داده های دبی روزانه جریان از پیش نیازهای مدیریت منابع آب هستند، اما امکان اندازه گیری آن در بسیاری از آبخیزهای بالادست وجود ندارد. بر این اساس، مدل سازی هیدرولوژیکی یکی از ابزارهای مهم در برآورد خصوصیات جریان در آبخیزهای بدون آمار است. تخمین پارامتر های ورودی مدل های هیدرولوژیکی در اغلب موارد نیازمند بهینه سازی است. هدف این پژوهش، ارزیابی روش های بهینه سازی و واسنجی خودکار مدل بارش-رواناب SIMHYD در حوزه آبخیز کوزه تپراقی با مساحت 805 کیلومترمربع در استان اردبیل است. داده های دبی، بارش روزانه، تبخیر و تعرق به عنوان ورودی های مدل از سال 2002-2011 برای واسنجی و از سال 2009-2011 برای صحت سنجی در امر شبیه سازی استفاده شدند. روش های واسنجی شامل الگوریتم ژنتیک، تکامل رقابتی جامع، الگوی جستجو، الگوی جستجوی چند شروعه، نمونه گیری تصادفی یکنواخت، روزنبروک، بهینه سازی روزنبروک چند شروعه براساس معیارهای کارایی آماری ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که تغییر الگوریتم های بهینه سازی در دقت واسنجی مدل تاثیر قابل توجهی دارد. به طوری که مقدار تابع نش-ساتکلیف برای الگوریتم های مورداستفاده به ترتیب 42/0، 31/0، 55/8-، 38/0، 56/0، 23/0، 24/0 به دست آمد. الگوریتم روزنبروک در مقایسه با سایر الگوریتم های مورد استفاده، از دقت بالایی در واسنجی مدل هیدرولوژیک SIMHYD برخوردار است.کلید واژگان: واسنجی, هیدروگراف جریان, بارش-رواناب, حوزه آبریز کوزه تپراقی, استان اردبیلDaily flow data are a prerequisite for water resources management, but it is not possible to measure it in many upstream watersheds. In this study, different optimization algorithms have been used to evaluate the efficiency of the SIMHYD model. Therefore, the discharge data of Kouzetopraghi rive gauge station was selected as the study data (805 km2) located in Ardabil province. The daily data of rainfall, evapotranspiration of the meteorological stations in the study area were used to simulate the daily river flow data. Optimization methods including genetic algorithm, comprehensive competitive evolution, search pattern, multi-start search pattern, uniform random sampling, Rosenbrook, multi-start Rosenbrook optimization were evaluated based on statistical efficiency criteria. The mean value of discharge values by genetic algorithms, multi-year pattern search, uniform random sampling, multi-start Rosenbark, Rosenbork, comprehensive competitive evolution, search pattern were 0.031, 0.023, 0.085, 0.032, 0.024, 0.032, 0.031, respectively. The results showed that the change of optimization algorithms has a significant effect on the calibration accuracy of the model, so that the values of the Nash-Sutcliffe efficiency criteria for the employed algorithms were 0.42, 0.31, -8.55, 0.38, 0.56, 0.023, and 0.24, respectively. The Rosenbrook algorithm had higher accuracy in calibrating the SIMHYD hydrological model compared to other algorithms used. A part of the modeling error can be related to the inconsistency of precipitation and runoff data due to the multiplicity of stations.Keywords: Calibration, Flow hydrograph, Rainfall-runoff, Kouzetopraghi watershed, Ardabil province
-
امنیت اکولوژیکی حوزه آبخیز به ظرفیت زمین و سطح تقاضای مورد انتظار برای تضمین حیات جمعیت ساکن در آن وابسته بوده و ارزیابی منطقه ای آن برای پیشبرد برنامه ریزی ها و سیاست گذاری های راهبردی ضروری است. به همین منظور، پژوهش حاضر با هدف تحلیل وضعیت ناهمگونی امنیت اکولوژیکی حوزه آبخیز سامیان واقع در بخش مرکزی استان اردبیل انجام شد. بر همین اساس، یک روش ارزیابی جامع مبتنی بر تحلیل ابعاد مختلف تامین و تقاضای امنیت مادی و معنوی در سطح 27 زیرحوضه مفهوم سازی و پیاده سازی شد. نتایج نشان داد که مقدار متوسط هر دو مولفه تامین و تقاضای امنیت اکولوژیکی در کل حوزه آبخیز برابر با 53/0 بوده است. هم چنین، از لحاظ شاخص امنیت اکولوژیکی (ESI)، کل حوزه آبخیز دارای وضعیت امن جزیی است. با وجود این، از لحاظ ناهمگونی فضایی، حداکثر مقدار شاخص امنیت اکولوژیکی (49/0) به زیرحوضه 22 واقع در قسمت مرکزی اختصاص داده شد. از ویژگی های کلی این زیرحوضه می توان به کاربری زراعت آبی اشاره کرد که موجب شده است منطقه از لحاظ امنیت اکولوژیکی در سطح بالایی قرار گیرد. هم چنین، حداقل مقدار این شاخص (43/0-) مربوط به زیرحوضه 27 واقع در بخش مرکزی استان است. شهر اردبیل مرکز استان اردبیل در این زیرحوضه قرار دارد و شهری بودن و نبود کاربری زراعت، جنگل و باغ از جمله ویژگی های این زیرحوضه است که منجر به قرار گرفتن این زیرحوضه در وضعیت ناامن شده است. توزیع مکانی شاخص امنیت اکولوژیکی نشان داد که وضعیت های امن، امن جزیی، ناامن جزیی و ناامن به ترتیب 12، 51، 33 و چهار درصد حوزه آبخیز سامیان را شامل شده اند.کلید واژگان: الگوی فضایی, تامین امنیت اکولوژیکی, تخریب حوزه آبخیز, توازن منابعThe ecological security of the watershed depends on the land capacity and the level of demand expected to ensure the survival of the population living in it and and its regional assessment is necessary to advance the strategic planning and poliy-making. Towards this, the aim of this study was to analyze the heterogeneity of ecological security of the Samian Watershed located in the center of Ardabil Province. Accordingly, a comprehensive evaluation method based on the analysis of various dimensions of supply and demand of material and spiritual security for 27 sub-watersheds was conceptualized and implemented. It was found that the mean value of both supply and demand indicators of ecological security in the whole watershed are equal to 0.53. In general, this watershed has marginal security. However, in terms of spatial heterogeneity, the maximum value of the ecological security index (0.49) was allocated to sub-watershed 22 located in the central part of the watershed. One of the general features of this sub-watershed is the existence of the irrigated agriculture, which has caused the region to be at a high level in terms of ecological security and supplied the demands of region population. Also, the minimum value of this index (-0.43) is related to sub-watershed 27 located in the northwest. The Ardabil City, the capital of Ardabil Province, is located in this sub-watershed, and the urban nature and lack of agriculture, forest, and garden land use are among the characteristics of this sub-watershed, which has led to the sub-watershed being in an unsafe situation. The spatial distribution of the ecological security index showed that 12, 51, 33, and 4% of the region, respectively characterized by security, marginal security, marginal insecurity, and insecurity states cover.Keywords: Resource balance, Spatial Pattern, Watershed degradation, Ecological security supply
-
پژوهش مروری حاضر با هدف پایش اقدامات مدیریتی و پاسخ هیدرولوژیکی در 12 آبخیز معرف و زوجی کشور شامل تنگ شول (فارس)، خامسان (کردستان)، دهگین (هرمزگان)، زیدشت (البرز)، شوش (خوزستان)، کاخک (خراسان رضوی)، کچیک (گلستان)، کسیلیان (مازندران)، گنبد (همدان)، گوربند (سیستان و بلوچستان)، هریس (آذربایجان شرقی)، و طاحونه (یزد) تدوین شده است. بدین منظور، حدود 161 منبع مطالعاتی مورد استفاده و تحلیل قرار گرفت. در این میان، فقط 40 منبع به طور ویژه به بررسی و مقایسه آبخیزهای شاهد و نمونه پرداخته اند. بنابراین می توان جمع بندی نمود که قابلیت کاربرد نتایج حاصل از اقدامات و مطالعات صورت گرفته در آبخیزهای زوجی به طور مناسب تشریح و یا مستندسازی نشده اند. اولین پژوهش ها در سال 1380 در آبخیزهای زوجی شوش و کسیلیان و بیش ترین آن ها در آبخیزهای زوجی کسیلیان (44 مطالعه) و کچیک (28 مطالعه) انجام شده است. وجود کم ترین پژوهش ها در آبخیزهای زوجی هریس، گوربند و طاحونه (کم تر از چهار مطالعه) را می توان به تازه تاسیس شدن و کم بودن داده های استحصالی از آن ها نسبت داد. بیش ترین پژوهش های آبخیزهای زوجی کشور مربوط به سال های 1394، 1395 و 1400 با 18، 17 و 19 مورد بوده استکلید واژگان: برنامه ریزی, حوضه های تحقیقاتی, سرمایه طبیعی, مدل سازی, مدیریت آبخیزIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:17 Issue: 60, 2023, PP 51 -81The present review has been compiled to monitor management practices and hydrological response in 12 representatives and paired watersheds of the country including Tangeshol (Fars), Khamesan (Kurdistan), Dehgin (Hormozgan), Zidasht (Alborz), Shush (Khuzistan), Kakhk (Khorasan Razavi), Kechik (Golestan), Kasilian (Mazandaran), Gonbad (Hamedan), Goorband (Sistan & Baluchestan), Herris (East Azarbaijan), and Tahooneh (Yazd). For this purpose, about 161 studies were used and analyzed. Only 40 sources have specifically studied and compared the control and treatment watersheds. Therefore, it can be concluded that the applicability of the practices results and studies conducted in the paired watersheds have not been adequately described or documented. The first research was carried out in 2001 in Shush and Kasilian paired watersheds and most of them were observed in Kasilian (44 studies) and Kechik (28 studies) paired watersheds. The existence of the least research in Herris, Goorband, and Tahooneh watersheds (less than four studies) can be attributed to their new establishment and lack of extracted data. Most of the studies of paired watersheds in the country were related to the years 2015, 2016, and 2021 with 18, 17, and 17 cases.Keywords: Modeling, planning, natural capital, research catchments, watershed management
-
رطوبت خاک، متغیر مهمی در سیستم های اقلیمی، هیدرولوژیکی و اکولوژیکی است که فرآیندهای جوی را به سطح زمین پیوند می دهد. سامانه های بارشی سال آبی 98-1397به طور ناهنجاری باعث بارش های بیش ازحد نرمال در استان فارس شده و تغییرات عمده در رطوبت سطحی خاک را ایجاد کردند. هدف از این پژوهش تحلیل مکانی تغییرات رطوبت خاک قبل و پس از بارش های سنگین بهاره در استان فارس با استفاده از تصاویر ریزمقیاس سازی شده راداری است. با استفاده از باندهای پس پراکنش پلاریزاسیون های VV و VH و نیز باند زاویه برخورد (θ) مستخرج از تصاویر راداری Sentinel_1 و کاربری اراضی مستخرج از سنجنده مادیس یک لایه آموزشی ایجاد شده و با استفاده از الگوریتم ماشین بردار پشتیبان نقشه ریزمقیاس سازی رطوبت خاک به دست آمد. نتایج نشان داد که رطوبت حجمی خاک با قدرت تفکیک بالا بین 18/0 تا 38/0 در سال پر بارش و بین 12/0 تا 24/0 برای بلندمدت است. نقشه ناهنجاری نشان داد که بین 14/0 و 18/0 مترمکعب بر رطوبت خاک افزوده شده است. ناهنجاری مثبت بیش تر در شرق و جنوب استان بوده و مناطق کم رطوبت تر سهم ناهنجاری مثبت بیش تری را تجربه کرده اند. آماره شاخص موران با مقدار 99/0 خودهمبستگی مکانی ناهنجاری رطوبت خاک و خوشه ای بودن افزایش رطوبت را نیز مورد تایید قرار داده است. در مجموع می توان نتیجه گیری کرد که با استفاده از نتایج این روش می توان نسبت به پایش مناطق با ناهنجاری کم یا زیاد از نظر رطوبت خاک را پس از بارش های مختلف اقدام کرد و از نتایج آن در بهبود فرآیند تصمیم گیری ها استفاده کرد.
کلید واژگان: تفکیک مکانی, رادار, شاخص موران, طبقه بندی بردار پشتیبان, فرآیند جویSoil moisture is an important variable in climatic, hydrological, and ecological systems that link atmospheric processes to the earth's surface. The rainfall systems of the water year 2017-2018 abnormally caused more than normal rainfall in Fars province and caused major changes in the surface moisture of the soil. The purpose of this research is to analyze the spatial changes of soil moisture before and after heavy spring rains in Fars province using Downscale RADAR images. Using the backscatter bands of VV and VH polarizations as well as the incident angle band (𝜃) extracted from Sentinel 1 radar images and land use extracted from the MODIS sensor, a training layer was created. Furthermore, using the support vector machine algorithm, the downscaling soil moisture map was obtained. The results showed that the volumetric soil moisture with high resolution is between 0.18 and 0.38 in the rainy year and between 0.12 and 0.24 in the long term. An anomaly map showed that between 0.14 and 0.18 m3 increased soil moisture. The positive anomaly is more in the east and south of the province, and less humid areas have experienced a greater share of positive anomaly. Moran's index statistic with a value of 0.99 has also confirmed the spatial autocorrelation of soil moisture anomaly and clustering of moisture increase. In general, it can be concluded that by using the results of this method, it is possible to monitor areas with low or high soil moisture anomalies after different rainfalls and to improve the decision-making process.
Keywords: Atmospheric process, Moran index, RADAR, Spatial resolution. Support vector classification
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.