ارزیابی کارآیی مدل EGEM برای برآورد فرسایش خندقی در حوزه آبخیز ایکی‌‌ آغزلی استان گلستان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد گروه آبخیزداری و مدیریت مناطق بیابانی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 عضو هیئت علمی گروه آبخیزداری دانشگاه گرگان

3 عضو هیات علمی گروه آبخیزداری و مدیریت مناطق بیابانی

4 کارشناس ارشد آبخیزداری- اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان گلستان، گرگان

چکیده

سابقه و هدف :یکی از اشکال مهم فرسایش خندقی که معمولا در اراضی زراعی تشکیل شده و توسعه پیدا می‌کند، فرسایش خندقی موقتی است. تحقیقات نشان داده است که خندق‌های موقتی سالانه 2 تا 90 مترمکعب در هکتار در سال خاک را از دسترس خارج می‌کنند. با توجه به رسوب‌زایی بالای نهشته‌های لسی و سطح بالای زیرکشت اراضی استان گلستان، شناخت و بررسی عوامل موثر در فرسایش خندقی موقتی و روند گسترش آن بیش از پیش ضروری است. هدف اصلی این پژوهش ارزیابی کارآیی مدل فرسایش خندق موقتی (EGEM) برای برآورد فرسایش خندقی موقتی در آبخیز ایکی‌‌ آغزلی بوده است.
مواد و روش‌ها: آبخیز ایکی ‌آغزلی با مساحتی معادل 703 هکتار در شرق استان گلستان و شمال کشور در محدوده حوزه آبخیز بزرگ گرگانرود استقرار یافته است. میزان بارندگی سالیانه در منطقه به طور متوسط 424 میلی‌متر و میانگین دمای سالیانه معادل 7/15 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. ابتدا از طریق بازدیدهای میدانی در طی سه مرحله به فاصله سه ماه، 12 خندق موقتی شناسایی و با ثبت موقعیت آنها ازطریق GPS، اقدام به ثبت مورفومتری و نمونه‌برداری خاک در قسمت سر هر خندق شد. علاوه بر خصوصیات مورفومتریک و برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک، مرز آبخیز مشرف به هر خندق موقتی نیز تعیین شد. ارزیابی کارآیی مدل EGEM با استفاده از آزمون خی در محیط نرم‌افزار R، با مقایسه متغیرهای مشاهداتی متوسط سالانه فرسایش و عرض خندق‌‌های موقتی با خروجی متناظر مدل، انجام شد.
یافته‌ها: متوسط تلفات خاک ناشی از فرسایش خندقی موقتی 7/156 تن در سال برای کل خندق‌های موقتی بدست آمد. عمق این خندق‌ها بین 10 تا 45 سانتی‌متر و عرضی بین 15 تا 60 سانتی‌متر در اندازه‌گیری نهایی ثبت شد. متوسط تلفات خاک برای 12 خندق موقتی به ازای هر خندق 76/3 تن در هکتار تعیین شد. نتایج نشان داد که بین متوسط سالانه فرسایش خندقی اندازه‌گیری شده و برآورد شده با مدل، اختلاف معنی‌داری در سطح پنج درصد برقرار است، در حالی که بین متوسط سالانه عرض خندق‌های موقتی با خروجی متناظر مدل، اختلاف معنی‌‌داری مشاهده نشد. مدل EGEM توانایی برآورد نرخ فرسایش خندقی موقتی در آبخیز ایکی آغزلی را در سطح قابل قبول ندارد، در حالی که برای عرض خندق‌های موقتی کارآیی قابل قبولی را دارا است.
نتیجه گیری: در مجموع با عنایت به نتایج این پژوهش، می‌توان مطرح نمود که در طول انجام این تحقیق، خندق‌های موقتی با بارش‌های پاییزه و همزمان با عملیات خاکورزی (4 خندق موقتی) و در اواخر زمستان (8 خندق موقتی) تشکیل شد. می‌توان دلایلی چون شدت بارندگی، شرایط رطوبت قبلی خاک، خاکورزی در امتداد شیب دامنه در منطقه مورد مطالعه را در این مهم دخیل دانست. با توجه به این نتایج توصیه می‌شود برای بررسی دقیق‌تر فرسایش خندقی موقتی در آبخیز ایکلی ‌آغزلی، EGEM برای هر بارش منفرد، مورد ارزیابی قرار گرفته و با نتایج متوسط سالانه تلفات خاک مورد مقایسه قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Efficiency assessment of the EGEM to estimate gully erosion in Iky-Aghzly watershed of Golestan province

نویسندگان [English]

  • null null 2
  • Mohsen Hosseinalizadeh 3
چکیده [English]

Background and Objectives: An important form of gully erosion which usually develops in farmlands is ephemeral gully erosion. Researches have shown that soil loess due to ephemeral gullies is around 2 to 90 m3.h1.yr1. Given the high soil loess of loess deposits and intensive cultivated lands in Golestan province, assessment of factors affecting the development of ephemeral gullies is of great importance. The main objective of this study is the efficiency assessment of the Ephemeral gully erosion model (EGEM) to estimate gully erosion in the Iky-Aghzly watershed.
Materials and Methods: The area of Iky-Aghzly watershed is around 703 hectares, located in the basin of the Gorganroud (Golestan province). Its mean annual precipitation and temperature is 424 mm and 15.7 ºC, respectively. Through field reconnaissance in three stages (seasonally), 12 ephemeral gullies were identified and their locations recorded by GPS. Morphometric characteristics recordings and soil sampling were conducted in the head of gullies as well. Apart from measuring of morphometric characteristics and soil physicochemical properties, physical specifications of watershed adjacent to each gully was calculated. EGEM efficacy was validated by Chi-square test in R software, by comparing the observed variables (mean annual soil erosion and width of ephemeral gullies) with the same variables estimated by the model.
Results: The average soil loss caused by ephemeral gully erosion was around156.7 t yr-1 for all ephemeral gullies. The depth and width of gullies was between 10 to 45 cm and 15 to 60 cm in the last measurements. The average soil loss per each ephemeral gully was around 3.76 to 12 t h-1.

The results showed that there is a significant difference at the 5% level between the measured annual average gully erosion rate and estimated erosion by the model. But the annual average width of ephemeral gullies corresponding to the model output variable, was not significantly different. The rate of ephemeral gullies erosion estimated by The EGEM is not acceptable in the Iky Aghzly watershed, while the width of ephemeral gullies (EGEM) was near the observed width.
Conclusion: Generally, according to the results of this research, it can be concluded that the ephemeral gullies were formed coinciding with the autumn rains and tillage (4 ephemeral gullies) and in the late winter (8 ephemeral gullies (.The reasons for ephemeral gullies emerging are rainfall intensity, antecedent soil moisture content, tillage along the slopes in the study area. According to these results, for accurate assessment of EGEM as event-based model in Iky-Aghzly watershed, individual participations is recommended.

کلیدواژه‌ها [English]

  • loess deposits
  • Ephemeral gully erosion model
  • Morphometric characteristics
  • Chi-square
1.Asghari-Jafarabadi, M., and Mohammadi, S.M. 2013. Statistical Series: An Introduction to
Inferential Statistics (Point Estimation, Confidence Interval and Hypothesis Testing).
J. Diabetes and Metabolic Disorders, Under Press. (In Persian)
2.Behboudi, A. 2009. Reviews of gully erosion in the watershed Sarand Chay (with emphasis
on the EGEM). M.Sc. Thesis, Tabriz University, 121p. (In Persian)
3.Bell, G.F. 2000. Engineering Properties of Soils and Rocks. Fourth Edition, Blackwell
Science, Great Britain, 55p.
4.Capra, A. 2013. Ephemeral gully and gully erosion in cultivated land: a review. Drainage
Basins and Catchment Management (Lannon EC, ed.). Nova Science Publishers, New York,
USA, Pp: 109-141.
5.Capra, A., and Scicolone, B. 2002. Ephemeral gully erosion in a wheat cultivated area in
Sicily, Italy. Biosystems Engineering. 83: 1. 119-126.
6.Capra, A., Mazzara, L.M., and Scoicolone, B. 2005. Application of the EGEM model to
predict ephemeral gully erosion in Sicily, Italy. Catena. 59: 133-146.
7.Casali, J., Lopez, J.J., and Giraldez, J.V. 1999. Ephemeral gully erosion in Southern Navarra
(Spain). Catena. 36: 65-84.
8.Franti, T.G., Laflen, J.M., and Watson, D.A. 1985. Soil Erodibility and Critical Shear Under
Concentrated Flow. ASAE Summer Meet. The Ohio State University, Columbus, OH, USA,
256p.
9.Gordon, L.M., Bennett, S.J., Bingner, R.L., Theurer, F.D., and Alonso, C.V. 2007. Simulating
ephemeral gully erosion in AnnAGNPS. American Society of Agricultural and Biological
Engineers. 50: 3. 857-866.
10.Kompani-Zare, M., Soufi, M., Hamzehzarghani, H., and Dehghani, M. 2011. The effect of
some watershed, soil characteristics and morphometric factors on the relationship between
the gully volume and length in Fars province, Iran. Catena. 86: 150-159.
11.Nachtergaele, J.J., Poeson, A., Steegen, I., Takken, L., Beuselinck, L., Vandekereckove, G.,
and Grovers, G. 2001. The value of a physically based model versus an empirical approach
in the prediction of Ephemeral gully erosion for loss-dierived soils. Geomorphology.
40: 237-252.
12. Nourmohammadi, F., and Haghizadeh, A. 2014. Factors controlling the morphology and
volume –length relations of ephemeral gullies in the Western arid regions of Iran. Ecopersia.
2: 3. 613-628.
13.Poesen, J., Nachtergaele, J., Verstraeten, G., and Valentin, C. 2003. Gully Erosion and
Environment Change: Importance and Research Needs. Catena. 50: 91-133.
14.R Development Core Team, 2008. R: A language and Environment for Statistical Computing.
15.Rezaei-Moghaddam, M.H., and Behboudi, A. 2011. Application of EGEM for
estimating Ephemeral gully erosion in the watershed Sarnd Chay, Ahar. J. Geograph.
Space. 11: 35. 135-153. (In Persian)
16.Silakhori, E., Ownegh, M., Sadoddin, A., and Filekesh, E. 2014. Comparing efficiency of
Iranian desert hazard assessment models, namely MICD and IMDPA (Case study: Sabzevar
region). Gorgan J. Water Soil Cons. 21: 4. 1-28. (In Persian)
17.Tekwa, I.J., Alhassan, A.B., Chiroma, A.M., and Laflen, J.M. 2014. Prediction of Ephemeral
Gully Erosion in Mubi. Northeast Nigeria, Agric. Sci. Res. J. 4: 7. 115-125.
18.Valcarcel, M., Taboada, T., Paz, A., and Dafonte, J. 2005. Ephemeral gully erosion in north
western Spain. Catena. 50: 199-266.
19.USDA, Soil Conservation Service. 1992. Ephemeral gully erosion model EGEM, Version
2.0 DOS User Manual.
20.Valentin, C., Poesen, J., and Yong, Li. 2005. Gully erosion: impacts, factors and control.
Catena. 63: 132-153.
21.Woodward, D.E. 1999. Method to predict cropland ephemeral gully erosion. Catena. 37: 393-399.
22.Zhang, Y., Wua, Y., and Liu, B. 2007. Characteristics and factors controlling the
development of ephemeral gullies in cultivated catchments of black soil region, Northeast
China. Soil and Tillage Research. 96: 28-41.