مدل‌سازی الگوی نقطه‌ای دامنه و آبراهه با استفاده از تصاویر پهپاد در بخشی از فلات لسی، استان گلستان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته دکتری گروه علوم خاک، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی

2 گروه علوم خاک، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

3 گروه آبخیزداری و مدیریت مناطق بیابانی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

10.22069/jwsc.2020.16720.3202

چکیده

سابقه و هدف: درک فرآیندهای بوم‌شناختی و ژئومورفولوژی نهفته در توزیع مکانی نهشته‌های لسی و رخساره‌های مربوطه و همچنین تحلیل الگوی مکانی آن‌ها در مناطق خشک و نیمه‌خشک، برهمکنش آن‌ها را در این محیط‌ها آشکار می‌سازد. فلات لسی استان گلستان نیز منطقه‌ای با توپوگرافی منحصربه‌فرد و پیچیده که با پوشش گیاهی مرتعی در منطقه نیمه‌خشک واقع شده است. تحلیل الگوی نقطه‌ای جهت دامنه و آبراهه و بررسی اثرات متقابل آن‌ها با استفاده از آماره‌های اختصاری مختلف در بخشی از فلات لسی استان گلستان از اهداف این پژوهش می‌باشد. با توجه به فواصل اندک بین تپه‌ها و پیچیدگی‌های پستی‌وبلندی منطقه، تکنیک عکس‌برداری بدون سرنشین (UAV) برای تهیه عکس‌ هوایی دقیق از منطقه مطالعاتی به‌منظور استفاده در تحلیل نقطه‌ای به کار گرفته شد. لازم به ذکر است با توجه به اهداف گفته‌شده، این پژوهش نسبت به مطالعات پیشین نوآوری داشته و در مطالعه الگوی مکانی رخساره‌های لسی گامی به جلو محسوب می‌شود؛ به عبارتی این پژوهش تلاشی برای یافتن ارتباط مؤثر دامنه و آبراهه بر گسترش فرسایش آبراهه‌ای برای مطالعات آتی در این منطقه می‌باشد.
مواد و روش‌ها: منطقه مطالعاتی به لحاظ شرایط اقلیمی دارای رژیم رطوبتی و حرارتی زریک خشک و ترمیک است. تکنیک UAV برای تهیه عکس هوایی رنگی با دقت مکانی و زمانی بالا، به منظور مدل‌سازی الگوی نقطه‌ای جهت دامنه و تراکم آبراهه‌ها در منطقه استفاده شد. مشتقات اولیه و ثانویه توپوگرافی از مدل رقومی ارتفاع (DEM) تهیه‌شده توسط UAV با تفکیک مکانی 20×20 سانتی‌متری استخراج گردید. تحلیل نقطه‌ای تک و چندمتغیره (مدل‌سازی) متغیرها با استفاده از بسته‌های تخصصی در محیط نرم‌افزار R و Programita انجام گرفت. درنهایت، از تابع همبستگی نشان‌دار (MCF)، به‌منظور بررسی پرسش‌هایی در زمینه کاهش اندازه وابسته به تراکم، استفاده شد.
یافته‌ها: نتایج حاصل از توابع تک متغیره g(r) و O-ring(r) نشان داد جهت‌های مختلف شیب شامل: مسطح، شمالی، جنوبی، شرقی و غربی در کل فاصله‌ها در دامنه انتخابی از منطقه موردمطالعه، دارای الگوی مکانی کپه‌ای می‌باشند. این مهم بیان‌گر آن است دامنه‌های با جهت‌های یکسان در محدوده تحت تأثیر عوامل مختلف بیشتر در مجاور یکدیگر پراکنش داشته و نظم آن‌ها از الگوی خاصی پیروی می‌کند. علاوه بر آن، روابط متقابل بین آبراهه‌ها و جهت دامنه‌های شمالی در قطعه نمونه با استفاده از تابع دومتغیره g12(r) و O12(r)، ارتباط مثبت و تجمع آبراهه‌ها و دامنه‌های شمالی در همه فاصله‌ها در کنار یکدیگر را تائید کرد. تحلیل MCF نیز نشان داد که شیب به‌عنوان یک عامل مؤثر دارای ارتباط متقابل مثبت با تراکم آبراهه‌ها بودند و احتمال وجود تراکم بیشتر آبراهه‌ها در شیب‌های بیشتر، به‌مراتب زیادتر از حالتی است که در آن شیب منطقه کم است. این موضوع بیان‌گر آن است که در شیب‌های تندتر احتمال تشکیل آبراهه زیادتر از اراضی مسطح می‌باشد.
نتیجه‌گیری: به‌طورکلی، با توجه به انرژی برشی آب در شیب‌های تند، تعدد آبراهه‌ها نیز به‌مراتب بیشتر خواهد بود. درنتیجه هدررفت خاک در شیب‌های تند بیشتر از زمین‌های مسطح خواهد بود. نهایتاً، استفاده از فنّاوری UAV برای بررسی دقیق الگوی مکانی نهشته‌ها به‌منظور مشاهدات و داده‌های با دقت بالا و تصمیم‌گیری مدیران منابع طبیعی در جهت کاهش فرسایش خاک توصیه می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling of the spatial point pattern of hillside and stream using unmanned aerial vehicle in a part of loess plateau, Golestan province

نویسندگان [English]

  • Sedigheh Maleki 1
  • Farhad Khormali 2
  • Narges Kariminejad 3
  • Mohsen Hosseinalizadeh 3
1 PhD graduated, Department of Soil Science, Faculty of Water and Soil Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
2 Department of Soil Science, Faculty of Water and Soil Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
3 Department of Watershed and Arid Zone Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
چکیده [English]

Background and Objectives: Understanding the ecological and geomorphological processes of the spatial distribution of loess deposits helps us to find their interactions in the arid and semi-arid regions. The Iranian loess plateau with a unique landscape and complex topography also located in steppe vegetation with semi-arid climate. The aims of present study are point pattern analysis of hillside, stream, and their interactions using different summary statistics in the particular part of Iranian loess plateau. As there is a small distance between hillslope and complex topography in the study area, unmanned aerial vehicle (UAV) imagery used to prepare precise colored aerial photos for statistical analyses. Further, regarding to the mentioned purposes, this research has enough novelty compare with previous studies, and thus, it is a new step in studying the spatial pattern of loess facies; In other words, this study attempts to find the effective relationship between the hillside and streams in terms of the expansion of channel erosion in the study region.
Materials and Methods: The study area has dry Xeric soil moisture and Thermic soil temperature regimes. The UAV technique used to prepare the precise colorful images with highly spatial/temporal resolution to model the spatial patterns of hillside and streams density. The topographic attributes (primary and secondary) obtained from digital elevation model (DEM) applied with a spatial resolution of 20×20 cm. The univariate and bivariate point analyses (modelling) used for variable analyses in Spatstat package in R and Progammita software. Finally, Mark correlation function (MCF) used to investigate the question of reducing the size of density dependent.
Results: The results of univariate g(r) and O-ring (r) showed that different hillside facing i.e. flat, north, south, east, and west have the aggregated pattern in all distances in the study area. These implied that the same directions are distributed more closely next to each other and their arrangements follow the special pattern. In addition, the interaction between streams and north-face using the bivariate g12(r) and O12(r) confirmed the positive interaction between streams and north-face in all distances in the study area. The MCF analysis also showed that the slope as the effective factor has positive interaction with streams, and steep slopes are more aggregated compare with the low slopes. This indicates which the steeper slopes are more likely to form streams than flat lands.
Conclusion: Generally, the streams probability form in the steep slopes more than flat areas due to their shear energy, which leads to more soil losses. Further, the soil loss on the steep slopes is more than flat terrain. Finally, UAV technologies are recommended in the study of spatial pattern of deposits for detailed observations, highly accurate data, and deciding natural resource managers to reduce soil erosion.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Point pattern
  • Spatial analysis
  • Summary statistics
  • Unmanned aerial vehicle