ارتباط الگوي سيماي سرزمين و رسوب در برخي از زيرحوزه‌هاي آبخيز استان گلستان

Relationship between landscape metrics and sediment yield in some watersheds of Golestan Province

سيماي سرزمين، يكي از عوامل موثر بر فرايندهاي هيدرولوژي آبخيز مي­‌باشد. تغيير ساختار و توزيع مكاني كاربري‌هاي اراضي مختلف، نقش مهمي در توليد رواناب و رسوب در سطح آبخيز دارد. تعيين ارتباط بين الگوهاي چشم‌انداز آبخيز و فرايندهاي هيدرولوژي مي­تواند در تعيين مقدار فرسايش خاك و رسوب­ آبخيز مورد استفاده قرار گيرد. از اين­‌رو، با توجه به مشكلات موجود در اندازه‌­گيري رسوب، برآورد آن با استفاده از ويژگي‌­هاي سيماي سرزمين و الگوي كاربري زمين جايگزين مناسبي براي روش‌هاي معمول برآورد رسوب مي‌­باشد. بر اين اساس، هدف پژوهش حاضر، تعيين ارتباط رسوب­ آبخيز با سنجه‌هاي سيماي سرزمين در زيرحوضه­‌هاي منتخب استان گلستان است. بدين‌منظور، داده­‌هاي دبي و رسوب معلق براي ايستگاه­‌هاي هيدرومتري استان از منابع مربوطه اخذ و بر اساس خصوصيات آبخيز و كيفيت و كميت داده‌­ها، زيرحوضه‌­هاي مناسب اين پژوهش انتخاب شد. سپس، با استفاده از نقشه كاربري اراضي استان، 15 سنجه سيماي سرزمين مرتبط با رسوب براي كاربري­‌هاي مختلف تعيين شدند. به­‌منظور تعيين ارتباط بين رسوب آبخيز با سنجه­‌هاي سيماي سرزمين، از رگرسيون كمينه مربعات جزئي استفاده شد كه تركيب روش­‌هاي تجزيه و تحليل مؤلفه‌­هاي اصلي و رگرسيون چندگانه است. نتايج پژوهش نشان داد كه بين رسوب آبخيز با الگوهاي پوشش زمين ارتباط زيادي وجود دارد. از ميان 15 سنجه­ سيماي سرزمين، شاخص بزرگ‌‌ترين لكه (LPI)، ميانگين فاصله نزديك­ترين همسايه (ENN-MN) و ميانگين نسبت محيط به مساحت (PARA–MN) به‌­­ترتيب با مقادير اهميت متغير در پيش‌بيني (VIP) 1.296، 1.184 و 1.747 و ضرايب رگرسيوني 0.014-، 0.039- و 0.002- به­­عنوان سنجه­‌هاي اصلي در كاهش ميزان رسوب­ آبخيز تعيين شدند و سنجه‌هاي شاخص شكل سيماي سرزمين (LSI) و ميانگين اندازه لكه (AREA-MN) با مقادير VIP ،0.80 و 0.84 و ضرايب رگرسيوني 0.020 و 0.017 به­‌عنوان سنجه­‌هاي مؤثر در افزايش رسوب­ آبخيز­هاي مطالعاتي شناخته شدند كه 71 درصد از تغييرات رسوب را در زيرحوضه­‌ها تبيين مي­‌كنند. نتايج پژوهش حاضر، توانايي برآورد رسوب با استفاده از ويژگي‌­هاي سيماي سرزمين و كارايي رگرسيون كمينه مربعات جزئي را در تعيين مدل‌هاي كمي رسوب تاييد مي­كند.

Landscape is one of the main factors influencing hydrological processes of the watershed. Changes in structure and spatial pattern of land use play important role in surface runoff and sediment yield. Determining the relationship between landscape patterns and hydrological processes can be used as an indicator of watershed soil erosion and sediment yield. Therefore, due to the problems in field measurement of sediment yield, its estimation using landscape properties and land use pattern is an appropriate alternative for current estimation methods. The purpose of this research is to determine the relationship between watershed sediment yield and landscape metrics in the selected sub-watersheds of Golestan Province. To this end, suspended sediment concentration data for all hydrometric stations of the studied province were obtained from the relevant resources and appropriate sub-watersheds were selected. Then, using the land use map of Golestan Province, 15 landscape metrics related to sediment yield were determined for different land uses by Fragstats 4.2 software. In order to determine the relationship between watershed sediment yield and landscape metrics, a partial least squares regression was used which combines the methods of principal component analysis and multiple linear regression. The relative importance of landscape metrics was determined through examining the values of Variable Importance for the Projection (VIP) and Regression Coefficients (RCs). The results of this study indicated that the watershed sediment yield is densely associated with land use patterns. The main indices in reducing sediment yield were the Largest Patch Index (LPI), the average of the nearest neighbor distance (ENN-MN) and the average of perimeter-area ratio (PARA –MN) with values of VIPs of 1.296, 1.184 and 1.747, and regression coefficients of -0.014, -0.039, and -0.002, respectively. The main indices in incrising sediment yield were Landscape Shape Index (LSI) and mean patch size (AREA-MN) with regression coefficients of 0.020 and 0.017, respectively. The landscape characteristics in watersheds could account for as much as 71% of the variation in sediment yield of watershed. The results of study showed that the landscape characteristics can be used for watershed sediment yield modeling.