استخراج مساحت بحراني و بررسي ارتباط آن با خصوصيات فيزيكي و اقليمي حوضه‌هاي آبريز درجه‌ دوم و سوم ايران

Quantifying Critical Area and Investigating its Relationship with the Physio-Climatic Characteristics of the Second and Third Order River Basins in Iran

چنانچه نقشه‌ي شبكه‌ي رودخانه‌ي يك منطقه به طور مناسب براي مدل‌سازي فرايندهاي انتقال آب يا املاح در اختيار نباشد، اين شبكه‌ را مي‌بايد با استفاده از الگوريتم‌هاي استخراج شبكه‌ي رودخانه و با تعيين مساحت بحراني به عنوان پارامتر كليدي ورودي استخراج كرد. هدف اين پژوهش، (1) استخراج مساحت بحراني در حوضه‌ها‌ي آبريز درجه دوم و سوم ايران و (2) بررسي ارتباط بين آن با ويژگي‌هاي فيزيكي-اقليمي حاكم بر حوضه‌ها‌ با هدف تعيين مهمترين عوامل كنترل‌كننده‌ي مساحت بحراني بوده است. به اين منظور، نزديكترين مساحت بحراني به واقعيت در هر يك حوضه‌ها‌ي آبريز درجه دوم و سوم ايران با مقايسه‌ي چگالي زهكشي شبكه‌ي رودخانه‌ي استخراج شده به كمك روش D8 و چگالي زهكشي آخرين نسخه‌ي شبكه‌ي رودخانه‌هاي كشور به عنوان نقشه‌ي مبنا‌ تعيين گرديد. طبق نتايج، قدرت تفكيك مكاني مدل رقومي ارتفاعي از 30 متر تا 300 متر تأثير قابل ملاحظه‌اي در تخمين مقدار مساحت بحراني ندارد. همچنين، مساحت بحراني با ميزان نفوذ‌پذيري و درجه‌ي فرسايش خاك، رابطه‌اي مستقيم و با تراكم پوشش گياهي، رابطه‌اي معكوس دارد. مقدار مساحت بحراني در اقليم‌هاي معتدل،‌ بزرگتر و در نواحي گرم‌تر، كوچكتر است. همچنين، افزايش مقدار شيب متوسط حوضه و ارتفاع متوسط بارش سالانه، باعث كاهش مقدار مساحت بحراني مي‌شود. با اين وجود، همبستگي بين مساحت بحراني با تمام كميت‌هاي فيزيكي و اقليمي بررسي شده غيرمعنادار است كه اين مشاهده حاكي از لزوم استخراج مساحت بحرانيِ حاكم بر يك حوضه‌ي آبريز از روش‌هايي به غير از روابط فيزيكي-رياضي مي‌باشد.

If the channel network map of a region is not suitable for the purpose of modeling water and solute transport processes, the underlying river network should be extracted by the relating algorithms given the critical area as the input. The goal of this study was to (1) extract the critical area in the second and third order river basins in Iran, and (2) investigate the relationship between the critical area and physio-climatic characteristics of the basins with the aim of determining the most dominant factors controlling the critical area. To this end, the closest critical area to reality was determined by minimizing the difference between the drainage density of the extracted river networks using the D8 method and the one known as the base map of the river networks. Results indicate that the spatial resolution of the digital elevation model between 30 m to 200 m does not impose significant impact on the magnitude of the estimated critical area. Also, direct relationship holds between the critical area and the soil permeability and erosion rate, while the correlation is negative between the critical area and the vegetation density. Critical area is smaller and larger in the temperate and warmer climates, respectively. Furthermore, increase in the average slope and the average annual precipitation height decreases the critical area. Nevertheless, the correlation between the critical area and the studied physio-climatic quantities is insignificant, highlighting the need to determine the critical area of a given river basin using approaches other than physical-mathematical relationships.