مجله باروری خاک

مجله باروری خاک

تهیه نقشه فرسایندگی باران براساس شاخص مطلوب قدرت فرسایندگی باران با استفاده از روش‌های زمین‌آمار

نوع مقاله : مقاله علمی- پژوهشی

نویسندگان
ساناز مشعشعی 1
حسینعلی بهرامی 1
داود نیکامی 2
مهدی نورزاده حداد 3
1 گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
2 پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی ایران، تهران، ایران
3 پژوهشکده کشاورزی هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، کرج، ایران
10.30470/jsp.2026.736851
چکیده
امروزه فرسایش آبی به عنوان یکی از معضلات مدیریت آبخیز و کشاورزی مطرح است و محققین درصدد شناخت عوامل دخیل در آن و یافتن راهکارهایی برای کاهش فرسایش هستند. یکی از عوامل موثر در فرسایش آبی قدرت فرسایندگی باران می‌باشد که این عامل بطور معمول در قالب شاخص‌های فرسایندگی بیان می‌شود. هدف از این تحقیق محاسبه شاخص‌‌های ویشمایر، فورنیه و فورنیه اصلاح‌شده، تعیین شاخص بهینه و تهیه نقشه فرسایندگی باران با استفاده از دقیق‌ترین روش زمین‌آماری در استان اصفهان می‌باشد. به منظور محاسبه شاخص‌های مذکور از داده‌های 54 ایستگاه باران‌نگار که دارای آمار بیش از 25 سال بودند استفاده شد. به-منظور تهیه نقشه فرسایندگی باران، چهار روش‌ زمین‌آماری شامل میانگین متحرک وزن‌دار (WMA) ، اسپلاین کششی (TS)، کریجینگ معمولی (OK) و کو‌کریجینگ (CK) مورد استفاده قرار گرفتند. همچنین برای ارزیابی دقت روش‌های مذکور از شاخص‌های آماری معیار دقت (MAE)، معیار انحراف (MBE ) و مجذور میانگین ریشه خطا (RMSE) استفاده شد. نتایج بررسی شاخص‌های فرسایندگی باران نشان داد که شاخص ویشمایر بهترین شاخص بوده است. براین اساس کمینه، متوسط و بیشینه این شاخص در استان اصفهان به ترتیب 67/50، 40/340 و 70/1510 مگاژول- میلی‌متر در ساعت در هکتار در سال بوده است. همچنین شاخص فورنیه اصلاح شده همبستگی معنی‌داری در سطح 01/0 با شاخص ویشمایر نشان داد (85/0r=) و بعنوان متغیر کمکی در روش کوکریجینگ استفاده شد. از ارزیابی روش‌های زمین‌آماری مشخص شد که روش کوکریجینگ بیشترین دقت (24/0MAE=)، (15/0MBE=) و (94/20RMSE=) را در درون‌یابی شاخص ویشمایر داشته است. درنهایت نقشه فرسایندگی باران بر اساس شاخص ویشمایر و با استفاده از روش کوکریجینگ تهیه شد. براساس نقشه تهیه شده میزان فرسایندگی باران در شمال و غرب استان بیشتر از جنوب و شرق بوده است.
کلیدواژه‌ها
زمین‌آمار
شاخص فرسایندگی
فرسایش آبی
نقشه فرسایندگی باران
موضوعات

عنوان مقاله English

Preparation of a Rainfall Erosivity Map Based on the Optimal Rainfall Erosivity Index Using Geostatistical Methods, a Case Study of Isfahan Province

نویسندگان English

Sanaz Moshashaei 1
Hosseinali Bahrami 1
Davod Niknami 2
Mehdi Nourzadeh Hadad 3
1 Department of Soil Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Soil Conservation and watershed research institute
3 Nuclear Agriculture Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRI), Karaj, Iran
چکیده English

Today, water erosion is considered one of the major challenges in watershed management and agriculture, and researchers are striving to understand the factors involved and find solutions to reduce erosion. One of the influential factors in water erosion is the rainfall erosivity, which is typically expressed in the form of erosivity indices. The aim of this study is to calculate the Wishmeier and Smith, Fournier, and Modified Fournier indices, determine the optimal index, and prepare a rainfall erosivity map using the most accurate geostatistical method in Isfahan province. To calculate these indices, data from 54 recording rain gauge stations with over 25 years of statistics were used. To prepare the rainfall erosivity map, four geostatistical methods including Weighted Moving Average (WMA), Tension Spline (TS), Ordinary Kriging (OK), and Co-Kriging (CK) were employed. Furthermore, to evaluate the accuracy of these methods, statistical indices including Mean Absolute Error (MAE), Mean Bias Error (MBE), and Root Mean Square Error (RMSE) were used. The results of examining the rainfall erosivity indices indicated that the Wishmeier index was the best index. Accordingly, the minimum, average, and maximum values of this index in Isfahan province were 50.67, 340.40, and 1510.70 MJ.mm/ha.hr.year, respectively. Also, the Modified Fournier index showed a significant correlation (r=0.85) with the Wishmeier and Smith index at the 0.01 level and was used as an auxiliary variable in the Co-Kriging method. The evaluation of geostatistical methods revealed that the Co-Kriging method had the highest accuracy (MAE=0.24), (MBE=0.15), and (RMSE=20.94) in interpolating the Wishmeier and Smith index. Finally, the rainfall erosivity map was prepared based on the Wishmeier and Smith index using the Co-Kriging method. According to the prepared map, the amount of rainfall erosivity in the north and west of the province was higher than in the south and east.

کلیدواژه‌ها English

Geostatistics
Erosivity Index
Water Erosion
Rainfall Erosivity Map
Arekhi, S., & Mohammd Ghasemi, M. (2022). Evaluating Rain Erosivity Indices Using Geostatistical Techniques in GIS Environment (Case Study: Golestan Province). Geography and Territorial Spatial Arrangement, 12(42), 101-128. http://doi:10.22111/gaij.2022.6983.
Esmali Ouri, A., Abedini, M., Kavian, A., & Saadati, H. (2010). Study of Relations between Rainfall Erosivity and Sediment Yield Using Geostatistics and GIS in Ardabil Province. Watershed Management Science and Engineering, 4(10), 51-57.
Ferro, V., Giordano, G., & Iovino, M. (1991). Isoerosivity and erosion risk map for Sicily. Hydrological Sciences Journal, 36(6), 549-564. https://doi.org/10.1080/02626669109492543
Ghasemi Aghbash, F., Salarvand, J., & Asadolahi, Z. (2020). Mapping rainfall erosivity in Lorestan province using Kriging geostatistic technique. Journal of Climate Research, e120113.
Hudson, N. W. (1971). Soil Conservation. London: Batsford Ltd., and Ithaca, N.Y.: Cornell University Press.
Haji, K., Khaledi Darvishan, A., & Mostafazadeh, R. (2023). Spatiotemporal Variations of the Rainfall Erosivity with Considering Snow Cover Correction Coefficient in the Iranian Part of the Caspian Sea Basin. Watershed Management Research, 36(3), 70-89. http://doi: 10.22092/wmrj.2023.359311.1484.
Laws, J. O., & Parsons, D. A. (1943). The Relation of Raindrop Size to Intensity. Transactions, American Geophysical Union, 24(2), 452-460
Mikhailova, E. A., Bryant, R. B., Schwager, S. J., & Smith, S. D. (1997). Predicting Rainfall Erosivity in Honduras from Daily Precipitation Records. Journal of Soil and Water Conservation, 52(5), 369-374.
Nourzadeh, M., Mahdian, M. H., Malakouti, M. J., & Khavazi, K. (2012). Investigation and prediction spatial variability in chemical properties of agricultural soil using geostatistics. Archives of Agronomy and Soil Science, 58(5), 461–475.
Nourzadeh Hadad, M. (2013). Investigating the rainfall erosivity index using Geostatistics. International Journal of Agronomy and Plant Production, 4(11), 2816-2821.
Nourzadeh Hadad, M., & Bahrami, H.A. (2013). Investigating six empirical models for threshold friction velocity estimation, southwest regions of Iran. International Journal of Agronomy and Plant Production, 4(7), 1427-1432.
Renard, K. G., & Freimund, J. R. (1994). Using monthly precipitation data to estimate the R-factor in the revised USLE. Journal of Hydrology, 157(1-4), 287-306. https://doi.org/10.1016/0022-1694(94)90110-4
Shahnavaz, M., Nourzadeh Haddad, M., Gholami, A., & Panahpoor, I. (2017). Study of Performance polymer and plant mulch to reduce soil loss in areas prone to wind erosion in Khuzestan. Iranian Journal of Soil and Water Research, 48(3), 651-658. http://doi:10.22059/ijswr.2017.134302.667320.
Shahnavaz, M., Nourzadeh Haddad, M., Gholami, A., & Panahpour, E. (2019). Investigation the efficiency of soil stabilizers against soil loss and their effects on chemical properties of soil. Arid Land Research and Management, 33(2), 119-135.
Shesh Angosht, S., Alimohammadi, A., & Soltani, M. J. (2005). Evaluation of Geostatistical Models in GIS for Mapping Rainfall Erosivity in the Latian Watershed. Proceedings of the Symposium on Spatial Information Systems, Tehran, Iran, 84-1384 (In Persian).
Vaezi, A. R., Besharat, F., & Azarifam, F. (2024). The Effect of Temporal Distribution Pattern of Rainfall Intensity on Runoff and Soil Loss in a Hillslope in a Semi-Arid Region. Journal of Water and Soil Science, 28(4), 23-34.
Webster, R. & Oliver, M.A. (2007). Geostatistics for Environmental Scientists. 2nd ed. John Wiley & Sons
Wischmeier WC, Smith DD. (1965). Predicting rainfall erosion losses from cropland east of the Rocky Mountains. Agric. Hbk. No. 282. US Dept Agric., Washington, DC
Wischmeier, W.H., & Smith, D.D. (1978). Predicting rainfall erosion losses: A guide to conservation planning. USDA Agriculture Handbook No. 537.
Yavari, M., Vaezi, A. & Askari, M. (2026). Investigating the Role of Soil Physical Properties on Water Infiltration Indices (Case Study: Zanjan Province). Iranian Journal of Soil Research, 39(4), 421-436. http://doi: 10.22092/ijsr.2026.370662.796

  • تاریخ دریافت 21 بهمن 1404
  • تاریخ بازنگری 14 اردیبهشت 1405
  • تاریخ پذیرش 30 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 01 خرداد 1405