بررسی کارایی مدل ‌watem/sedem جهت برآورد فرسایش آبی و خاک‌ورزی (مطالعه موردی: زیر حوضه نمونه کچیک؛ مراوه‌تپه - استان گلستان)

سابقه و هدف: فرسایش آبی و خاک‌ورزی در اراضی کشاورزی شیب‌دار فرآیندی مخرب و جدی محسوب شده که به‌تدریج منجر به تغییر مورفولوژی منطقه می‌شود. درعین‌حال، اندازه‌گیری فرسایش خاک و میزان رسوب به‌صورت مستقیم در بسیاری از حوزه‌های آبخیز، امری تقریباً غیرممکن به شمار می‌آید؛ بنابراین مدل‌سازی و شبیه‌سازی فرسایش خاک برای درک فرآیندهای کنترل فرسایش خاک، پیش‌بینی میزان رواناب و فرسایش خاک و تعیین یا انتخاب اقدامات مناسب حفاظت خاک مهم است.مواد و روش‌ها: منطقه موردمطالعه، زیرحوضه نمونه از زیرحوضه‌های زوجی کچیک استان گلستان از زیرحوضه‌های چندگانه آبخیز گرگان‌رود است. این منطقه با وسعت تقریبی 192 هکتار، کاملاً از نهشته‌های حاصلخیز و فرسایش‌پذیر لسی پوشیده شده است. در این پژوهش برای برآورد فرسایش آبی و خاک‌ورزی منطقه موردمطالعه از نسخه 2004 مدل watem/sedem استفاده شد. با استفاده از روش نمونه‌برداری دنباله‌ای موسوم به روش مدل‌مبنا با رویکرد مینیماکس، 20 موقعیت مکانی مختلف جهت تعیین میزان فعالیت 137cs، موقعیت‌های فرسایش، انتقال و رسوب مشخص شد. در نهایت پس از تعیین میزان فعالیت رادیونوکلوئید 137cs، مقدار فرسایش و رسوب با استفاده از مدل‌های تبدیل اعم از مدلmass balanceii ‌ برای کاربری کشاورزی و مدل diffusion and migration‌ برای سایر کاربری‌ها مشخص شد و سپس نقشه نقطه‌ای فرسایش و رسوب برای ارزیابی مدل تهیه شد.یافته‌ها: با استفاده از رادیونوکلوئید 137cs، 90 درصد موقعیت‌های اندازه‌گیری در معرض فرسایش بودند. متوسط فرسایش اندازهگیری شده در این موقعیت‌ها با استفاده از مدل‌های تبدیل رادیونوکلوئیدها بالغ بر 21.1 تن در هکتار در سال تعیین شد. با استفاده از این مدل‌ها، نسبت تحویل رسوب حدود 97 درصد تعیین شد که نشان‌دهنده پتانسیل بالای منطقه برای تولید رسوب می‌باشد. متوسط فرسایش آبی و خاک‌ورزی با استفاده از مدل watem/sedem به ترتیب 8.28 و 4.78 تن در هکتار در سال و متوسط رسوب حاصل از فرسایش آبی و خاک‌ورزی در مناطق رسوب‌گذاری به ترتیب 18.14 و 7.89 تن در هکتار در سال برآورد شد. متوسط فرسایش و رسوب توسط این مدل برای کل محدوده موردمطالعه به ترتیب 1.46 و 0.85 تن در هکتار در سال بوده و میزان تحویل رسوب 0.58 برآورد شد.نتیجه‌گیری: نتایج این تحقیق حاکی از کم تخمینی مدل watem/sedem نسبت به مقادیر اندازه‌گیری شده 137cs است؛ درنتیجه مدل فرسایشی watem/sedem در نهشته‌های لسی، فرسایش‌پذیر و حاصلخیز شمال شرق استان گلستان کارایی بالایی ندارد. هرچند الگوی مکانی فرسایش و رسوب آبی و ناشی از خاک‌ورزی می‌تواند در اجرای اقدامات حفاظت آب‌وخاک موثر باشد. از طرفی با توجه به وسعت بالای اراضی زراعی شیب‌دار در نهشته‌های لسی استان، لحاظ کردن فرسایش خاک‌ورزی در تصمیمات بسیار حائز اهمیت است. هرچند برای قطعیت بیش‌تر، به واسنجی مدل و تکرار اجرای آن در سایر حوزه‌های آبخیز زراعی نیاز است.

Assessment of WaTEM/SEDEM model for water and tillage induced soil erosion (Case study: Sample sub catchment of Kachik-, Golestan Province)

Background and Objectives: Water and tillageinduced soil erosion on steep slopes farmlands are primary causes of land degradation process that gradually change land morphology. Measurement of soil erosion and sedimentation in most watersheds are nearly impossible. So soil erosion modelling and simulation to understand the processes of soil erosion, to predict runoff and soil erosion and also to determine the best management practices of soil conservation is highly important.Materials and Methods: Area of study (Sample sub catchment) is a subwatershed of the Kachik watershed in Golestan province, which is one of the subbasins of the Gorganroud basin. This area is around 197 ha which completely covered with fertile and erosive loess deposits and is a part of Iranian Loess Plateau (ILP). In this study, WaTEM / SEDEM version 2004 used to estimate water and tillage erosion. After soil sampling in 20 different location respected to the model based sampling method on minimax approach, 137Cs activity determined, and all three distinct erosion phases prepared. Finally, erosion map using 137Cs by considering conversion models including Mass Balance II for farmland and Diffusion and Migration for other land uses ‌ produced. Then the erosion and sediment point map produced separately for model evaluation.Results: Using 137Cs radionuclide, 90 % of the soil measurement locations devoted to erosion. Mean annual soil erosion using radionuclide conversion models was 21.1 ton ha1. This rate of soil erosion regards to 97% SDR (Sediment Delivery Ratio) illustrates high potential for sediment production in the area of interest. Mean of water and tillage erosion by WaTEM/SEDEM were 8.28 and 4.87 ton ha1 year1 respectively in erosion locations and this rate for sediment was 18.14 and 7.89 ton ha1 year1 for sediment zones as well. Soil erosion and sedimentation rate using WaTEM/SEDEM model was estimated to be 1.46 and 0.85 ton ha1 year1 in turn. SDR for WaTEM/SEDEM in this study was around 58 %.Conclusion: Given that the entire study area covered with sensitive and fertile loess deposits, and a significant percentage of area devoted to farmland, so water and tillage induced soil erosion is of great importance. The results of this research indicate a low estimation (underestimation) of the WaTEM / SEDEM model compared to the actual values (measured 137Cs). As a result, WaTEM / SEDEM erosion model is not effective in the loess deposits of the northeast of Golestan province.On one hand spatial pattern of water and tillage induced soil erosion can be used in soil and water conservation practices. On the other hand, pertaining to large vast area devoted to farmland in Gorganrood Basin, tillage erosion should be taken by decision maker. Although for higher certainty, it is necessary to calibrate the model and repeat its implementation in other watersheds.