توسعه مدل PSR-Fuzzy به‌منظور ارزیابی سلامت آبخیز کوزه‌تپراقی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری/ دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 استادیار/ دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، پژوهشکده مدیریت آب، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

در این تحقیق برای پهنه‌بندی وضعیت سلامت آبخیز کوزه‌تپراقی واقع در استان اردبیل از تلفیق عملگرهای منطق فازی و مدل مفهومی فشار-حالت-پاسخ (PSR) استفاده شد. بدین‌منظور، ابتدا معیارهای تراکم جاده، شیب، ضریب رواناب، مساحت زمین‌های کشاورزی با شیب بالای 25 درصد، بارش و دما برای شاخص فشار، شاخص نرمال شده اختلاف پوشش گیاهی (NDVI)، شاخص پوشش گیاهی با انعکاس خاک (SAVI) و شاخص پوشش گیاهی بارزسازی شده (EVI) برای شاخص حالت، فرسایش ویژه، ضریب شدت فرسایش، تراکم آبراهه و میزان اراضی مرتعی برای شاخص پاسخ محاسبه شدند. سپس با استفاده از تابع عضویت Fuzzy Linear در محیط ArcGIS 10.8 به صورت فازی تبدیل شدند. هم‌چنین، برای پهنه‌بندی سلامت آبخیز از شش عملگر AND، OR، SUM، PRODUCT، گامای 0.9 و گامای 0.5 استفاده شد. در ادامه، برای ارزیابی و طبقه‌بندی خروجی عملگرهای مورد استفاده در برآورد سلامت آبخیز، شاخص جمع مطلوبیت (QS) محاسبه شد. بر اساس شاخص جمع مطلوبیت (Qs) مشخص شد که PRODUCT با مقدار عددی 46/0 در اولویت اول و در ادامه گاما 0.9 با شاخص جمع مطلوبیت (Qs) 0.37 در اولویت دوم به‌عنوان کارآمدترین عملگرها در تهیه نقشه سلامت آبخیز هستند. طبق نتایج وضعیت سلامت آبخیز، عملگر PRODUCT، 67، 23، 9 و 1 درصد از مساحت کل به‌ترتیب در طبقات ناسالم، نسبتاً ناسالم، متوسط و نسبتاً سالم قرار گرفتند. برای عملگر گامای 0.9، حدود 46، 1، 17 و 36 درصد آبخیز به‌ترتیب در طبقات ناسالم، متوسط، نسبتاً سالم و سالم طبقه‌بندی شدند. نتایج بیان‌گر تغییرات مکانی وضعیت سلامت در کل آبخیز مورد مطالعه بوده است. بنابراین، برای ارتقاء سلامت در درجات مختلف باید برنامه‌های مختلف علمی و سازگار به‌کار برده شوند. پیشنهاد می‌شود که راهکارهای مبتنی بر طبیعت، مدیریت مشارکتی و مدیریت سازگار و یکپارچه برای بهبود سلامت آبخیز کوزه‌تپراقی در اولویت قرار گیرند. شاخص سلامت آبخیز می‌تواند به‌عنوان ابزاری مؤثر برای تحلیل موجودیت خدمات آبخیز متناسب با ظرفیت حمل آن‌ها نیز در نظر گرفته شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


اسمعلی، اباذر، و عبداللهی، خدایار (1390). آبخیزداری و حفاظت آب و خاک. چاپ دوم، انتشارات دانشگاه محقق اردبیلی، 574 صفحه.
تاجبخش، سیدمحمد، گوهری، زهرا، و محمودزاده وزیری، اسداله (1401). اولویت‌بندی اقدامات آبخیزداری در حوزه‌های آبخیز فریزی و ریگ سفید با استفاده از روش فازی-تاپسیس. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 2(4)، 64-76. doi:10.22098/mmws.2022.10465.1084
صادقی، سید حمیدرضا، حزباوی، زینب، و غلامعلی‌فرد، مهدی (1398). پهنه‌بندی پویایی سلامت آبخیز شازند بر اساس دبی‌های مشخصه کم‌آبی و پرآبی. مهندسی و مدیریت آبخیز، 11(3)، 608-589. doi:10.22092/ijwmse.2018.120288.1427
سوری، سلمان، بهاروند، سیامک، و فرهادی‌نژاد، طاهر (1394). پهنه‌بندی خطر زمین‌‎لغزش با استفاده از منطق فازی (مطالعة موردی: حوزة چم سنگر). سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 4(4)، 47-60.
شعبانی‌نیا، فریدون، و سعیدنیا، سینا (1394). مقدمه‌ای بر منطق فازی با استفاده از MATLABL. چاپ دوم، انتشارات خانیران تهران، 136 صفحه.
جهانداری، جاوید، حجازی، رخشاد، جوزی، سیدعلی، و مرادی، عباس (1401). اثرات توسعۀ شهری بر الگوهای مکانی، زمانی خدمت اکوسیستمی ذخیره کربن در حوزه آبخیز بندرعباس با نرم‌افزار InVEST. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 2(4)،91-106. doi:10.22098/mmws.2022.11069.1097
حزباوی، زینب، پرچمی، ناهیده، علائی، نازیلا، و بابائی، لیلا (1399). ارزیابی و تحلیل وضعیت سلامت آبخیز کوزه‌تپراقی، استان اردبیل. حفاظت منابع آب و خاک، 9(3)، 121-141. dor:20.1001.1.22517480.1399.9.3.8.0
زالی، مهراب، و شاهدی، کاکا (1400). ارزیابی حساسیت زمین‌لغزش با استفاده از رویکرد منطق فازی و سامانة اطلاعات جغرافیایی در حوزة آبخیز نکارود. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 1(1)، 80-67. doi:10.22098/mmws.2021.1183
علائی، نازیلا، مصطفی‌زاده، رئوف، اسمعلی عوری، اباذر، شرری، معراج، و حزباوی، زینب (1398). ارزیابی و مقایسه پیوستگی سیمای سرزمین در حوزة آبخیز کوزه‌تپراقی، استان اردبیل. بوم‌شناسی کاربردی، 8(4)، 19-34. doi:10.47176/ijae.8.4.2572
علائی، نازیلا (1398). ارزیابی و مقایسه میزان شاخص‌های یکپارچگی آبخیز در واحدهای هیدرولوژیکی حوزة آبخیز کوزه‌تپراقی، استان اردبیل. پایان‌نامة کارشناسی ارشد، دانشگاه محقق اردبیلی.
عبدالله‌زاده، علی، اونق، مجید، سعدالدین، امیر، و مصطفی‌زاده، رئوف (1395). مقایسه‏ دو روش تعیین مناطق مستعد خطر زمین‏لغزش در آبخیز زیارت استان گلستان. مدیریت بحران، 5(9)، 5-13.
قنواتی، عزت‌اله، کرم، امیر، و تقوی مقدم، ابراهیم (1393). کاربرد منطق فازی در شناسایی و پهنه‌بندی خطر زمین‌لغزش مطالعه موردی حوزة آبخیز طالقان. زمین‌شناسی مهندسی و محیط‌زیست، 24(94)، 16-9.
متکان، علی‌اکبر، سمیعا، جلال، پورعلی، سیدحسن، و صفایی، مهرداد (1388). مدل‌های منطق فازی و سنجش از دور جهت پهنه‌بندی خطر زمین‌لغزش در حوزة آبخیز لاجیم. زمین‌شناسی کاربردی، 5(4)، 318-325.
مؤمنیان، پروین، نظرنژاد، حبیب، میریعقوب‌زاده، میرحسین، و مصطفی‌زاده، رئوف (1397). ارزیابی و اولویت‌بندی زیرحوزه‌های آبخیز قطورچای بر اساس درجه سلامت آبخیز (مطالعه موردی: قطورچای، خوی، آذربایجان غربی). پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، 9(17)، 1-13. doi:10.29252/jwmr.9.17.1
نبی‌زاده، مرتضی، مساعدی، ابوالفضل، و دهقانی، امیر احمد (1391). بررسی کارایی منطق فازی در پیش‌بینی جریان روزانه رودخانه. مرتع و آبخیزداری، 65(4)، 569-580. doi:10.22059/jrwm.2012.32054
نوروزی قوشبلاغ، حسین، و ندیری، عطاالله (1397). پیش‌بینی سطح آب زیرزمینی دشت بوکان با استفاده از مدل‌های منطق فازی، جنگل تصادفی و شبکه عصبی. مرتع و آبخیزداری منابع طبیعی ایران، 71(3)، 829-845. doi:10.22059/jrwm.2018.68924
 
References
Alaei, N., Mostafazadeh, R., Esmali-Ouri, A., Sharari, M., & Hazbavi, Z. (2020). Assessment and comparison of landscape connectivity in KoozehTopraghi Watershed. Ardabil Province. Applied Ecology, 8(4), 19-34. doi:10.47176/ijae.8.4.2572  [In Persian]
Alaei, N. (2019). Assessment and comparison of watershed integrity indices in hydrologic units of KoozehTopraghi Watershed, Ardabil Province. M.Sc. Thesis, University of Mohaghegh Ardabili, Iran. [In Persian]
Abdollahzadeh, A., Ownegh, M., Sadoddin, A., & Mostafazadeh, R. (2016). Comparison of two landslide-prone area determination methods in Ziarat Watershed, Golestan Province. Emergency Management, 5(9), 5-13. [In Persian]
Alilou, H., Rahmati, O., Singh, V.P., Choubin, B., Pradhan, B., Keesstra, S., Ghiasi, S.S., & Sadeghi, S.H. (2019). Evaluation of watershed health using Fuzzy-ANP approach considering geo-environmental and topo-hydrological criteria. Journal of Environment Management, 232, 22–36. doi:10.1016/j.jenvman.2018.11.019
Ahn, S.R., & Kim, S.J. (2019). Assessment of watershed health, vulnerability and resilience for determining protection and restoration priorities. Environmental Modelling & Software, 122, 1–19. doi:10.1016/j.envsoft.2017.03.014
Asdak, C. (2010). Hidrologi dan Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. 5th edition, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
Banerjee, A., Chakrabarty, M., Rakshit, N., Mukherjee, J., & Ray, S. (2017). Indicators and assessment of ecosystem health of Bakreswar reservoir, India: An approach through network analysis. Ecological Indicator, 80, 163–173. doi:10.1016/j.ecolind.2017.05.021
Bardossy, A., Bogardi, I., & Duckstein, L. (1990). Fuzzy Regression in Hydrology. Water Resource Research, 26(7), 1497-1508. doi:10.1029/wr026i007p01497
Cabello, V., Willaarts, B., Aguilar, M., & Del Moral, L. (2015). River basins as socialecological systems: linking levels of societal and ecosystem water metabolism in a semiarid watershed. Ecology and Society, 20(3), 1-20. doi:10.5751/es-07778-200320
Dai, Q., Liu, G., Xue, Sh., Lan, X., Zhai, Sh., Tian, J., & Wang, G. (2007). Health diagnoses of ecosystems subject to a typical erosion environment in Zhifanggou watershed, north-west China. Frontiers of Forestry in China, 2(3), 241-250. doi:10.1007/s11461-007-0040-1
Esmali-Ouri, A., & Abdollahi, Kh. (2011). Watershed management & soil conservation. Second edition, University of Mohaghegh Ardabili Publications. 574 pages. [In Persian]
EPA, (2012). Concepts, assessments, and management approaches. In: Identifying and protecting healthy watersheds, United States environmental protection agency: Washington, DC, USA, EPA, 841-B-11-002.
Ervinia, A., Huang, J., Huang, Y., & Lin, J. (2019). Coupled effects of climate variability and land use pattern on surface water quality: An elasticity perspective and watershed health indicators. Science of The Total Environment, 693, 133592. doi:10.1016/j.scitotenv.2019.133592
Ertunga, C.O., & Duckstein, L. (2000). Fuzzy conceptual of rainfall-runoff models. Journal of Hydrology, 253(1-4), 41-68. doi:10.1016/s0022-1694(01)00430-9
Fooladi, M., Golmohammadi, M.H., Safavi, H.R., & Singh, V.P. (2021). Application of meteorological drought for assessing watershed health using fuzzy-based reliability, resilience, and vulnerability. International Journal of Disaster Risk Reduction, 66, 102616. doi:10.1016/j.ijdrr.2021.102616
Gari, S.R., Guerrero, C.E.O., Uribe, B., Icely, J.D., & Newton, A. (2018). A DPSIR-analysis of water uses and related water quality issues in the Colombian Alto and Medio Dagua community council. Water Science, 32(2), 318–337. doi:10.1016/j.wsj.2018.06.001
Ghanavati, E., Karam, A., & Taghavi Moghadam, E. (2015). Fuzzy logic application in identifying and mapping of landslide hazard: A case study: Taleghan watershed. Engineering and Environmental Geology, 24(94), 9-16. [In Persian]
Jahandari, J., Hejazi, R., Jozi, S.A., & Moradi, A. (2022). Impacts of urban expansion on spatio-temporal patterns of carbon storage ecosystem services in Bandar Abbas Watershed using InVEST software. Water and Soil Management and Modeling, 2(4), 91-106. doi:10.22098/mmws.2022.11069.1097 [In Persian]
Hazbavi, Z., Sadeghi, S.H.R., Gholamalifard, M., & Davudirad, A.A. (2019). Watershed health assessment using the pressure–state–response (PSR) framework. Land Degradation & Development, 31(1), 3-19. doi:10.1002/ldr.3420
Hazbavi, Z., Keesstra, S.D., Nunes, J.P., Baartman, J.E.M., Gholamalifard, M., & Sadeghi, S.H.R. (2018). Health comparative comprehensive assessment of watersheds with different climates. Ecological Indicators, 93, 781-790. doi:10.1016/j.ecolind.2018.05.078
Hazbavi, Z., Parchami, N., Alaei, N., & Babaei, L. (2020). Assessment and Analysis of the KoozehTopraghi Watershed Health Status, Ardabil Province, Iran. Water and soil resources conservation, 9(3), 121-141. dor:20.1001.1.22517480.1399.9.3.8.0 [In Persian]
Hamel, P., Riveros-Iregui, D., Ballari, D., Browning, T., C´elleri, R., Chandler, D., Chun, K.P., Destouni, G., Jacobs, S., Jasechko, S., Johnson, M., Krishnaswamy, J., Poca, M., Pompeu, P.V., & Rocha, H. (2018). Watershed services in the humid tropics: Opportunities from recent advances in ecohydrology. Ecohydrology, 11, e1921. doi:10.1002/eco.1921
Mosaffaie, J., Jam, A.S., Tabatabaei, M.R., & Kousari, M.R. (2021). Trend assessment of the watershed health based on DPSIR framework. Land Use Policy, 100 (104911). doi:10.1016/j.landusepol.2020.104911
Momenian, P., Nazarnejad, H., Miryaghoubzadeh, M.H., & Mostafazadeh, R. (2018). Assessment and Prioritizing of Subwatersheds Based on Watershed Health Scores (Case Study: Ghotorchay, Khoy, West Azerbaijan). Watershed Manegement Research, 9(17), 1-13. doi:10.29252/jwmr.9.17.1 [In Persian]
 Matkan, A.A., Samia, J., PourAli, S.H., & Safaei, M. (2009). Fuzzy logic models and remote sensing for landslide risk zoning in Lajim basin. Applied Geology, 5(4), 318-325. [In Persian]
Nabizadeh, M., Mosaedi, A., & Dehghani, A.A. (2013). Performance of fuzzy logic in stream flow forecasting. Natural Environment, Iranian Journal of Natural Resources, 65(4), 569-580. doi:10.22059/jrwm.2012.32054 [In Persian]
Norouzi, H., & Nadiri, A. (2018). Groundwater level prediction of boukan plain using fuzzy logic, random forest and neural network models. Range and Watershed Management, 71(3), 829-845. doi:10.22059/jrwm.2018.68924 [In Persian]
Sadeghi, S.H., & Hazbavi, Z. (2017). Spatiotemporal variation of watershed health propensity through reliability-resilience-vulnerability based drought index (case study: Shazand Watershed in Iran). Science of The Total Environment, 587-588, 168–176. doi:10.1016/j.scitotenv.2017.02.098
Sadeghi, S.H.R., Hazbavi, Z., & Ghlamalifard, M. (2019). Zonation of health dynamism for the Shazand Watershed based on low and high flow discharges. Watershed Engineering and Management, 11(3), 589-608. doi:10.22092/ijwmse.2018.120288.1427 [In Persian]
Soori, S., Bharv, S., & Farhadinejad, T. (2014). Landslide hazard zonation using Fuzzy logic (A case study: ChamSangar watershed). RS & GIS for Natural Resources, 4(4), 47-60. [In Persian]
ShabaniNia, F., & SaeedNia, S. (2015). Fundamental of fuzzy control toolbox using MATLAB. Second edition, Khaniran Publishing House, Tehran, 136 pages. [In Persian]
Tajbakhsh, S.M., Gohari, Z., & Mahmoodzadeh Vaziri, A. (2022). Prioritizing watershed management practices in the Ferizi and Rig-Sefid watersheds using Fuzzy-TOPSIS Method. Water and Soil Management and Modeling, 2(4), 64-76. doi:10.22098/mmws.2022.10465.1084 [In Persian]
Tsai, Y.W., Lin, J.Y., & Chen, Y.C. (2021). Establishment of the watershed health indicators and health check of reservoirs. Ecological Indicator, 127, 107779. doi:10.1016/j.ecolind.2021.107779
Xia, J., Zhang, Y., Zhao, Ch., & Bunn, S.E. (2014). A bio indicator assessment framework of river ecosystem health and the detection of factors influencing the health of the Huai River Basin, China. Journal of Hydrologic Engineering, 19(8), 1- 34. doi:10.1061/(asce)he.1943-5584.0000989
Zadeh, L.A. (1965). Quantative fuzzy sets. Information Control, 8(3), 338-353.
Zali, M., & Shahedi, K. (2021). Landslide sensitivity assessment using fuzzy logic approach and GIS in Neka Watershed. Water and Soil Management and Modeling, 1(1), 67-80. doi:10.22098/mmws.2021.1183 [In Persian]
Zhao, X., & Huang, G. (2022). Urban watershed ecosystem health assessment and ecological management zoning based on landscape pattern and SWMM simulation: A case study of Yangmei River Basin. Environmental Impact Assessment Review, 95, 106794. doi:10.1016/j.eiar.2022.106794