Assessment and Analysis of the KoozehTopraghi Watershed Health Status, Ardabil Province, Iran

Subject Areas : Farm water management with the aim of improving irrigation management indicators

Zeinab Hazbavi ¹ ( Assistant Professor, Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources and Member of Water Management Research Center, University of Mohaghegh Ardabili, Iran. )
Nahideh Parchami ² ( Former M.Sc. Student, Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Iran )
Nazila Alaei ³ ( Former M.Sc. Student, Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Iran. )
Leyla Babaei ⁴ ( Former M.Sc. Student, Department of Natural Resources, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Iran. )

Received: 2020-02-03 Accepted : 2020-06-08 Published : 2020-05-21

Keywords: Health Index, Watershed Health, Ecological Security, Ecosystem Degradation, Changes Pattern,

Abstract :

The present research was conducted to evaluate the health of the KoozehTopraghi Watershed in Ardabil Province using 27 criteria analysis related to different hydrological, anthropogenic and climatic aspects. For this purpose, base regional data including hydrology, erosion and sediment, economic, social and climatic data were collected and analyzed from previous reports. Then, according to the nature of the data used, several appropriate databases were prepared in Fragstats 4.2.1, Excel 2016, IBM SPSS Statistics 25 and ArcGIS 10.6 softwares. Then, using the principles governing the conceptual model of pressure-state-response (PSR), the status and spatial variations of the watershed health were evaluated at 36 sub-watersheds level. Different degrees of watershed health were classified into five categories: healthy, relatively healthy, moderately healthy, relatively unhealthy and unhealthy. Based on the results analysis, it was found that this watershed is in average health condition. Also, the values of pressure, state and response indicators were 0.46, 0.55 and 0.31, respectively. The mean score of comprehensive watershed health assessment index is 0.41. The maximum value of comprehensive watershed health index was 0.66 for sub-watersheds 8 and 12 and the minimum value for this index was 0.14 for sub-watershed 26. The eastern and southeastern part of the watershed is relatively healthy and moderately healthy and the watershed health status was better in the western and northern parts. The results of the present study are applicable to identifying and restoration priority areas and guiding management strategies in terms of water and soil resources at national and regional levels.

References:

ابراهیمی، پ.، سلاجقه، ع.، محسنی ساروی، م.، ملکیان، آ. 1397. پیش‌بینی سلامت حوزه آبخیز بر پایه متغیرهای کیفیت آب سطحی (مطالعه موردی: حوزه آبخیز طالقان). جغرافیا و پایداری محیط، 26: 1-13.

اسمعلی‌عوری، ا.، و عبداللهی، خ. 1390. آبخیزداری و حفاظت خاک. انتشارات محقق اردبیلی. 574 ص.

حزباوی، ز. 1396. بومی‌سازی مدل‌های پویایی سلامت آبخیز، رساله دکتری گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، 122 ص.

حزباوی، ز.؛ صادقی، س.ح.ر. 1395. سلامت آبخیز (قسمت دوم): مدل مفهومی فشار، وضعیت و پاسخ (PSR). ترویج و توسعه آبخیزداری، 4 (15): 25-31.

حزباوی، ز.، صادقی، س.ح.ر.، غلامعلی‌فرد، م. 1397. تحلیل مقایسه‌ای تغییرپذیری شاخص‌های ارزیابی سلامت فشار، حالت و پاسخ در حوزه آبخیز شازند. سیزدهمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران و سومین همایش ملی صیانت از منابع طبیعی و محیط‌زیست 10 و 11 مهرماه 1397، دانشگاه محقق اردبیلی، 1-6.

روشنی، ح.، دادده، ف.، علیزاده، ر.، مصطفی‌زاده، ر. 1394. ارزیابی روش‌های برآورد آب‌دهی جریان و عوامل مؤثر بر آن در حوضه آبریز گرگان‌رود. دومین همایش ملی صیانت از منابع طبیعی و محیط زیست. دانشگاه محقق اردبیلی، 1-6.

سعدالدین، ا.، صادقی، س.ح.ر. زارع‌گاریزی، آ.، حزباوی، ز.، اسدی‌نلیوان، ا. 1397. ارائه یک چهارچوب شاخص-محور برای ارزیابی جامع سلامت و پایداری آبخیزها با تأکید بر آینده‌پژوهی، سیزدهمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران و سومین همایش ملی صیانت از منابع طبیعی و محیط‌زیست 10 و 11 مهرماه 1397، دانشگاه محقق اردبیلی، 1-7.

کرمی، آ.؛ فقهی، ج. 1390. بررسی کمی‌کردن سنجه‌های سیمای سرزمین در حفاظت از الگوی کاربری اراضی پایدار (مطالعه موردی: استان کهگیلویه و بویراحمد). محیط‌شناسی، 37 (60): 79-88.

علائی، ن.، مصطفی‌زاده، ر.، اسمعلی‌عوری، ا.، شرری، م.، حزباوی، ز. 1398. تحلیل حساسیت بوم‌شناختی حوزه آبخیز کوزه‌تپراقی، استان اردبیل. سومین کنفرانس هیدرولوژی مناطق نیمه خشک با محوریت آب- انسان- طبیعت، 1-6.

علائی، ن.، مصطفی‌زاده، ر.، اسمعلی‌عوری، ا.، شرری، م.، حزباوی، ز. 1399. ارزیابی و مقایسه پیوستگی سیمای سرزمین حوزه آبخیز کوزه تپراقی، استان اردبیل. بوم‌شناسی کاربردی، پذیرش نهایی

علیجانپور شلمانی، ع.، واعظی، ع. 1396. عوامل فیزیکی تعیین‌کننده ضریب رواناب در حوزه‌های آبخیز استان اردبیل. فصلنامه دانش آب و خاک، 21(3): 1-14.

مصطفی‌زاده، ر.، جعفری، ا.، کیوان‌بهجو، ف. 1397. مقایسه ساختار اراضی مرتعی و میزان تخریب پیوستگی سیمای سرزمین در زیرحوزه‌های آبخیز ایریل، استان اردبیل. بوم‌شناسی کاربردی، 7(1): 41-53.

مؤمنیان، پ.، نظرنژاد، ح.، میریعقوب‌زاده، م.ح.، مصطفی‌زاده، ر. 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.

مهدوی، م. 1392. هیدرولوژی کاربردی. جلد 2. انتشارات دانشگاه تهران، چاپ هشتم، 437 ص.

Ahern, J. and Andre, L. 2003. Applying landscape ecological concepts and metrics in sustainable landscape planning. Landscape and Urban Planning, 59: 65-93.

Ahn, S.R. and Kim, S.L. 2017. Assessment of integrated watershed health based on the natural environment, hydrology, water quality, and aquatic ecology. Hydrology and Earth System Sciences, 21: 5583-5602.

Ahn, S.R. and Kim, S.K. 2019. Assessment of watershed health, vulnerability and resilience for determining protection and restoration priorities. Environmental Modelling and Software 122, 103926

Akçakaya, H.R., Cantara, K. Vaillant, H. Diamond, D. True, D. Rewerts, C.C. and Lozar, R. 2006. Evaluation of models to support habitat fragmentation analysis. Engineering Research and Development Center, 1-133.

Dai, Q., Liu, G., Xue, Sh., Lan, X., Zhai, Sh., Tian, J. and Wang, G. 2007. Health diagnoses of ecosystems subject to a typical erosion environment in Zhifanggou Watershed, North-West China. Front of Forestry China, 2(3): 241-250.

Ding, Y., Wang, W., Chang, X. and Zhao, S. 2008. Ecosystem health assessment in Inner Mongolia region based on remote sensing and GIS. The international archives of the photogrammetry, remote sensing and spatial information sciences. XXXVII. Part B1, 1029-1034.

Endo, A., Burnett, K., Orencio, P.M., Kumazawa, T., Wada, C.A., Ishii, A., Tsurita, I. and Taniguchi, M. 2015. Methods of the water-energy-food nexus. Water, 7(10): 5806–5830.

EPA, Environment Protection Agency. 2012. Identifying and protecting healthy watersheds, EPA 841-B 11-002.

Hazbavi, Z. 2018. Importance of geology and geomorphology in watershed health assessment. Agriculture & Forestry, 64 (4): 277-287.

Hazbavi, Z., Baartman, J.E.M., Nunes, J.P., Keesstra, S.D. and Sadeghi, S.H.R. 2018a. Changeability of reliability, resilience and vulnerability indicators with respect to drought patterns. Ecological Indicators, 87: 196-208.

Hazbavi, Z., Keesstra, S.D., Nunes, J.P., Baartman, J.E.M., Gholamalifard, M., Sadeghi, S.H.R. 2018b. Health comparative comprehensive assessment of watersheds with different climates. Ecological Indicators, 93: 781-790.

Hazbavi, Z., Sadeghi, S.H.R. and Gholamalifard, M. (2018c). Land cover based watershed health assessment. AGROFOR International Journal, 3: 47–55.

Hazbavi, Z., Sadeghi, S.H.R. and Gholamalifard, M. 2019. Dynamic analysis of soil erosion-based watershed health. Geography, Environment, Sustainability, 12(3): 43-59.

Hazbavi, Z., Sadeghi, S.H.R., Gholamalifard. M. and Davudirad, A.A. 2020. Watershed health assessment using the pressure–state– response (PSR) framework. Land Degradation and Development, 31: 3-19.

Lavorel, S. 2019. Climate change effects on grassland ecosystem services. In D. Gibson & J. Newman (Eds.), Grasslands and Climate Change (Ecological Reviews, pp. 131-146). Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/9781108163941.010.

Liu, D., and Hao, S. 2017. Ecosystem health assessment at county-scale using the pressure-state-response framework on the loess plateau, China. International Journal of Environmental Research and Public Health, 14. http://doi.org/10.3390/ijerph14010002.

Loucks, D.P. 1997. Quantifying trends in system sustainability. Hydrological Sciences Journal, 42 (4): 513–530.

Mabuza, M.P. 2019. Globalisation, climate change, and disasters. Evaluating International Public Health Issues pp 265-313

Mallya, G., Hantush, M. and Govindaraju, R.S. 2018. Composite measures of watershed health from a water quality perspective. Journal of Environmental Management, 214, 104-124

Mao, X., Wang, X. Chen, Q. and Yin, X. 2014. A PSR- framework- based health assessment of Ulansuhai Lake in china. Polish Journal of environmental studies, 23(6): 2093-2012.

Matsushita, B., Yang, W., Chen, W., Onda Y. and Qiu, G. 2007. Sensitivity of the enhanced vegetation index (EVI) and normalized difference vegetation index (NDVI) to topographic effects: A case study in High-Density Cypress Forest. Sensors, 7: 2636-2651.

McGarigal, K. 2001. Landscape metrics for categorical map patterns, http://www.umass.edu/landeco

/teaching/landscape_ecology/schedule/chapter9_metrics.pdf

McGarigal, K. and Ene, E. 2013. FRAGSTATS: Spatial pattern analysis program for categorical maps. Computer software program produced by the authors at the University of Massachusetts, Amherst. Available at the following web site http://www.umass.edu/landeco/research/fragstats/fragstats.html

Penghua, Q., Songjun, X., Genzong, X., Benan, T., Hua, B. and Longshi, Y. 2007. Analysis of the ecological vulnerability of the western Hainan Island based on its landscape pattern and ecosystem sensitivity. Acta Ecologica Sinica, 27: 1257–1264.

Rani, G., Kaur, J., Kumar, A. and Yogalakshmi. K.N. 2019. Ecosystem health and dynamics: An indicator of global climate change. Contemporary Environmental Issues and Challenges in Era of Climate Change, Springer, Singapore 1-23 p.

Ren, R., Liu, J.T., Ni, J.J. and Xiang, X.Y. 2014. Health evaluation of a lake wetland ecosystem Based on the TOPSIS method. Polish Journal of environmental studies, 23 (6): 2183- 2190.

Su, Sh., Yang, Ch. Hu, Y. Luo, F. and Wang, Y. 2014. Progressive landscape fragmentation in relation to cash crop cultivation. Applied Geography, 53: 20-31.

Wiegand, A.N., Walker, C. Duncan, P.F. Roiko, A. and Tindale, N. 2013. A systematic approach for modelling quantitative lake ecosystem data to facilitate proactive urban lake management. Environmental Systems Research, 2(3): 12 p.

Zhang, Sh., Xiang, M., Xu, Z., Wang, L. and Zhang, Ch. 2020. Evaluation of water cycle health status based on a cloud model. Journal of Cleaner Production, 245: 118850.