برآورد شدت بيابانزايي با معيارهاي فرونشست زمين و آب‌هاي زيرزميني (مطالعه موردي: حوزه آبخيز درياچه نمک)
محورهای موضوعی : مدیریت منابع آبسمیرا زندی فر 1 , عادل جلیلی 2 , مریم نعیمی 3 , سکينه لطفي نسب اصل 4
1 - استاديار پژوهش، بخش تحقيقات بيابان، مؤسسه تحقيقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج کشاورزي، تهران، ايران.
2 - استاد پژوهش، بخش تحقيقات گياه‌شناسي، مؤسسه تحقيقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج کشاورزي، تهران، ايران.
3 - استادیار پژوهش، بخش تحقیقات بیابان، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران
4 - استادیار پژوهش، بخش تحقیقات بیابان، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران
کلید واژه: تخريب زمين, افت آب زيرزميني, نسبت جذب سديم, هدايت الكتريكي, IMDPA,
چکیده مقاله :
زمينه و هدف: فرونشست به عنوان يک پديده تخريب زمين و بيابانزايي توسط نيروهاي محرکه انساني و تعادل آبي منفي ايجاد مي‌شود. بيابا‌زايي تهديدي جدي و خطرناک براي اکوسيستم‌هاي طبيعي است. لذا اطلاع از فرايندهاي تخريب سرزمين و بيابانزايي که در سال هاي اخير سطح وسيعي از کشور را درگير کرده است از اهميت بالايي برخوردار است. برطبق نقشه فرونشست موجود براي حوزه آبخيز درياچه نمک، نرخ فرونشست در مناطق داراي اطلاعات از شدت بالايي برخوردار است بطوريکه در اين مناطق فرونشست بيشتر از 6 سانتيمتر در سال مي‌باشند. استفاده از مدل ارزيابي بيابان زايي IMDPA بر اساس دو معيار آب زيرزميني و فرونشست زمين براي ارزيابي و پايش شاخص‌هاي مهم بيابانزايي اهداف کلي اين پژوهش مي‌باشد.
روش پژوهش: بدين منظور لايه‌هاي اطلاعاتي پارامترهاي کيفي (هدايت الکتريکي، نسبت جذب سديم) و کمي آب زيرزميني (افت سطح تراز آب زيرزميني) و نرخ فرونشست تهيه گرديد. نقشه فرونشست مورد استفاده مربوط به سال آبي 1394-95 است که در محدوده‌هاي گلپايگان، ارک، قم-کهک، کاشان، ساوه، کميجان، نوبران، ورامين، تهران-کرج، هشتگرد، قزوين، آوج، کبودرآهنگ، قيدار و رزن موجود مي‌باشد. در مرحله بعد هر شاخص بر پايه تاثير آن در بيابانزايي وزني بين 1 تا 4 داده شد. وزن‌دهي بصورت خطي و نسبت برابر بوده، بطوريکه ارزش 1 بهترين و ارزش 4 بدترين وزدن مي‌باشد. به منظور بررسي تاثير نرخ فرونشست بر بيابانزايي، شدت بيابانزايي به دو صورت محاسبه شد. در حالت اول با درنظر گرفتن معيار فرونشست و معيار آب زيرزميني، و در حالت دوم بدون لحاظ کردن معيار فرونشست تنها براساس معيار آب زيرزميني ارزيابي گرديد. وضعيت نهايي شدت بيابانزايي برطبق مدل IMDPA براساس ميانگين هندسي معيارها بدست آمد.
يافته‌ها: نتايج حاصل از تلفيق پارامترهاي کمي و کيفي آب زيرزميني براساس مدل IMDPA نشان داد 60 درصد از سطح حوضه داراي شدت بيابانزايي متوسط بوده و تقريبا 36 درصد نيز داراي وضعيت ضعيف مي‌باشند. ارزيابي شدت بيابانزايي براساس معيار آب زيرزميني در حوزه آبخيز درياچه نمک نشان داد بخش شرقي حوزه بدليل غالبيت پارامتر هدايت الکتريکي و افت سطح تراز اّب زيرزميني از شدت بيابانزايي بالاتري در مقايسه با بخش غربي حوزه برخوردار است. در نهايت نتايج بدست آمده از تلفيق نقشه حاصل از معيار آب زيرزميني مدل IMDPA و فرونشست با استفاده از ميانگين هندسي در حوزه آبخيز درياچه نمک نشان داد بخش شمالي حوزه که بيشتر محدوده‌هاي قزوين، کبودرآهنگ، رزن-قهاوند، قيدار، نوبران را شامل مي‌شود از شدت بيابانزايي بالاتري برخوردار است. درحاليکه در بخش شرقي يعني محدوده تهران-کرج و بخشي از محدوده ورامين بيابانزايي برطبق دو معيار آب زيرزميني و فرونشست از شدت کمتري برخوردار است. بطورکلي شدت بيابانزايي در حالت با فرونشست و بدون فرونشست، بيشترين سطح در طبقه متوسط قرار مي‌گيرد. به بيان ديگر شدت بيابانزايي در حوزه آبخيز درياچه نمک برطبق معيارهاي آب زيرزميني و فرونشست مدل IMDPA در طبقه کلاس متوسط قرار مي‌گيرد. يافته‌هاي اين پژوهش درک بهتري از وضعيت بيابانزايي در مناطق خشک ايران در ارتباط با مديريت منابع آب فراهم مي‌کند. و به‌عنوان راهنماي مديران براي تعيين اولويت‌ها و اقدام بر روي آنها در جهت کنترل پديده بيابانزايي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
نتايج: بررسي وضعيت بيابانزايي براساس دو معيار آب زيرزميني و فرونشست حکايت از شدت بيابانزايي در کل حوزه در سه طبقه کم، متوسط و شديد دارد که بيشترين سطح مربوط به شدت متوسط با مساحت 57/65 درصد و سپس طبقه شديد با مساحت 83/23 درصد مي‌باشد. در بين محدوده‌هاي مطالعاتي، بيابانزايي در قزوين، کبودرآهنگ و نوبران نسبت به ديگر محدوده‌ها از شدت بالاتري برخوردار است که دليل آن تاثير معيار آب زيرزميني مي‌باشد. بطورکلي نتايج حاصل از ارزيابي شدت بيابانزايي در حوزه آبخيز درياچه نمک نشان داد مهمترين عامل در ايجاد شرايط بيابانزايي و تخريب سرزمين شوري آب زيرزميني و افت سطح تراز آب زيرزميني مي‌باشد. در راستاي نتايج حاصل از پژوهش حاضر و بهره‌گيري بيشتر از يافته‌هاي موجود توصيه مي شود تمامي معيارهاي مدل IMDPA جهت ارزيابي وضعيت بيابانزايي بررسي گردد و حتي المقدور پارامترهاي معيار خاک در کنار شاخص هاي کمي و کيفي معيار آب بررسي شود. نتايج اين مطالعه درک بهتري از وقوع فرونشست و افت آب زيرزميني به عنوان نيروهاي محرکه اصلي بيابانزايي را در حوزه آبخيز درياچه نمک فراهم مي‌کند و همچنين مي‌تواند سياست گذاران را براي اجراي برنامه‌ريزي‌هاي استراتژيک مناسب در منطقه راهنمايي کند تا با اتخاذ تصميمات صحيح و مديريت پايدار زمين، بيابانزايي را کنترل و کاهش دهند.
Introduction: Subsidence as a phenomenon of land degradation and desertification is caused by human driving forces and negative water balance. Desertification is a serious and dangerous threat to natural ecosystems. Therefore, it is very important to know about the processes of land destruction and desertification that have involved a large area of the country in recent years. According to the existing subsidence map for the Namak Lake watershed, the subsidence rate in the areas with information is very intense, so that in these areas the subsidence is more than 6 cm per year. Using the IMDPA desertification evaluation model based on two criteria of underground water and land subsidence to evaluate and monitor the important indicators of desertification is the general goal of this research.
Method: For this purpose, information layers of qualitative parameters (electrical conductivity, sodium absorption ratio) and quantitative groundwater (drop in groundwater level) and subsidence rate were prepared. The used subsidence map is related to the water year 2014-2016, which is available in Golpayegan, Arak, Qom-Kahk, Kashan, Saveh, Kamijan, Nubran, Varamin, Tehran-Karaj, Hashtgerd, Qazvin, Auj, Kabudar Ahang, Kedar, and Rezen areas. . In the next step, each index was given a weight between 1 and 4 based on its impact on desertification. The weighting is linear and the ratio is equal, so that the value 1 is the best and the value 4 is the worst. In order to investigate the effect of subsidence rate on desertification, desertification intensity was calculated in two ways. In the first case, taking into account the subsidence criterion and the underground water criterion, and in the second case, without considering the subsidence criterion, it was evaluated only based on the groundwater criterion. The final state of desertification intensity according to the IMDPA model was obtained based on the geometric mean of the criteria.
Results: The results of combining the quantitative and qualitative parameters of groundwater based on the IMDPA model showed that 60% of the basin surface has moderate desertification intensity and almost 36% has a poor condition. The assessment of the intensity of desertification based on the criterion of underground water in the Namak Lake watershed showed that the eastern part of the basin has a higher intensity of desertification compared to the western part of the basin due to the dominance of the electrical conductivity parameter and the drop in the level of the groundwater level. Finally, the results obtained from the integration of the map obtained from the IMDPA model groundwater criteria and subsidence using the geometric mean in the Namak Lake watershed showed that the northern part of the watershed, which includes most of Qazvin, Kabudarahang, Rezen-Qahavand, Kedar, Nubran, is the intensity of desertification is higher. While in the eastern part, i.e. Tehran-Karaj range and part of Varamin range, desertification is less intense according to the two criteria of underground water and subsidence. In general, the intensity of desertification in the case of subsidence and without subsidence, the highest level is in the middle class
Conclusion: The study of the desertification situation based on the two criteria of underground water and subsidence indicates the intensity of desertification in the whole basin in three categories: low, medium and severe, the highest level corresponding to the moderate intensity with an area of 65.57% and then the severe category with an area of 23.83%. It is a percentage. Among the study areas, desertification in Qazvin, Kobodar Ahang and Nobran has a higher intensity than other areas, which is due to the influence of the underground water standard. In general, the results of the assessment of desertification intensity in the Namak Lake watershed showed that the most important factor in creating the conditions of desertification and destruction of the land is the saltiness of the underground water and the drop in the level of the underground water. In line with the results of the present research and making more use of the existing findings, it is recommended to check all the parameters of the IMDPA model to evaluate the state of desertification, and even if possible, the parameters of the soil criterion should be checked along with the quantitative and qualitative indicators of the water criterion.
Abuzaid, A. S., & Abdelatif, A. D. (2022). Assessment of desertification using modified MEDALUS model in the north Nile Delta, Egypt. Geoderma, 405, 115400.
Ahmadi, H. A. S. A. N., Ekhtesasi, M. R., Golkarian, A., & Abrisham, E. (2006). Assessment and mapping of desertification using modified MEDALUS model in Fakhrabad-Mehriz (Yazd).
Akbari, M., Neamatollahi, E., & Neamatollahi, P. (2019). Evaluating land suitability for spatial planning in arid regions of eastern Iran using fuzzy logic and multi-criteria analysis. Ecological indicators, 98, 587-598.
Akbari, M., Shalamzari, M.J., Memarian, H., Gholami, A. (2020). Monitoring desertification processes using ecological indicators and providing management programs in arid regions of Iran. Ecological indicators, 111, 106011.
Amighpey, M., Arabi, S., & Talebi, A. (2010). Studying Yazd Subsidence Using InSAR and Precise Leveling. Scientific Quarterly Journal of Geosciences, 20(77), 157-164. doi: 10.22071/gsj.2010.55368. (In Persian)
Amighpey, M., & Arabi, S. (2024). Studying Land Subsidence in Iran Caused by Groundwater Over Extraction by Preparing the Comprehensive Subsidence Map of the Country. Iran-Water Resources Research, 19(5), 145-156. doi: 10.22034/iwrr.2023.186215
Arami, A., Ownegh, M., & Sheikh, V. (2013). Assessment of desertification risk in semi-arid Agh-Band Region, Golestan Province, Iran. International Journal of Agriculture and Crop Sciences, 5(17), 1901.
Bakr, N., Weindorf, D. C., Bahnassy, M. H., & El-Badawi, M. M. (2012). Multi-temporal assessment of land sensitivity to desertification in a fragile agro-ecosystem: Environmental indicators. Ecological indicators, 15(1), 271-280.
Becerril-Pina, R., Mastachi-Loza, C. A., González-Sosa, E., Díaz-Delgado, C., & Bâ, K. M. (2015). Assessing desertification risk in the semi-arid highlands of central Mexico. Journal of Arid Environments, 120, 4-13.
Boali, A.H, Jafari, R., Bashari, H. (2017). Analyzing the Effect of Groundwater Quality on Desertification using Bayesian Belief Networks in Segzi Desertification Hotspot. Journal of Water and Soil Science; 21 (3): 205-218. (In Persian).
Cigna, F., & Tapete, D. (2021). Satellite InSAR survey of structurally-controlled land subsidence due to groundwater exploitation in the Aguascalientes Valley, Mexico. Remote Sensing of Environment, 254, 112254.
Coscarelli, R., Caloiero, T., Minervino, I., & Sorriso-Valvo, M. (2016). Sensitivity to desertification of a high productivity area in Southern Italy. Journal of Maps, 12(3), 573-581.
Dehgan-Soraki, Y., Saha, S.k., Kumari, M. 2013. A MODIFIED POLARIMETRIC DECOMPOSTION FOR APPLICABILTY IN COMPLEXAGRICULTURAL ENVIRONMENT. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume XL-1/W3, 2013. SMPR 2013, 5 – 8 October 2013, Tehran, Iran. (In Persian).
Hédia, C., Mohamed, N., Andrea, V., & Néjib, R. (2006). Modélisation de la Désertification par l’Adaptation de la Méthode MEDALUS à UN Bassin Versant du Centre de la Tunisie. In14 th International Soil Conservation Organization Conference. Water Management and Soil Conservation in Semi-Arid Environments. Marrakech, Morocco.
Hu, R. L., Yue, Z. Q., Wang, L. U., & Wang, S. J. (2004). Review on current status and challenging issues of land subsidence in China. Engineering Geology, 76(1-2), 65-77.
janbaz fotamy, M., Kholghi, M., Abdeh Kolahchi, A., & Roostaei, M. (2020). Land Subsidence Assessment due to Groundwater Exploration by using Differential Radar Interferometry Technique, Case Study: Qazvin province. Iran-Water Resources Research, 16(3), 133-147. (In Persian).
Khosravi, H., Zehtabian, Gh.R. Ahmadi, H., Azarnivand, H., & Ghaiebi, H.Gh. (2014). Hazard Assessment of Desertification as a Result of Soil and Water Recourse Degradation in Kashan Region, Iran. Desert, 19(1), 44 -55. (In Persian). DOI: 10.22059/jdesert.2014.51053. (In Persian).
Khosroshahi, M. (2017). 'Exacerbation and threats of desertification risk in Iran from the perspective of water', Iran Nature, 2(2), pp. 6-13. doi: 10.22092/irn.2017.111420. (In Persian).
Kumar, H., Syed, T. H., Amelung, F., Agrawal, R., & Venkatesh, A. S. (2022). Space-time evolution of land subsidence in the National Capital Region of India using ALOS-1 and Sentinel-1 SAR data: Evidence for groundwater overexploitation. Journal of Hydrology, 605, 127329.
Ladisa, G., Todorovic, M., & Liuzzi, G. T. (2010). Assessment of desertification in semi-arid Mediterranean environments: The case study of Apulia Region (Southern Italy). Land degradation and desertification: assessment, mitigation and remediation, 493-516.
mohamadi, A., karimi, H., hidarizadi, Z. (2017). 'Investigating the Effects of Groundwater Quality on the Desertification in Mehran Plain', Iranian Water Researches Journal, 11(2), pp. 21-32. (In Persian)
Nascimento, C. M., de Sousa Mendes, W., Silvero, N. E. Q., Poppiel, R. R., Sayão, V. M., Dotto, A. C., ... & Demattê, J. A. (2021). Soil degradation index developed by multitemporal remote sensing images, climate variables, terrain and soil atributes. Journal of environmental management, 277, 111316.
Nkonya, E., Mirzabaev, A., von Braun, J. (2016). Economics of land degradation and improvement: An introduction and overview. In P. Nkonya, A. Mirzabaev, J. von Braun (Eds.), Economics of land degradation and improvement – A global assessment for sustainable development, (pp. 1–14). https://doi.org/10.1007/978-3-319-19168-3_1
Okin, G.S., Dong, C., Willis, K.S., Gillespie, T.W., MacDonald, G.M. (2018). The Impact of Drought on Native Southern California Vegetation: Remote Sensing Analysis Using MODIS-Derived Time Series. J. Geophys. Res. Biogeosci., 123, 1927–1939.
Qureshi, A.S., McCornick, P.G., Qadir, M. and Z. Aslam, 2008. Managing salinity and water logging in the Indus Basin of Pakistan. Agricultural Water Management, 95: 1-10.
Rasmy, M., Gad, A., Abdelsalam, H., & Siwailam, M. (2010). A dynamic simulation model of desertification in Egypt. The Egyptian Journal of remote sensing and space science, 13(2), 101-111.
Rezaei, A., & Mousavi, Z. (2019). Characterization of land deformation, hydraulic head, and aquifer properties of the Gorgan confined aquifer, Iran, from InSAR observations. Journal of Hydrology, 579, 124196.
Reynolds J.F, Herrick J.E, Huber-Sannwald E. (2008).La sustentabilidad de la producción de la quinua en el Altiplano Sur de Bolivia: Aplicación del paradigma de desarrollo de zonas secas. Revista Habitat 75: 10–17.
Sahadevan, D. K., & Pandey, A. K. (2023). Groundwater over-exploitation driven ground subsidence in the himalayan piedmont zone: Implication for aquifer health due to urbanization. Journal of Hydrology, 617, 129085.
Saleh, I., Khazaei, M., & Naeimi, M. (2023). Desertification intensity affected by groundwater and land subsidence in Maharloo-Bakhtegan watershed. Water and Soil Management and Modelling, 3(2), 171-184. doi: 10.22098/mmws.2022.11906.1187. (In Persian).
Smith, R., & Li, J. (2021). Modeling elastic and inelastic pumping-induced deformation with incomplete water level records in Parowan Valley, Utah. Journal of Hydrology, 601, 126654.
Wang, X., Li, X., Cai, D., Lou, J., Li, D., & Liu, F. (2021). Salinification and salt transports under aeolian processes in potential desertification regions of China. Science of the Total Environment, 782, 146832.
Wang, Y., Zhao, Y., Yan, L., Deng, W., Zhai, J., Chen, M., & Zhou, F. (2022). Groundwater regulation for coordinated mitigation of salinization and desertification in arid areas. Agricultural Water Management, 271, 107758.
Yaghobi, S., faramarzi, M., karimi, H. (2021). Assessment the Desertification Trend Using The IMDPA Modele With Emphasis on Three Criteria Climate, Water and Geomorphology and Geology (Case Study: Dehloran Plain In Ilam Province). Degrad Rehabil Nat Land, 1 (2):1-12. (In Persian).
Zandifar, S., Dargahian, F., Fijani, E., & Naeimi, M. (2021). The Trend of Groundwater Variations and Drought in the Karkheh Watershed. Watershed Management Research, 34(3): 53-73. doi: 10.22092/wmej.2021.343333.1352. (In Persian).
