تعیین احجام فرسایش خندقی در کرانه‌های لُسی رودخانه اترک به روش نقشه‌برداری پهپادی (UAV) و نرم‌افزار Civil3D

نویسندگان
محمدرضا غریب رضا 1
مجید زارعی 2
فهیمه رسولی 3
1 دانشیار، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی
2 کارشناس نقشه‌برداری، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی.
3 کارشناس ارشد مدیریت و کنترل بیابان، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی.
10.22034/wmji.2025.2068286.1124
چکیده
این پژوهش باهدف ارائه توانمندی روش‌های فتوگرامتری و هوشمند در برآورد میزان هدررفت خاک فرسایش خندقی در طبقات لُسی کرانه‌های رودخانه اترک انجام‌شده است. فرسایش پیشرفته خندقی به شکل پنجه‌ای و تونلی عمودی - افقی به حدی است که اراضی پیرامون رودخانه اترک کاملاً تخریب‌شده و بخشی از آبراهه‌ها از طریق تونل‌ها به سمت پائین رودخانه با شیبی تا پنج درصد متصل می‌شوند. فتوگرامتری به‌عنوان روش داده‌برداری مطمئن شامل ایجاد شبکه بنچ‌مارک، زمین‌مرجع‌سازی آن‌ها، تعیین ردیف و ارتفاع پرواز، اجرای پرواز، ثبت تصاویر و ترازسازی آن‌ها، ایجاد ابرنقاط، مرجع‌سازی تصاویر با نقاط کنترل زمینی، تولید مدل رقومی ارتفاعی و تولید ارتوفتو در این پژوهش استفاده شد. مراحل پردازش داده‌ها برای محاسبه احجام از طریق نرم‌افزار Civil3D به‌وسیله ماژول متعادل‌سازی خط پروژه تا رسیدن به مقادیر برداشت/پُرسازی به انجام رسید. مدل رقومی ارتفاعی و ارتوفتو منطقه با دقت مکانی شش سانتی‌متر تولید شد. ارتوفتوها شناسایی پراکنش و تعداد تونل‌های فرسایشی را نیز میسر ساخته است. احجام خندق‌های واقع در پنج حوزه آبخیز مشرف بر رودخانه اترک با استفاده از روش یاد شده تعیین شد. مجموع هدررفت خاک ناشی از فرسایش خندقی و تونلی در کرانه‌های رودخانه اترک،  1627649/56 مترمکعب محاسبه گردید. خروجی روش یاد شده، برنامه‌ریزی عملیات تثبیت و هدفمند شدن اعتبارات دستگاه‌های اجرایی است.
کلیدواژه‌ها
حجم فرسایش خندقی
کرانه لسی رودخانه اترک
فتوگرامتری
نقشه برداری پهپادی
Civil3D

عنوان مقاله English

Determining the volume of gully erosion on the loess banks of the Atrak River using an unmanned aerial vehicle (UAV) surveying and Civil 3D software

نویسندگان English

Mohammadreza Gharibreza 1
Majid Zarei 2
Fahimeh Rasooli 3
1 Associate Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO)
2 Surveying expert, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO)
3 Master of Desert Management and Control, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO)
چکیده English

The present study aimed to demonstrate the capability of photogrammetric and intelligent methods in measuring the amount of soil loss due to gully erosion in the loess layers of the Atrak River's banks. Advanced gully erosion, in the form of claws and vertical-horizontal tunnels, has progressed to the extent that the lands around the Atrak River are degraded, and parts of the waterways are connected to the downstream section of the river through tunnels with a slope of up to 5%. Photogrammetry is a reliable data generation method that includes creating a benchmark network, georeferencing, determining the flight row and height, flying, recording images, aligning them, creating point clouds, referencing with ground control points, producing elevation models, and orthophotos were used in this study. The data processing steps for calculating volumes were carried out using Civil3D software through the project line and balancing module for the complete construction of the cut/fill. The digital elevation model and orthophotography of the area were produced with a spatial resolution of 6 centimeters. Orthophotos have also enabled the identification of the distribution and number of erosional tunnels. The volumes of gully erosion located in the five immediate watersheds overlooking the Atrak River have been determined using the mentioned method. The total soil loss due to gully and tunnel erosion on the banks of the Atrak River has been calculated as 1,627,649.56 m2. The output of using the recommended method involves programming for gully erosion control and guiding the responsible organizations' budget consumption.

کلیدواژه‌ها English

Atrak River Loess Bank
Civil3D
Photogrammetry
Unmanned Aerial Vehicle (UAV) surveying
Volume of Gully Erosion
1-             Arabkhedri, M. 2021. 2021. The Status of Water Erosion and Sedimentation in Iran, Statistical and Comparative Analysis. Journal of Strategic Research in Agricultural Sciences and Natural Resources 6(2): 139-156.
2-             Armin, M., Najafinejad, A., and Ghorbania, V. 2023. Relation between erodibility factor and some soil physical properties in Loess soils of Golestan Province. 18th National Conference on the Watershed Sciences and Engineering, Yasouj (In Persian).
3-             Chobin, B., Rahmati, A., Soleimanpour, S. M., and Shadfar, S. 2025. Modeling soil loss due to gully erosion in the data-scarce regions. Iranian Journal of Soil and Water Research. 55(11): 2173-2189. (In Persian).
4-             Gharibreza, M., Zaman, M., Porto, P., Fulajtar, E., Parsaei, L., and Eisaei, H. 2020. Assessment of deforestation impact on soil erosion in loess formation using 137Cs method (case study: Golestan Province, Iran). International Soil and Water Conservation Research, 8(4), 393-405.
5-             Gharibreza, M., Tababaei, M., Ghermezcheshmeh, B., Kornejadi, A., and Zarei, M. 2024. The Identification Studies, Positioning and desing of sediment trap, water resouvoire and pumping station in Atrak River, (Eds), Ebrahimi, A., Gharshasbi, P.  Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Tehran, 227p.
6-             Hosseinalizadeh, M., Kariminejad, N., Campetella, G., Jalalifard, A., and Alinejad, M. 2018. Spatial point pattern analysis of piping erosion in loess-derived soils in Golestan Province, Iran. Geoderma, 328, 20-29.
7-             Mohammad_Ebrahimi, M., Javadi, M.,   and Vafakhah, M. 2017. Determination of effective factors on the occurrence of digitated gully erosion in the AghEmam watershed. 30 (6): 1978-1992. (In Persian).
8-             Lei, Z., Zhang, S., Zhang, W., Zhao, X., and Gao, J. 2024. Multi-Scale Effect of Land Use Landscape on Basin Streamflow Impacts in Loess Hilly and Gully Region of Loess Plateau: Insights from the Sanchuan River Basin, China. Sustainability, 16(23), 10781.
9-             Rodzik, J., Kołodyńska-Gawrysiak, R., Franczak, Ł., Zgłobicki, W., and Poesen, J. 2024. Impact of land use changes on collapsed pipes development in the loess gully (Lublin Upland, East Poland). Quaestiones Geographicae, 43(4), 17-33.
10-         Soleimani, F., Kalehhouei, M., and Asgari, A. 2023. Estimation of Soil Loss Volume Due to Gully Erosion and its Relationship with Soil and Watershed Characteristics in Sharif and Haddam Watersheds of Khuzestan Province. 36 (1): 80-95. (In Persian).
11-         Soufi, M., Bayat, R., and Charkhabi, A. H. 2020. Gully Erosion in I. R. Iran: Characteristics, Processes, Causes, and Land Use. In P. K. Shit, H. R. Pourghasemi, & G. S. Bhunia (Eds.) ,Gully Erosion Studies from India and Surrounding Regions (pp. 357-368). Cham: Springer International Publishing.
12-         Stöcker, C., Eltner, A., and Karrasch, P. 2015. Measuring gullies by synergetic application of UAV and close range photogrammetry — A case study from Andalusia, Spain. CATENA, 132, 1-11.
13-         Tebebu, T. Y., Abiy, A. Z., Zegeye, A. D., Dahlke, H. E., Easton, Z. M., Tilahun, S. A., and Steenhuis, T. S. 2010. Surface and subsurface flow effect on permanent gully formation and upland erosion near Lake Tana in the northern highlands of Ethiopia. Hydrol. Earth Syst. Sci., 14(11), 2207-2217.
14-         Valentin, C., Poesen, J., and Li, Y. 2005. Gully erosion: Impacts, factors and control. CATENA, 63(2), 132-153.
15-         Wang, R., Sun, H., Yang, J., Zhang, S., Fu, H., Wang, N., and Liu, Q. 2022. Quantitative Evaluation of Gully Erosion Using Multitemporal UAV Data in the Southern Black Soil Region of Northeast China: A Case Study. Remote Sensing, 14(6), 1479.
16-         Yuan, S., Fan, W., Jiang, C., Chang, Y., and Zheng, W. 2024. Active Gully Head Erosion Rates Characteristics on the Loess Plateau: InSAR-Based Calculation and Response to Extreme Rainfall. Land Degradation & Development, n/a(n/a).
Zhang, B., Guo, J., Fang, H., Wu, S., Feng, H., & Siddique, K. H. M. 2024. Soil erosion projection and response to changed climate and land use and land cover on the Loess Plateau. Agricultural Water Management, 306, 109187.