مطالعه فرسایش پذیری واحدهای سنگی و تولید رسوب با استفاده از مدل EPM به کمک GIS در بخشی از حوضه آبریز زاینده رود – حوضه حیدری در شمال شهرکرد

نویسندگان

1 کارشناس ارشد دانشگاه آزاد اسلامی واحد خوراسگان

2 دانشیار گروه زمین شناسی دانشگاه پیام نور اصفهان

3 کارشناس مرکز تحقیقات جهاد کشاورزی شهرکرد

4 استادیار گروه مرتع و آبخیزداری دانشگاه شهرکرد

چکیده

 
فرسایش سازند های سنگی و ورود حجم عظیمی از رسوبات به دریاچه سد زاینده رود، در شمال شهرکرد،  اهمیت و لزوم مطالعه چگونگی تولید و حمل رسوبات در حوضه آبریز این سد را مشخص می کند. حوضه حیدری یکی از حوضه های رودخانه و سد زاینده رود است که مساحتی بالغ بر 2/117 کیلومتر مربع دارد و از نظر زمین شناسی در زون سنندج- سیرجان و در مجاورت زاگرس مرتفع واقع است. با توجه به توان تولید رسوب از سازند های سنگی منطقه مورد مطالعه، کارآیی مدلهای زمین شناسی مانند اندیس فرسایش و EPM در برآورد رسوب در این تحقیق مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور حوضه آبریز مورد مطالعه به شش زیرحوضه تقسیم و ابتدا از سرشاخه های آبراهه های اصلی نمونه برداری شده است. پس از انجام دانه بندی و مطالعات سنگ شناسی رسوبات روی غربالها، اندیس فرسایش واحدهای سنگی محاسبه و سپس میزان حساسیت به فرسایش آنها تعیین گردیده است. شدت رسوبدهی در این حوضه با استفاده از چهار پارامتر مربوط به مدل EPM محاسبه شده است. علاوه بر آن به روش بیلان رسوب سالانه، میزان واقعی رسوبدهی حوضه تعیین  گردیده است. مقایسه نتایج این مطالعه بر اساس داده های حاصل از مطالعات رسوب شناسی با داده های بدست آمده از مدل EPM و استفاده از تکنیک Cross Validation با شاخص قراردادن نتایج حاصل از بیلان رسوب سالانه، مشخص می کند که روش اندیس فرسایش به واقعیت نزدیکتر بوده و این اندیس با توجه به عوامل لیتولوژی، شیب، پوشش گیاهی و در بخش های مختلف حوضه آبریز برای یک واحد سنگی متفاوت است.
 
 
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Erodibility and sediment yield assessment using EPM model in GIS in parts of Zayandeh-Rud catchments – Heydari basin in north. Shahrekord, Iran

نویسندگان [English]

  • Z Khodabakhshi 1
  • N Arzani, 2
  • K .H Abdollahi 3
  • A.R Davodian 4
1 M.Sc. Islamic Azad University of Branch Khurasgan
2 Associate Professor, Department of Geology
3 M.Sc. Jahad Aggriculture center Shahrekord
4 Assistant Professor, Department of Range and Watershed, Unveristy of Shahrekord
چکیده [English]

The delivery of considerable sediments into the Zayandeh-Rud dam highlights the study of erodibility of the rock outcrops in Heydari catchment, north. Shahrekord. This basin covers and area about 117.2 square kilometers and is located in the Sanadaj-Sirjan geological belt in south-west of Iran. The EPM and geological models for the erosion index has been used to evaluate the magnitude of the sediment yield in this basin, which is divided into six distinct sub-basins.  Sampling on headwaters and subsequent grain-size analysis combined with identification of the lithology of the grains on different sieves gave the data needed for the calculation of erodibility index of the different lithological units. Using the EPM parameters, the intensity of sediment yield has been calculated and compared to the annual sediment yield. Results show that the erosion index for a single lithologic unit is variable depending on lithology, slope and vegetation cover. However, the erosion index for a lithologic unit in different parts of a basin is much close to the real and observed situation.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heydari Basin
  • Zayandeh Rud
  • Erosion index
  • EPM Model


میزان فرسایش واحد های سنگی و حمل رسوبات توسط عوامل حمل ونقل به حوضه های رسوبی، یکی از پارامترهای تعیین کننده ویژگیهای ژئومورفولوژیکی و اختصاصات تجمع و یا جابجایی مجدد توده های رسوبی است (Jones 2004; Vente and Poesen 2005; Brown et al. 2009; Sui et al. 2009). فرسایش و حمل رسوبات در حوضه های رسوبی و رسوبگذاری در مخازن سدها باعث کوتاه شدن عمر مفید سدها می شود و بنابراین مطالعه فرآیندهای موثر در این رسوبگذاری اهمیت دارد (برای مثال : Grams and Schmidt 2005 و ارومیه ای و همکاران 1381). در مطالعات حوضه های رسوبی و بخصوص تولید و حمل رسوبات و با توجه به حجم بالای داده های مورد بررسی، به ابزاری نیاز است که بتواند کلیه مراحل اجرای مدل ها آسانتر، دقیقتر و سریعتر صورت گیرد. امروزه مدلهای مختلفی از جمله مدلهای کمیته های بین آژانس جنوب شرق پاسیفیک (PSIAC) ، معادله جهانی فرسایش (USLE) ، پروژه پیش بینی فرسایش آبی (WEPP) و مدل روش پتانسیل فرسایش (EPM) برای این منظور استفاده می شوند. فن آوری سامانه های اطلاعات جغرافیایی (GIS) با توجه به توانایی های بالای آن برای کار با داده های جغرافیایی، امکان انجام چنین مطالعاتی با هزینه کمتر و دقت و سرعت بیشتر را فراهم میکند. در واقع با در نظر گرفتن چنین هدف، تمامی مراحل بکارگیری مدلهای مذکور به کمک GIS انجام شده است (برای مثال مراجعه شود به: Solaimani et al. 2009 ; Tangestani 2006; و بیات و همکاران 1379).
در این مطالعه به منظور درک شرایط تولید و حمل رسوب به مخزن سد و دریاچه زاینده رود، حوضه حیدری به عنوان یکی از حوضه های آبریز در شمال شهرکرد انتخاب و با استفاده از روش مدل EPM به کمک GIS شدت رسوبدهی هر زیرحوضه مشخص و با بهره گیری از مطالعات رسوب شناسی و با شاهد قرار دادن نتایج بدست آمده از روش بیلان رسوب سالانه، داده ها با هم مقایسه شده اند. نتایج بدست آمده در این تحقیق می تواند مناطق حساس به فرسایش در این حوضه را شناسایی کند و سپس با اندیشیدن راهکارهای صحیح برای کنترل تولید و حمل ونقل رسوبات، عمر مفید سد را افزایش دهد.

موقعیت طبیعی و زمین شناسی منطقه مورد مطالعه
منطقه مورد مطالعه بخشی از حوضه های آبریز رودخانه زاینده رود در استان چهارمحال و بختیاری می باشد (شکل 1). حوضه آبریز حیدری در فاصله حدود 45 کیلومتری شمال شهرستان شهرکرد و بین طول تا شرقی و عرض تا شمالی قرار دارد. این حوضه با وسعت حدود 2/117 کیلومتر از شمال به دریاچه سد زاینده رود و از غرب و جنوب به رشته کوه های که از کوه برآفتاب تا سید بهاءالدین و کوه لاطان کشیده شده است، ختم می شود. کوه های شیدا و یان چشمه در قسمت شرقی این حوضه واقع شده اند. منطقه مورد مطالعه در نقشه توپوگرافی 1:50000 شاه آباد (سازمان جغرافیای ارتش 1377) و نقشه زمین شناسی1:100000 چادگان (قاسمی و همکاران 1385) قرار دارد و از نظر زمین شناسی در زون سنندج - سیرجان و در مجاورت زاگرس مرتفع واقع شده است (درویش زاده 1371).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل1 : موقعیت جغرافیایی و راه های ارتباطی و عکس ماهواره ای منطقه مورد مطالعه (حوضه حیدری) در شمال شهر کرد در استان چهار محال و بختیاری (عکس ماهواره از سایت Wikimapia.org)


گسل های اصلی مؤثر در منطقه مورد مطالعه شامل گسل های بن و شیدا هستند. این گسل ها از نوع معکوس با راستای شمال باختر- جنوب خاور می باشند و بر خلاف گسل شیدا، گسل بن به سمت شمال خاور شیب دارد. حوضه آبریز مورد مطالعه دارای سازند های چینه ای متنوعی است. قدیمی ترین سازندهای موجود در حوضه مربوط به پالئوزوئیک فوقانی (پرمین) بوده و جدیدترین آن مربوط به کواترنر است (قاسمی و همکاران 1385). واحد های سنگی که در همین حوضه رخنمون دارد در شکل (2) و جدول (1) مشخص شده است.
قسمت جنوبی حوضه مورد مطالعه کوهستانی و پر شیب بوده و به سمت شمال از شیب حوضه کاسته شده است و اکثر مناطق حوضه هموار و دارای شیب ملایم می باشند. حداکثر ارتفاع حوضه 3500 متر و حداقل آن 2120 متر از سطح آزاد دریا است. رسوبات بستر در مناطق پر شیب دارای ویژگی های مخروط افکنه بوده و به مرور به نوع رسوبات رودخانه ای تبدیل شده است و انشعابات در شبکه رودخانه در اکثر مناطق به صورت موازی و گاهی درختی به یکدیگر متصل گردیده است.

 


جدول1: راهنمای واحدهای سنگی موجود در حوضه حیدری در شمال شهرکرد که در شکل (2) مشخص شده است (بر اساس نقشه زمین شناسی 1:100000 چادگان، 1385).
لیتولوژی علامت سن واحد سنگی
آهکهای خاکستری روشن تا سفید، آهکهای خاکستری تیره
پرمین کربناته پرمین
کنگلومرا با سیمان آهکی، آهک های خاکستری
تریاس تخریبی – کربناته
تراکی آندزیت تا بازالتیک تراکی آندزیت، ساب ولکانیک و درون لایه های آهکی
تریاس - ژوراسیک آذرین بیرونی - کربناته
تراکی آندزیت تا آندزیتیک بازالت، ساب ولکانیک
تریاس - ژوراسیک آذرین بیرونی
سنگ آهک رس دار، سنگ آهک ماسه ای
کرتاسه زیرین کربناته
مارن سبز متمایل به خاکستری، سنگ آهک ماسه ای خاکستری تا کرم ژیپس دار
میوسن – پلیوسن مارنی
تراس های قدیمی
کواترنری رسوبات کواترنری
تراس های رودخانه ای جوان

واریزه های دامنه ای


شکل 2: نقشه زمین شناسی ساده شده حوضه مورد مطالعه.شامل بیرون زدگیهای پرمین (P).، تریاس (TR)، تریاس-ژوراسیک (TRj)، کرتاسه (K)، پلئوسن-میوسن (MP) و کواترنری(Q). برای توضیح به جدول (1) مراجعه شود (اقتباس از نقشه زمین شناسی 1:100000 چادگان ، 1385).



اقلیم منطقه مورد مطالعه بر اساس روش کوپن (Koppen) (نقل از علیزاده 1384)، اقلیم معتدل سرد همراه با تابستانهای بسیار گرم و خشک می باشد. رژیم بارندگی در حوضه مورد مطالعه به گونه ای می باشد که قسمت اعظم بارندگی در نیمه دوم سال اتفاق افتاده و حداکثر بارندگی در دی ماه به میزان 6/65 میلی متر میباشد.

روش مطالعه
- مطالعه رسوب شناسی و اندیس فرسایش
به منظور مطالعه وضعیت رسوب شناسی و فرسایش پذیری واحد های سنگی یک حوضه رسوبی ابتدا لازم است که با استفاده از نقشه های زمین شناسی و عکس های ماهواره ای دید کلی از وضعیت زمین شناسی آن منطقه بدست آورده و سپس از زیرحوضه های موجود و از سرشاخه های آبراهه های اصلی نمونه برداری شود. بطور کلی اندیس فرسایش هر زیرحوضه با دانه بندی این نمونه ها و تجزیه و تحلیل داده های حاصل از بررسی های کانی شناسی و سنگ شناسی خرده سنگ های موجود تعیین می شود. در این روش، بعد از مشخص کردن اندیس فرسایش، با استفاده از مدل EPM شدت رسوبدهی هر زیرحوضه مشخص می شود و سپس به روش عملی بیلان رسوب سالانه، میزان رسوبدهی حوضه بدست می آید. در پایان نتایج حاصل از مدل EPM و مطالعات رسوب شناسی با شاهد قرار دادن نتایج بدست آمده از روش بیلان رسوب سالانه با هم مقایسه می شوند (برای مثال: Tangestani 2006; Fanetti and Vezzoli 2007; Solaimani et al. 2009).
با توجه به بکارگیری روش های فوق در این مطالعه، حوضه حوضه حیدری در شمال شهرکرد به شش زیرحوضه (A، B، C، D، E وF)، که در هر کدام آبراهه ها نیز مشخص هستند، تقسیم شده است (شکل 3). از سرشاخه های اصلی منطقه با در نظر گرفتن تغییرات لیتولوژی در بخش های مختلف حدود 33 نمونه بر داشت شده است. نمونه ها به گونه ای برداشت شده اند که نشانگر ویژگی های رسوب در کل محل نمونه برداری باشند. پس از خشک کردن نمونه ها در آون و دانه بندی آنها، رسوبات مانده روی الکهای 10، 30 و 60 با استفاده از میکروسکوپ دو چشمی (Binocular) و تهیه مقطع نازک از نمونه های رسوبی و واحدهای سنگی مورد بررسی کانی شناسی و سنگ شناسی قرار گرفته است. با نسبت دادن فراوانی های مشخص از دانه ها به هر واحد همگن X (واحد های سنگی که اندیس فرسایش در آن محاسبه می شود) و در نظر گرفتن مساحت های مرتبط با آنها، اندیس فرسایش برای هر یک از واحد های منطقه به کمک رابطه (1) (فیض نیا 1387) محاسبه گردیده است.

درصد فراوانی رسوب حاصل از واحد همگن X
(1) = اندیس فرسایش
درصد مساحت واحد همگن X

 

 

 



شکل 3 : حوضه آبریز حیدری در شمال شهر کرد، زیرحوضه ها و آبراهه های موجود در آن (بر اساس نقشه های 1:25000 یان چشمه، مشهد کاوه، بن و بارده در استان چهار محال بختیاری).

شکل3 : نقشه حساسیت به فرسایش حوضه حیدری در شمال شهر کرد (به روش رسوب شناسی اندیس فرسایش). برای شرح و بحث به متن مقاله و جدول (2) مراجعه شود.



رابطه بالا تنها نشانگر بار بستر یک حوضه است و باتوجه به این که بار معلق نیز بخش مهمی از رسوبات می باشد، بدین منظور اعداد بدست آمده از رابطه (1) را، در عددی بین 1-2 ضرب می کنیم. کمترین آن مربوط به واحد های آهکی و دولومیتی با ضریب 1 و بیشترین آن مربوط به واحد های رسی و مارنی با ضریب 2 می باشد. در صورتی که عدد بدست آمده بزرگتر از 300 باشد معرف فرسایش پذیری خیلی شدید، بین 200 – 300 معرف فرسایش پذیری شدید، بین 100 – 200 معرف فرسایش پذیری متوسط، بین 50 – 100 معرف فرسایش پذیری ضعیف و برای مقادیر کمتر از 50، معرف فرسایش پذیری خیلی ضعیف است. نتایج حاصل در جدول (2) آورده شده است. سپس با استفاده از مقادیر بدست آمده برای اندیس فرسایش واحدهای سنگی در هر زیرحوضه، نقشه فرسایش پذیری واحدهای سنگی به تفکیک تهیه شده است (شکل 4).


شکل 4 : نقشه طبقه بندی شده شدت فرسایش (Z) حوضه حیدری در شمال شهرکرد (براساس روش EPM ) برای شرح به متن مقاله مراجعه شود.

 


جدول 2: اندیس فرسایش واحد های سنگی در حوضه آبریز حیدری (زیرحوضه های A تا F). برای توزیع اندیس، شکل های 3 تا 5 را ملاحظه کنید.
زیر حوضه واحد سنگی اندیس فرسایش ضریب بار معلق اندیس فرسایش پس از اعمال ضریب بار معلق وضعیت فرسایش

A
10/193 1 10/193 فرسایش متوسط

94/97 1/1 74/107 فرسایش متوسط

43/2 5/1 65/3 فرسایش ضعیف


B
38/250 1 38/250 فرسایش شدید

67/634 1/1 14/698 فرسایش خیلی شدید

63/414 1/1 10/456 فرسایش خیلی شدید

74/206 2/1 69/251 فرسایش شدید

C
73/60 1 73/60 فرسایش ضعیف

75/60 1/1 83/66 فرسایش ضعیف

34/113 1 34/113 فرسایش متوسط

D
64/141 1 64/141 فرسایش متوسط

58/366 1/1 23/403 فرسایش خیلی شدید

35/12 2 69/534 فرسایش خیلی شدید
E
04/212 1 04/212 فرسایش شدید

60/289 1/1 56/318 فرسایش خیلی شدید

F
32/206 1 32/206 فرسایش شدید

65/85 1/1 22/94 فرسایش ضعیف

56/44 2 12/289 فرسایش شدید


با توجه به لیتولوژی، پوشش گیاهی، وضعیت تکتونیکی و شیب منطقه، میزان اندیس فرسایش برای یک واحد سنگی از یک زیرحوضه به زیرحوضه دیگر در منطقه مورد مطالعه متفاوت می باشد. مشاهدات صحرایی و توجه به فرسایش پذیری رسوبات آبرفتی نشان می دهد که رسوبات مربوط به تراس های قدیمی سخت شده ودر مقابل فرسایش نسبتا مقاومند ولی تراس های جوان و واریزه های دامنه ای سست هستند و با بارندگی شدید تحت تأثیر فرسایش قرار گرفته و با ریزش تحت تاثیر فرسابش قرار می گیرند

- مدل EPM
مدل EPM، با استفاده از اطلاعات قطعه زمین های فرسایشی و اندازه گیری رسوب پس از40 سال تحقیقات در کشور یوگسلاوی بدست آمده و برای اولین بار در سال 1988 در کنفرانس بین المللی رژیم رودخانه توسط گاوریلویچ ارائه گردیده است (رفاهی 1382). در این روش چهار مشخصه شامل ضریب فرسایش حوضه آبریز ( )، ضریب استفاده از زمین (Xa)، ضریب حساسیت سنگ و خاک به فرسایش (Y ) و شیب متوسط حوضه (I ) در واحد های مختلف اراضی مورد بررسی قرار می گیرد. با استفاده از این عوامل می توان شدت فرسایش را محاسبه و نهایتأ نقشه فرسایش را تهیه نمود. براساس این چهار فاکتور مقدار Z یا ضریب شدت فرسایش از رابطه (2) محاسبه می شود. این عوامل و محدوده امتیازات مربوط به مدل EPM در جدول (3) و جمع امتیازات مرتبط به 4 شاخص که مشخص کننده کلاس شدت رسوبدهی است در جدول (4) ارائه شده است.

(2)
محاسبه میزان فرسایش بر این اساس به صورت رابطه 3 ارائه شده است :
(3)
که در آن H میانگین بارندگی سالانه (mm)، عدد 14/3 ، Wsp نیز میانگین سالانه فرسایش ویژه ( ( است و T ضریب درجه حرارت است

که از رابطه 3 به دست می آید و در آن t میانگین دمای سالانه برحسب سانتی گراد می باشد (رابطه 4):
(4)
اطلاعات مورد نیاز این پژوهش نقشه توپوگرافی 1:50000 شاه آباد سازمان جغرافیای ارتش، نقشه زمین شناسی 1:100000 چادگان سازمان زمین شناسی کشور، نقشه کاربری اراضی و نقشه حساسیت به فرسایش از مطالعات آبخیزداری حوضه آبریز می باشند. باتوجه به این که در مدل EPM لایه های زیادی وجود دارد و از این لایه ها باید نقشه شدت فرسایش و میزان رسوبدهی تهیه شود، لازم است که این لایه ها با یکدیگر همپوشانی داده شوند. بنابراین به کمک نرم افزار ILWIS ، پس از تبدیل مختصات جغرافیایی چهار گوشه نقشه های اسکن شده به سیستم UTM و ژئورفرنس (نقاط کنترل) نمودن لایه های اطلاعاتی برای دقت در انطباق لایه ها با نقشه های اولیه، عمل انطباق مرز حوضه و زیرحوضه ها با لایه های مختلف و پلی گونی نمودن واحد های مورد نظر و دادن ضرایب مناسب به هر پلی گون و سپس تبدیل لایه های پلی گونی به رستر صورت گرفت. ضرایب محاسبه شده در جدول (5) ارائه گردیده است. سپس به منظور تهیه نقشه شیب، پس از رقومی کردن منحنی های میزان نقشه توپوگرافی و درون یابی این منحنی ها در محیط GIS نقشه ای به نام مدل رقومی ارتفاع حاصل گردید و بنابر تعریف شیب (تغییرات ارتفاع نسبت به فاصله) از اعمال فرمول مربوطه روی مدل رقومی منطقه، نقشه شیب بدست آمده و پس از تبدیل به ارزشهای با شکل صدم لایه مناسب برای محاسبه EPM گردید. سپس در خط فرمان ILWIS با استفاده از فرمول (8) مقدار ضریب Z در قالب نقشه محاسبه شد.

(8)
S در فرمول (8) شیب متوسط حوزه است.

 

 


جدول 3: مقادیر میانگین ضرایب موثر در فرسایش خاک و رسوبدهی در مدل EPM
ضرایب حدود امتیاز
ضریب فرسایش منطقه ( )
1 - 1/0
ضریب استفاده از زمین (Xa ) 1 – 1/0
ضریب حساسیت سنگ و خاک به فرسایش (Y ) 2- 25/0

جدول 4: طبقه بندی شدت فرسایش (رفاهی 1382). برای مقایسه با حوضه حیدری به شکل (4) مراجعه شود

طبقه بندی فرسایش ارزش حد Z ارزش متوسط Z شدت فرسایش
1 Z>1 25/1 خیلی شدید
2 1>Z>0.71 85/0 شدید
3 0.71>Z>0.41 55/0 متوسط
4 0.41>Z>0.2 2/0 کم
5 0.19>Z 1/0 خیلی کم

 

 

 

جدول 5: ضرایب محاسبه شده در روش EPM
زیرحوضه A B C D E F
Y 85/0 82/0 85/0 1 93/0 1
Xa 64/0 50/0 57/0 60/0 63/0 57/0

3/0 3/0 3/0 3/0 3/0 3/0


نقشه حاصل نقشه ای است که مقدار مدل EPM را بصورت توزیعی ارائه می نماید. برای طبقه بندی شدت فرسایش نقشه رستری فوق با فرمان Slicing به طبقات خیلی کم، کم، متوسط، شدید و خیلی شدید طبقه بندی گردید. نقشه کلاس بندی شدت فرسایش در شکل (5) دیده می شود.
برای تخمین متوسط سالانه رسوب در محیط نرم افزار ILWIS از فرمول (9) بهره گرفته شد:


(9)

P در فرمول (9) ارتفاع متوسط بارندگی سالانه حوزه آبخیز بر حسب میلیمتر است.

بدین ترتیب نقشه Wsp که شدت فرسایش ویژه را برحسب مترمکعب در سال به ما نشان می دهد، حاصل گردید (شکل5).




شکل 5 : نقشه شدت فرسایش ویژه حوضه حیدری در شمال شهرکرد (براساس روش EPM ).


با توجه به نتایج حاصل از مدل EPM (جدول6) و نقشه های (5) و(6)، بیشترین میزان رسوبدهی ویژه در غرب حوضه و به ویژه در زیرحوضه های A وF می باشد و کمترین میزان رسوبدهی در حوضه شمال شرقی قرار دارد، که دلیل این امر تغییرات لیتولوژیکی و شیب بیشتر در غرب حوضه می باشد و به دلیل اینکه در شمال شرق و به ویژه در مرکز حوضه شیب بسیار کم است و جنس منطقه تقریبا یکنواخت است میزان رسوب دهی ویژه کمترین مقدار را نشان می دهد.

جدول 6: نتایج محاسبه برآورد رسوب در روش EPM در حوضه آبریز حیدری (برای بحث به متن مقاله و برای محل زیر حوضه ها به شکل 2 مراجعه شود)
زیرحوضه مساحت زیرحوضه

درصد گسترش مقدار رسوب تولیدی برحسب تن در سال اولویت رسوبزایی کلاس فرسایش
درصد تولید رسوب
A 97/24 3/21 85/662 2 کم 46/21
B 52/30 04/26 92/347 5 کم 27/11
C 63/26 72/22 29/458 4 کم 84/14
D 83/12 94/10 21/337 6 کم 92/10
E 56/9 15/8 82/490 3 کم 89/15
F 67/12 81/10 44/790 1 متوسط 60/25


- روش بیلان رسوب سالانه
سالانه حجم بسیار زیادی از رسوبات به حالتهای مختلف از بالادست حوضه ها حرکت کرده و از حوضه خارج می گردد و باعث می شود خسارات بسیار زیادی به طبیعت و انسانها وارد گردد. این رسوبات می توانند از منشا مختلف باشند (Coleman and Scatena 1986; Renschler and Harbor 2002). مواد مختلفی را که توسط آب حمل می شوند، می توان به سه گروه شامل بار انحلالی، بار معلق و بارکف (باربستر) تقسیم کرد (مهدوی 1381). جمع کل مواد محلول در آب (T.D.S) را می توان از طریق برداشت حجم معینی از نمونه آب و توزین باقیمانده املاح پس از تبخیر، بر حسب میلی گرم در لیتر محاسبه کرد. از آنجا که مواد انحلالی، تقریبا دارای غلظت یکسانی در نقاط مختلف مقطع عرضی رودخانه می باشند لذا برداشت یک نمونه از این مقطع و در دبی های مختلف، کافی به نظر می رسد. اما همواره بخشی از ذرات ریز شامل کلوئید ها، رس و لای (سیلت) و گاهی ماسه نرم بصورت بار معلق (T.S.S) حمل می شوند. جمع کل مواد معلق (T.S.S) نمونه آب برداشته شده از پشت سد اصلاحی در جدول (7) آمده است.

جدول 7: نتایج آنالیز آب از پشت سد اصلاحی آبخیزداری واقع در انتهای منطقه مورد مطالعه (خروجی حوضه حیدری)
مقدار بر حسب میلی گرم در لیتر پارامترهای محاسبه شده نمونه آب
3/142 بیکربنات کلسیم
4/38 TSS بار معلق
286 TDS بار انحلالی

 

 


میزان تخریب متوسط سالانه را در واحد سطح را تخریب مخصوص یا تخریب ویژه می نامند و واحد آن تن بر کیلومتر مربع در سال و یا تن بر هکتار در سال می باشد.
با توجه به این که مواد انحلالی در آب مشکل قابل توجهی را در رسوب گذاری مخازن ایجاد نمی کنند لذا وزن کل مواد رسوبی رودخانه را از جمع بار معلق و بارکف به دست می آورند (رابطه 7).

وزن بار معلق + بار کف
(7) = تخریب ویژه
مساحت حوضه


از آنجا که اندازه گیری مورد نیاز این روش عملی بوده و درصد خطا پایین است، بنابراین نتایج حاصل از آن واقعی بوده و بعنوان یک شاخص جهت محاسبه مقدار واقعی رسوبدهی سالانه استفاده گردیده است. به منظور تعیین میزان بار انحلالی و میزان بیکربنات کلسیم و بار معلق موجود در آب جاری منطقه، یک نمونه آب از پشت سد اصلاحی آبخیزداری که در طول 50 درجه و34 دقیقه و26 ثانیه شرقی و در عرض 32 درجه و 39 دقیقه و 44 ثانیه شمالی و در روستای حیدری (در انتهای حوضه) واقع گردیده است، مورد آنالیز قرار گرفت. هم چنین به منظور محاسبه میزان بار کف در حوضه مورد مطالعه، با محاسبه حجم و وزن مخصوص رسوبات جمع شده پشت سد اصلاحی آبخیزداری، وزن بار کف انباشته شده در پشت سد بدست آمد.
با در نظر گرفتن وزن رسوبات و میزان بار معلق بدست آمده از آنالیز آب، میزان تخریب ویژه در منطقه مورد مطالعه برابر 41/7 تن در کیلومتر مربع در سال می باشد (براساس جدول 7). با ضرب میزان تخریب ویژه در مساحت حوضه میزان رسوبدهی بدست می آید. بنابراین میزان رسوبدهی از کل حوضه آبریز برابر 14/689 تن در سال است. میزان واقعی رسوب سالانه زیرحوضه ها در جدول (8) مشاهده می گردد.

جدول 8 : مقدار واقعی رسوب زایی زیرحوضه ها در حوضه حیدری
زیرحوضه A B C D E F
مقدار واقعی رسوبزایی (تن در سال) 03/185 15/226 33/197 07/95 84/70 88/93


مقایسه روش مطالعه اندیس فرسایش، EPM و بیلان رسوب سالانه
با توجه به لیتولوژی، پوشش گیاهی، وضعیت تکتونیکی منطقه و شیب منطقه از یک زیرحوضه به زیرحوضه دیگر، میزان اندیس فرسایش برای یک واحد سنگی متفاوت می باشد (شکل4). برای مثال واحد سنگی آذرین بیرونی– کربناته ( ) در زیرحوضه E ، حساسیت به فرسایش خیلی شدید داشته در صورتی که در زیرحوضه F دارای حساسیت به فرسایش ضعیف است. دلیل این امر وجود درز و شکاف فراوان در زیرحوضه E و شیب بیشتر منطقه است و بر اساس داده های حاصل از روش EPM (شکل5)، بخش اعظم مناطق مورد مطالعه در کلاس های شدت رسوبدهی خیلی کم تا متوسط قرار می گیرند و بیشترین میزان رسوبدهی ویژه در غرب حوضه و به ویژه در زیر حوضه های AوF می باشد و کمترین میزان رسوبدهی در حوضه شمال شرقی قرار دارد.
از مقایسه داده های حاصل از روش EPM (شکل 5)، در مناطق مورد مطالعه و داده های حاصل از مطالعات رسوب شناسی (اندیس فرسایش ) (شکل4) مشاهده می شود که مناطقی را که داده های حاصل از مطالعات رسوب شناسی، در کلاس با شدت فرسایش خیلی کم، کم و متوسط قرار می دهند، با داده های حاصل از روش EPM تا حدود زیادی همخوانی دارد ولی مناطقی را که داده های حاصل از مطالعات رسوب شناسی، در کلاس با شدت زیاد و خیلی زیاد فرسایش قرار می دهد، با داده های حاصل از روش EPM ، همخوانی ندارد و داده های EPM ، مقادیر کمتری را نشان می دهد و بر اساس روش EPM در سطح بسیار محدودی از حوضه آبریز فرسایش خیلی شدید وجود دارد در صورتیکه در روش اندیس فرسایش سطح مربوط به فرسایش خیلی شدید، بیشتر است.
در پایان به روش عملی بیلان رسوب سالانه میزان رسوب دهی سالانه از کل حوضه بدست آمد که به دلیل واقعی بودن نتایج حاصل از این روش، به عنوان یک شاهد در نظر گرفته شد. سپس از طریق تکنیک Cross Validation نقشه های نهایی حاصل از اندیس فرسایش (شکل3) و EPM (شکل4) به طور جداگانه با نقشه زیرحوضه ها کنترل گردیدند (جدول 9).

جدول 9: نتایج حاصل از تکنیک Cross Validation برای مدل های اندیس فرسایش و EPM در حوضه آبریز حیدری
زیر حوضه مقدار واقعی فرسایش نتیجه حاصل از مقایسه نقشه مربوط به روش اندیس فرسایش با نقشه زیرحوضه ها نتیجه حاصل از مقایسه نقشه مربوط به روش EPM با نقشه زیرحوضه ها
A 03/185 33/3549 25/15371
B 15/266 25/3050 2/14971
C 33/197 4999 15782
D 07/95 33/1264 33/10431
E 84/70 25/1264 67/7950
F 88/93 75/1285 2/6177


در مرحله بعد به کمک شاخص آماری مقایسه که مجذور مربعات خطا را از طریق فرمول زیر برآورد می کند، مجذور مربعات خطا در دو روش اندیس فرسایش و EPM با در نظر گرفتن نتایج حاصل از روش بیلان رسوب سالانه بعنوان شاهد بدست آمد. بر اساس این شاخص آماری مقایسه روشی واقعی تر است که میزان شاخص آماری مقایسه آن (RMSE) کمتر باشد.




به کمک شاخص آماری مقایسه، مقدار حاصل از روش اندیس فرسایش 74/2785 و مقدار محاسبه شده از روش EPM، 04/12226 گردید. با توجه به کمتر بودن مقدار حاصل از روش اندیس فرسایش نسبت به نتیجه حاصل از روش EPM، روش اندیس فرسایش در این حوضه آبریز واقعی تر و مناسب تر است.

نتیجه گیری
میزان اندیس فرسایش برای یک واحد سنگی در منطقه مورد مطالعه از یک زیرحوضه به زیرحوضه دیگر با توجه به لیتولوژی، پوشش گیاهی، وضعیت تکتونیکی منطقه و شیب منطقه ، متفاوت است. بطور کلی در مطالعه فرسایش پذیری واحد های سنگی و تولید رسوب نتایج این مطالعه نشان می دهد که بر اساس شاخص آماری مقایسه روشی واقعی تر است که میزان شاخص آماری مقایسه آن (RMSE) کمتر باشد. با توجه به کمتر بودن مقدار حاصل از روش اندیس فرسایش نسبت به نتیجه حاصل از روش EPM، روش اندیس فرسایش در این حوضه آبریز واقعی تر و مناسب تر است.

 

 

1- ارومیه ای، ع.، رستگار لاری، ع. و م.، کیهان فرد، 1381، پهنه بندی خطر فرسایش پذیری و برآورد میزان  رسوب زایی در حوضه آبریز سد درود زن:  مجموعه مقالات سومین همایش انجمن زمین شناسی ایران، ص30 تا 34.

2- بیات، رضا.، رفاهی، ح.، درویش صفت، ع. و ف.، سرمدیان، 1379، بررسی کارایی مدلهای EPM و MPSIAC  در برآورد رسوب حوضه آبخیز طالقان به کمک GIS : مجله علوم کشاورزی ایران، جلد 32، شماره 1، ص 203 تا 217.

3- درویش زاده، ع.، 1371، زمین شناسی ایران: نشر امروز، 671 صفحه.

4- رفاهی، ح.، 1382، فرسایش آبی و کنترل آن: انتشارات دانشگاه تهران، 551 صفحه.

5- فیض نیا، س، 1387، رسوب شناسی کاربردی با تاکیدی بر فرسایش خاک و تولید رسوب. انتشارات دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.

6- فیض نیا، س,دستورانی، ج, احمدی، ح, و ج.، قدوسی، 1387، بررسی حساسیت به فرسایش و رسوبزایی سازندهای زمین شناسی در حوزه آبخیز گرگان. نشریه منابع طبیعی ایران، ش 1 ، ص 13-27.

7- قاسمی، ا.، حاج حسینی، م. و م.، حسینی، 1385 ، شرح نقشه زمین شناسی 1:100000 ورقه چادگان: سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور.

8- عبداللهی، خ.، 1382، گزارش آب و هوا و پوشش گیاهی فاز تفصیلی، اجرایی حوضه آبخیز حیدری شهرکرد: بخش مطالعات آبخیزداری شهرستان شهرکرد.

9- علیزاده، ا.، 1384، اصول هیدرولوژی کاربردی: انتشارات آستان قدس رضوی، چاپ هجدهم، 815 صفحه.

10- مهدوی، م.، 1381، هیدرولوژی کاربردی (جلد دوم): انتشارات دانشگاه تهران.

11- نقشه زمین شناسی، 1:100000 چادگان: سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور، 1385.

12- نقشه سیاحتی1:500000 استان چهارمحال و بختیاری: سازمان میراث فرهنگی، صنایع دستی و گردشگری، 1386.

 

13- Brown, A.G., Carey, C., Erkens, G., Fuchs, M., Hoffmann, T., Macaire, J.J.,  Moldenhauer, K.M., and D.E., Walling, 2009, From sedimentary records to sediment budgets: multiple approaches to catchment sediment flux: Geomorphology, v. 108, (1-2), p. 35-47.

14- Coleman, D.J., and F.N., Scatena, 1986, Identification and evaluation of sediment sources. In: R.F., Hardly, (Ed.). Drainage Basin Sediment Delivery: IAHS Publication , v. 159. p. .3-18.

  15- Fanetti, D., and L., Vezzoli, 2007, Sediment input and evolution of lacustrine deltas: The Breggia and Greggio rivers case study (Lake Como, Italy): Quaternary International, v. 173, p. 113-124.

16- Grams, P.E., and J.C., Schmidt, 2005, Equilibrium or indeterminate? Where sediment budgets fail: Sediment mass balance and adjustment of channel form, Green River downstream from Flaming Gorge Dam, Utah and Colorado:  Geomorphology, v. 71 (1), p. 156-181.

17- Ibbeken, H., and R., Schleyer, 1991, Source and Sediment: A Case Study of Provenance and Mass Balance at an Active Plate Margin (Calabria, Southern Italy), Springer 286p.

18- Jones, S.J., 2004, Tectonic controls on drainage evolution and development of terminal alluvial fans, southern Pyrenees, Spain, Terra Nova, v. 16, p. 121-127.

19- Renschler, C.S., and J., Harbor, 2002, Soil erosion assessment tools from point to regional scales—the role of geomorphologists in landmanagement research and implementation: Geomorphology, v. 47 (2–4), p. 189–209.

20- Solaimani, K., Modallaldoust, S., and S., Lotfi, 2009, Investigation of land use changes on soil erosion process using geographical information system: International Journal of Enviornmental Science and Technology, v. 6 (3), p. 415-424.

21- Sui, J., He, Y., and C., Liu, 2009, Changes in sediment transport in KuyeRiver in the Loess Plateau in China: International Journal of Sediment Research, v. 24 (2), p.201-213.

22- Tangestani, M.H., 2006, Comparison of EPM and PSIAC models in GIS for erosion and sediment yield assessment in a semi-arid environment Afzar Catchment, Fars province, Iran: Journal of Asian Earth Sciences, v. 27 (5), p.585-597.

23- Vent, T. D., and J., Poesen, 2005, Predicting soil erosion and sediment yield at the basin scale: scale issue and semi-quantitative models: Earth-Science Reviews, v. 71, p. 95-125.