نوع مقاله : پژوهشی
نویسندگان
1 دانشیار گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی
2 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی، دانشگاه محقق اردبیلی.
چکیده
تحقیق حاضر با هدف تشخیص و تعیین تغییرات زمانی ـ مکانی رسوبدهی در حوضهی آبریز قرهسو واقع در استان اردبیل انجام شده است. به منظور ارایه‌ی مدلی برآوردی از بار رسوبی زیرحوضههای مورد نظر، روابط زمانی ـ مکانی رسوب دهی با بارش حوضه مورد آزمون قرار گرفت. برای انجام این تحقیق از داده های 6 ایستگاه باران سنجی و هیدرومتری طی یک دوره 22 ساله استفاده گردید. روش تحقیق مبتنی بر تحلیل های آماری رگرسیونی بین متغیرهای بارش و بار رسوبی در محیط نرمافزار SPSS و همچنین تحلیل تغییرات زمانی متغیرهای بارش و رسوب در محیط نرمافزار Excel بود. نتایج اولیه از روابط زمانی بار رسوبی و بارش زیرحوضه ها، حاکی از رابطه قوی تر دو متغیر در مقیاس درون سالی نسبت به مقیاس بین سالی بود. در بعد تغییرات بین سالی، تنها ایستگاه هیر با روند افزایشی بار رسوب مواجه بود، در حالیکه 4 ایستگاه دیگر در میزان بارش سالانه روند افزایشی داشتهاند. نتایج حاصل از تحلیل های رگرسیونی، نشاندهندهی همبستگی ضعیف متغیر بارش با رسوبدهی ایستگاه ها در مقیاس بین سالی و در مقابل روابط خوب آنها در مقیاس درون سالی بود. در این میان شاخص فورنیه به عنوان شاخص فصلی بارندگی توانست 65% واریانس رسوب دهی ویژه در حوضه مورد مطالعه را تبیین نماید. از اینرو، شاخص مزبور میتواند به عنوان یک شاخص فرسایندگی بارش کارآمد در برآورد رسوب دهی ویژه در حوضه مورد مطالعه بکار گرفته شود.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Study the Spatioal-temporal Relations between Suspended Sediment Load and Precipitation (Case Study: Qarahsu Watershed)
نویسندگان [English]
- Fariba Esfandyari 1
- Morteza Garachorlou 2
چکیده [English]
Fariba Esfandyari[1]*
Morteza Garachorlou[2]
Abstract
This study seeks to identify and determine the spatial-temporal variations of sediment yield in Qarahsu watershed situated in Ardabil province. To do so, the relations between sediment yield and precipitation were examined in term of temporal-spatial variations in order to provide the estimate model of sediment load in the subwatersheds. Data gathered from six water and rain gauges of the same name over a 22-years period was used. The method followed regression analysis between precipitation and sediment yield by SPSS software and analysis of temporal variations of precipitation and sediment yield by Excel software. Analysis of temporal relations between sediment load and precipitation indicated a higher correlation in intra-annual than in inter-annual scale. In terms of intra-annual variations, except for Hir water gauge, that underwent an increasing trend, other stations had decreasing trends in sediment load. Nonetheless, the increasing trend in annual precipitation of 4 rain gauges was considerable. Results of regression analysis, on one hand, indicated weak correlation between precipitation and sediment load in intra-annual scale, but on the other hand, indicated high correlation in inter-annual scale. Meanwhile, the Fournier index, as seasonal precipitation index, can explain 65% variance of specific sediment yield in the studied watershed. Hence, the index, as indicator of precipitation erosive power, can be effectively used to estimate specific sediment yield in the watershed.
[1]- Associate Professor; Department of Physical Geography; University of Mohaghegh Ardebili, Iran (Corrosponding author), Email:Esfandyari@uma.ac.ir.
[2]- Ph.D Student in Feomorphology; at University of Mohaghegh Ardebili; Iran.
کلیدواژه‌ها [English]
- Sediment yield؛ Precipitation؛ Spatial-Temporal Variations؛ Regression Analysis
- Qarahsu Watershed
مقدمه
پدیدهی فرسایش خاک و انتقال رسوب، مسایل و مشکلات زیادی در یک قرن اخیر برای جامعه بشری به وجود آورده است (شعبانی و همکاران، 1386: 760). برآوردها نشان میدهد که سالانه حدود 5/0 تا 5 درصد از ظرفیت ذخیرهی سدهای جهان به واسطه‌ی ته نشست رسوب در حال کاهش است (ورستراتن و همکاران[1]، 2003: 328). کشور ما نیز از عواقب زیانبار این پدیده مصون نبوده و سالانه حدود 2 میلیارد تن از خاکهای حاصلخیز زراعی و مرتعی، در اثر بهرهبرداری نادرست و بارندگی شسته شده، از بین می‌رود (رنجبر، 1388: 21). همچنین سالانه بیش از 100 میلیون مترمکعب از گنجایش مفید سدها بر اثر انباشتهشدن رسوبات کاسته میشود (موسوی و همکاران، 1385: 77).با توجه به این مسائل ناگوار و دیگر آثار محیطی برخاسته از پدیده مزبور، برآورد بار رسوب در بسیاری از زمینهها از جمله بررسیهای ژئومورفولوژیکی فرسایش، رسوبگذاری مخازن، طراحی مخازن و سدها، برنامهریزی حفاظت خاک و آب، ارزیابی اثرات زیستمحیطی و مشکلات مواد مغذی و آلودگیهای همراه رسوب لازم و ضروری است (خانچول و جانسون[2]، 2008: 277؛ بونیا و همکاران، 2009: 1698). در حال حاضر علیرغم توسعه یک سلسله معادلات فیزیکی فرسایش خاک و انتقال رسوب، پیشبینی رسوبدهی در مقیاس منطقهای عمدتاً از راه مدلهای سادهی تجربی (رگرسیونی) حاصل میشود (ورستراتن و همکاران، 2003: 328؛ رامپی[3]، 2005: 158). مدلهای رگرسیونی تغییرات فضایی رسوبدهی سالانه را با خصوصیات فیزیوگرافی و اقلیمی حوضه مرتبط میسازند (جین و همکاران[4]، 2003: 383). مروری بر مطالعات انجام یافته در خصوص روابط میان عوامل اقلیمی و رسوبدهی در حوضههای آبخیز نشان میدهد که از میان عوامل اقلیمی دخیل در برآورد بار رسوبی رودخانهها، فاکتور بارندگی متوسط سالانه در بیشتر موارد همبستگی ضعیفی با بار رسوب معلق داشته و به مدل بهینه نهایی برآورد رسوب راه نیافته است. این نتیجه در کارهای ورستراتن و همکاران، 2003؛ تمین و همکاران[5]، 2006؛ گروسو و همکاران[6]، 2008؛ حبیبنژاد و همکاران، 2010؛ قدیمی عروسمحله و سبحانی، 1378؛ همتی و همکاران، 1380 (حوضه آبخیز مرکزی مازندران)؛ صادقی و همکاران، 1385؛ خداشناس و همکاران، 1387؛ خوشرفتار و مازینی، 1390 نیز مشاهده میشود. در مقابل، محققانی چون فرارسی و همکاران (1990)؛ هیکس و همکاران[7] (1996)؛ جین و همکاران (2003)؛ میرابوالقاسمی و مرید (1374)؛ حکیمخانی (1377) به رابطهی مثبت و معنیدار بارندگی متوسط سالانه با رسوبدهی دست یافتهاند. از طرفی برخی از محققان در مدلسازی تغییرات بار رسوبی حوضهها به شاخصهای دیگر بارندگی روی آوردهاند، از آن جمله هیکس و همکاران (1996)، به رابطه مثبت و معنیدار ضریب تغییرات بارندگی سالانه و شاخص فورنیه با رسوبدهی حوضهی مورد مطالعه اذعان نمودند. رسترپو و همکاران[8] (2006)، نتیجه گرفتند شاخص فورنیه در مدل توزیع فضایی برآورد رسوب جزو متغیرهای مؤثر است. همتی و همکاران (1380)، به رابطهی مثبت و معنیدار شاخصهای میانگین پربارشترین ماههای سال و فورنیه با رسوبدهی ویژه حوضه آبخیز دریاچه ارومیه دست یافتند.جهت برآورد بار رسوبی رودخانهها علاوه بر ارتباط مکانی، آگاهی از رابطه زمانی آن با متغیرهای پیشبین نیز ضروری است. در این راستا بابروویستکایا و همکاران[9] (2003)، با تحلیل آماری و هیدرولوژیکی تغییرات بلندمدت رسوب معلق در رودخانههای بزرگ روسیه به این نتیجه رسیدند که تغییرات زمانی بار رسوب معلق به جای تغییرات اقلیمی بیشتر در ارتباط با فعالیتهای انسانی از قبیل احداث سد و معدنکاری بوده است. یانگ و همکاران[10] (2004)، تغییرات زمانی جریان رسوب معلق در رودخانه یانگتسه را طی قرن بیستم مورد بررسی قرار دادند. طی این مطالعه معلوم گردید که اثرات انسانی به صورت رشد جمعیت و تغییر کاربریها تا دهه 1960 به تدریج بر جریان رسوب افزوده‌اند؛ اما پس از آن موجب کاهش سریع آن گردیده‌اند. گوپتا و چاکراپانی[11] (2007)، با مطالعهای که در خصوص روند زمانی بار رسوبی رودخانه نارمادا هند در طول سالهای 1980 تا 2000 داشتند، علاوه بـر شناسایی سه عامل زمینشناسی حوضه، بارش و حضور سـدها یا مخازن آب، به عنوان مهمترین عوامل مؤثر بر جریان آب و رسوب معلق، نتیجه گرفتند که کاهش چشمگیر جریان رسوب معلق در رودخانه مزبور ناشی از ساخت سدها و مخازن آب بوده است. دینگ و ریچاردز[12] (2009)، با هدف رسیدن به یک مدل برآوردی مقدماتی از میزان تولید و تحویل بار رسوبی در حوضه رودخانه زیانشو چین، به طرح سناریو‌های مختلف در خصوص اثر وضعیت اقلیمی (سالهای مرطوب، معتدل، خشک) و عملیات حفاظتی بر دینامیک بار رسوبی طی دهههای 1980 و 1990 پرداختند. نتایج حاکی از برآورد کمتر از واقعیت در سال مرطوب و بیشتر از واقعیت در سال خشک داشت. یان و همکاران (2013)، با استفاده از مدلسازی هیدرولوژیکی و آمار چندمتغیره، اثرات تغییر کاربری اراضی بر تغییرات بلندمدت جریان آب و رسوبدهی در بالادست حوضه دو واقع در کشور چین را مورد مطالعه قرار دادند. نتایج نشان داد که از میان انواع کاربری اراضی، تغییرات کاربریهای زراعی و جنگل بیشترین تأثیر را بر روی تغییرات زمانی رسوبدهی داشتهاند.
در تحقیقات داخلی به موضوع تغییرات زمانی بار رسوبی حوضههای آبخیز کمتر پرداخته شده است. از جمله میرابوالقاسمی (1373)، به بررسی اثر احداث سد شهید عباسپور روی بار رسوب معلق رودخانه کارون پرداخت. نتایج کار وی بیشتر نشان از اثر کاهنده احداث سد روی میزان رسوبدهی و انتقال رسوب در رودخانه‌ی مزبور داشت. وروانی و همکاران (1380)، در بررسی تغییرات 30 ساله رسوبدهی در حوضه آبخیز گرگانرود، به اثرات برجسته احداث سد و تغییر کاربری اراضی جنگلی بر رسوبدهی آبراههها اشاره داشتند. جواهری و همکاران (1384)، نیز طی مطالعهای در مورد تغییرات رژیم رسوبدهی در ایستگاههای منتخب رودخانههای کارون و دز، ضمن تأکید بر دقت بیشتر روش فازی نسبت به روش رگرسیونی در پایش تغییرات زمانی رسوبدهی، به اثرات سدهای احداث شده بر روی این تغییرات اذعان نمودند. نصری و همکاران (1390)، به تحلیل تغییرات زمانی رسوب معلق طی سالهای 1358 تا 1383 در حوضه آبخیز مندرجان اصفهان پرداختند. ایشان با اشاره به زیانهای ناشی از رسوبگذاری در مخزن سد زایندهرود، به این نتیجه رسیدند که احداث سازههای آبی و نیز عملیات آبخیزداری و حفاظت خاک نقش مؤثری در تغییرات زمانی رسوبدهی داشته است. به طور کلی نتایج مطالعات مزبور نشان میدهد که تغییرات سالانه‌ی رسوبدهی و روندهای کاهشی یا افزایشی آن بیشتر از عوامل طبیعی (که در این جا متغیرهای اقلیمی مدنظر ماست)، از فعالیتهای انسانی متأثر گردیده است. این موضوع در مقیاس جهانی نیز از سوی چاکراپانی (2005) و والینگ (2008) گزارش شده است.
تحقیق حاضر، با توجه به آثار زیانبار رسوبدهی و ضرورت آگاهی از تغییرات زمانی ـ مکانی آن در حوضههای آبخیز، با هدف تشخیص و تعیین تغییرات زمانی ـ مکانی بار رسوبی در ارتباط با یکی از عوامل طبیعی مؤثر بر آن یعنی وضعیت بارشی حوضه، انجام گرفته است. با توجه به احداث سدهای متعدد در حوضه آبریز قرهسو استان اردبیل و نیز واقع شدن تقریباً نیمی از اراضی مستعد کشاورزی استان در محدوده مذکور، آگاهی از وضعیت فرسایشی و نرخ هدررفت خاک در حوضه مورد نظر ضروری است.
مواد و روشها
حوضه آبریز قرهسـو با مساحت 7455 کیلومتر مربع بـه ازای ایستگاه دوستبیگلو در مـختصات جغرافیایی ´32 °47 تا ´41 °48 طول شرقی و ´47 °37 تا ´52 °38 عرض شمالی واقع گردیده است (شکل 1).
بخش اعظم این حوضه در قسمت میانی استان اردبیل (شهرستانهای اردبیل، مشگینشهر، نمین، نیر و کوثر) و بخش کوچکی از آن نیز در محدوده استان آذربایجان شرقی (شهرستان سراب) قرار گرفته است
در تحقیق حاضر از دادههای 6 ایستگاه هیدرومتری و بارانسنجی همنام (به غیر از ایستگاه پل سلطانی) طی دوره مشترک 22 ساله (سالهای آبی 1364- 1385) استفاده شده است (جدول 1).
شکل (1) موقعیت جغرافیایی حوضه آبریز قرهسو و ایستگاههای منتخب آن
جدول (1) مشخصات ایستگاههای هیدرومتری مورد مطالعه در حوضه آبریز قرهسو
|
دبی متوسط سالانه(مترمکعب بر ثانیه) |
مساحت حوضه بالادست (کیلومترمربع) |
ارتفاع (متر) |
رودخانه |
ایستگاهها |
|
34/3 |
87/1171 |
1440 |
بالیخلیچای |
پل الماس |
|
63/0 |
25/96 |
2497 |
خیاوچای |
پل سلطانی |
|
96/6 |
62/7455 |
780 |
قرهسو |
دوستبیگلو |
|
83/4 |
87/4066 |
1290 |
قرهسو |
سامیان |
|
79/0 |
25/781 |
1394 |
قوریچای |
کوزهتپراقی |
|
27/0 |
75/178 |
1575 |
هیرچای |
هیر |
روش تحقیق توصیفی ـ تحلیلی بوده و در انجام آن از تحلیلهای آماری شامل تحلیل رگرسیونی و تحلیل خط روند سری زمانی سالانه استفاده شده است. در گام نخست جهت تکمیل نواقص آماری میزان بار رسوب معلق و تشکیل سری زمانی مقادیر بار رسوبی ایستگاهها از رابطه میان دبی و بار رسوب متناظر بر اساس روش منحنی سنجه رسوب متداول کمک گرفته شد. پس از آن با در دست داشتن آمار رسوب معلق، روابط زمانی و مکانی متغیر بارش (متغیر مستقل) با رسوبدهی (متغیر وابسته) ایستگاهها مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور علاوه بر بهره بردن از مقایسه آمار توصیفی و سریهای زمانی مختلف مربوط به دو متغیر، آزمون رگرسیونی مابین پارامترهای مختلف بارندگی با رسوبدهی نیز انجام پذیرفت که شرح آنها در جدول (3) آمده است. در تحلیلهای رگرسیونی با استفاده از نرمافزار آماری SPSS، جهت انتخاب بهترین خط برازش در روابط دو متغیر، توابع رگرسیونی مختلف شامل خطی، لگاریتمی، معکوس، درجه دو، مکعبی، توانی، مرکب، S شکل، رشد و نمایی مورد آزمون قرار گرفت تا بر اساس معنیداری در سطح 05/0 و نیز بالاترین ضریب تعیین، رابطه بهینه تعیین گردد. در مواردی هم که توابع رگرسیونی از ضریب تعیین مساوی برخوردار بودند، جهت انتخاب خط برازش بهینه از شاخص کمترین اشتباه استاندارد برآورد (SE) به شرح زیر استفاده شده است.
رابطه (1)
در رابطهی مزبور، SE خطای استاندارد برآورد، So مقادیر واقعی متغیر وابسته، Se مقادیر برآوردی متغیر وابسته و N تعداد نمونههاست. اما در تحلیل تغییرات بینسالی بارش و رسوب و تعیین روندهای مربوط به سری زمانی سالانه، از قابلیت نرمافزار Excel بهره گرفته شد. این امر از طریق رسم خط تابع رگرسیون چندجملهای[13] به جهت ضریب تعیین بالاتر نسبت به سایر خط روندها (خطی، توانی، لگاریتمی و نمایی) انجام گرفت.
جدول (2) پارامترهای آماری مربوط به تحلیل رگرسیونی مابین بارندگی و رسوبدهی ایستگاههای منتخب
|
متغیر مستقل (X) |
شرح |
تعداد داده |
متغیر وابسته (Y) |
شرح |
تعداد داده |
|
X1= بارندگی سالانه |
مجموع میانگین بارشهای ماهانه |
22 |
Y1= رسوبدهی سالانه |
مجموع رسوبدهی سالانه طی 365 روز |
22 |
|
X2= بارندگی ماهانه |
میانگین مجموع بارش ماهانه طی 22 سال آماری |
12 |
Y2= میانگین رسوبدهی ماهانه |
میانگین مجموع رسوبدهی ماهانه طی 22 سال آماری |
12 |
|
X3= میانگین پربارشتـرین ماههای سال |
میانگین بارش ماههایی که میزان بارش آنها بیشتر از میانگین بارش ماهانه است |
6 |
Y3-1= رسوبدهی کل |
میانگین مجموع رسوبدهی سالانه طی 22 سال آماری |
6 |
|
|
|
|
Y3-2= رسوبدهی ویژه |
رسوبدهی کل تقسیم بر مساحت حوضه بالادست ایستگاه مورد نظر |
6 |
|
|
|
|
Y4-1= رسوبدهی کل |
میانگین مجموع رسوبدهی سالانه طی 22 سال آماری |
6 |
|
X4= شاخص فورنیه |
نسبت میانگین بارش پربارشترین ماه سال به میانگین بارندگی سالانه |
6 |
Y4-2= رسوبدهی ویژه |
رسوبدهی کل تقسیم بر مساحت حوضه بالادست ایستگاه مورد نظر |
6 |
بحث و نتایج
در تحلیل روابط زمانی ـ مکانی بار رسوبی ایستگاهها با بارش آنها، ابتدا از آمار توصیفی متغیرهای مزبور جهت آگاهی اولیه از کم و کیف این روابط به ویژه در بعد زمانی بلندمدت کمک گرفته شد و مقایسه‌ی مقادیر آماری دو متغیر در بـخش تغییرات زمانی ـ مکانی بار رسوبی انجام گرفت. سپس جهت تبیین دقـیقتر و کاملتر این روابط، از تحلیلهای رگرسیونی، استفاده شد تا به جمعبندی و نتیجهگیری نهایی بینجامد.
1ـ تغییرات زمانی ـ مکانی بارش
نتایج حاصل از محاسبات آماری مربوط به بارش ماهانه‌ی ایستگاههای مورد مطالعه (جدول 3) نشان میدهد که بیشترین بارندگی در ماه اردیبهشت و کمترین بارندگی در مردادماه بوده است. بیشترین ناهمگونی ایستگاهها از لحاظ بارش ماهانه در اردیبهشت و کمترین ناهمگونی ایستگاهها از این لحاظ در مرداد دیده میشود. از طرفی بینظمی و تغییرپذیری قابل ملاحظهای در وقوع بارشهای ماهانه‌ی ایستگاههای نمونه دیده میشود.
جدول (3) توزیع ماهانه بارش (به میلی متر) در ایستگاههای منتخب حوضه آبریز قرهسو (1385- 1364)
|
ماهها |
ایستگاههای منتخب |
انحراف معیار |
|||||
|
مشگین شهر |
هیر |
کوزهتپراقی |
پل الماس |
سامیان |
دوستبیگلو |
||
|
مهر |
8/25 |
2/29 |
1/19 |
4/24 |
3/23 |
3/28 |
66/3 |
|
آبان |
7/28 |
6/37 |
7/35 |
7/37 |
7/26 |
1/32 |
68/4 |
|
آذر |
1/13 |
2/25 |
8/17 |
0/20 |
7/14 |
7/15 |
36/4 |
|
دی |
4/15 |
6/32 |
1/19 |
0/17 |
1/17 |
2/13 |
92/6 |
|
بهمن |
8/13 |
4/31 |
9/19 |
7/13 |
5/15 |
4/11 |
33/7 |
|
اسفند |
2/25 |
4/41 |
2/25 |
4/23 |
1/16 |
4/19 |
75/8 |
|
فروردین |
6/38 |
3/52 |
6/32 |
3/37 |
4/30 |
8/45 |
24/8 |
|
اردیبهشت |
2/59 |
0/70 |
0/41 |
5/49 |
7/43 |
2/60 |
12/11 |
|
خرداد |
2/36 |
4/32 |
2/18 |
1/22 |
7/20 |
4/43 |
03/10 |
|
تیر |
0/18 |
0/12 |
3/5 |
2/8 |
3/9 |
1/12 |
33/4 |
|
مرداد |
8/9 |
7/4 |
8/2 |
5/6 |
4/5 |
8/8 |
62/2 |
|
شهریور |
4/14 |
4/4 |
5/4 |
4/7 |
0/10 |
8/12 |
21/4 |
|
انحراف معیار |
29/14 |
9/18 |
19/12 |
43/13 |
54/10 |
76/16 |
- |
|
ضریب تغییرات |
57/0 |
61/0 |
61/0 |
60/1 |
54/0 |
66/0 |
- |
اما نگاهی به مقادیر آماری بارش سالانه (جدول 4) نشان میدهد بیشترین همگونی بارشهای سالانه به ایستگاه پل الماس و کمترین همگونی از این لحاظ به ایستگاه هیر تعلق دارد. از طرفی مقادیر ضریب تغییرات بارندگی سالانه ایستگاهها نشان از وجود رژیم بارشی نسبتاً منظم در بین ایستگاههای منتخب دارد.
جدول (4) شاخصهای آماری بارندگی سالانه (به میلیمتر) در ایستگاههای نمونه حوضه آبریز قرهسو (1385-1364)
|
ایستگاهها |
مشگین شهر |
هیر |
کوزهتپراقی |
پل الماس |
سامیان |
دوستبیگلو |
|
میانگین |
3/298 |
8/389 |
2/241 |
1/267 |
8/232 |
2/303 |
|
میانه |
2/323 |
357 |
7/245 |
2/264 |
5/226 |
2/259 |
|
انحراف معیار |
5/78 |
16/102 |
8/83 |
9/50 |
8/77 |
5/71 |
|
ضریب تغییرات |
26/0 |
26/0 |
35/0 |
19/0 |
33/0 |
24/0 |
در باب تغییرات بلندمدت بارش همانگونه که از نمودارهای توالی زمانی بارش سالانه ایستگاهها (شکل 2) پیداست، تغییرات قابل ملاحظهای در وقوع بارشهای سالانه برخی ایستگاهها مشاهده میشود. نکته بارزی که از این نمودارها برداشت میشود روندهای افزایشی بارش سالانه در چهار ایستگاه هیر، مشگینشهر، کوزهتپراقی و پل الماس و روند کاهشی آن در ایستگاه سامیان میباشد.
شکل (2) تغییرات بارش سالانه و روندهای آن در ایستگاههای نمونه حوضه آبریز قرهسو (1385 - 1364)
2ـ تغییرات زمانی ـ مکانی بار رسوبی
نتایج حاصل از محاسبات آماری متغیر بار رسوبی در ایستگاههای مورد مطالعه (جدول 5) نشان دهنده نوسانات و تفاوتهای قابل ملاحظه آن در بین ایستگاههای منتخب بود، به طوری که کمینه بار رسوبی ماهانه‌ی ایستگاههای پل سلطانی و هیر در شهریور ماه، ایستگاههای کوزه تپراقی، پل الماس و دوستبیگلو در مرداد ماه و ایستگاه سامیان در تیر ماه اتفاق افتاده است. متقابلاً وقوع بیشینه بار رسوبی ماهانه همه ایستگاههای مورد نظر به غیر از ایستگاه پل سـلطانی (مشگینشهر)، در فروردین ماه بوده است. آغاز ذوب برفهای انباشت شده در مرتفعات از اواخر زمستان، محرک بروز فرایندهای فرسایشی و رسوبدهی در حوضههای آبخیز مورد بررسی است. در فصل تابستان کمی بارش و متعاقب آن کاهش دبی رودها از میزان فرسایندگی باران و قدرت فرسایشی آبراههها در حوضه آبریز قرهسو کاسته و استفاده‌ی کشاورزان و باغداران منطقه از همین منابع اندک آبهای سطحی، کاهش رسوب در حوضههای آبخیز را شدت میبخشد. اما بیشترین همگونی در الگوی رسوبدهی ماهانه ایستگاهها، در مرداد ماه و کمترین همگونی ایستگاهها از این لحاظ در فروردین ماه مشاهده میشود. نتیجه این که همگونی بیشتر بارندگی ماهانه ایستگاهها در مرداد ماه با همگونی بیشتر رسوبدهی ماهانه آنها در ماه مزبور مطابقت دارد. پراکنش و ناهمگونی رسوبدهی ماهانه در ایستگاه دوستبیگلو نسبت به سایر ایستگاهها بیشتر بوده و در مقابل کمترین ناهمگونی در مقادیر رسوبدهی ماهانه در ایستگاه هیر مشاهده میشود. این در حالی است که ناهمگونی بارشهای ماهانه‌ی ایستگاه هیر بیشتر از سایر ایستگاهها بوده است. همچنین مقادیر ضریب تغییرات، گویای تغییرپذیری زیاد رسوبدهی ماهانه در ایستگاههای منتخب و نشاندهندهی پیچیدگی فرایندهای انتقال رسوب در آبراههها است.
جدول (5) توزیع ماهانه بار رسوب معلق (به واحد تن) در ایستگاههای منتخب حوضه آبریز قرهسو (1364- 1385)
|
ماهها |
ایستگاههای منتخب |
انحراف معیار |
|||||
|
پل سلطانی |
هیر |
کوزهتپراقی |
پل الماس |
سامیان |
دوستبیگلو |
||
|
مهر |
72/85 |
9/21 |
27/12 |
14/513 |
33/703 |
64/2273 |
57/867 |
|
آبان |
32/96 |
41/30 |
32/302 |
79/1013 |
22/2042 |
17/6300 |
95/2420 |
|
آذر |
94/263 |
69/3 |
20/314 |
49/1234 |
35/2828 |
93/11198 |
77/4315 |
|
دی |
09/415 |
02/26 |
16/222 |
60/1160 |
60/3560 |
31/10634 |
64/4112 |
|
بهمن |
21/536 |
37/33 |
49/365 |
18/114 |
94/3181 |
02/10630 |
83/4068 |
|
اسفند |
85/549 |
17/45 |
65/823 |
89/1443 |
77/8225 |
95/18298 |
91/7233 |
|
فروردین |
96/472 |
70/110 |
09/2772 |
66/2473 |
59/1521 |
31/29017 |
68/11574 |
|
اردیبهشت |
77/341 |
84/71 |
94/1604 |
93/1442 |
37/3521 |
40/9751 |
08/3622 |
|
خرداد |
55/231 |
58/66 |
64/219 |
12/378 |
28/150 |
24/290 |
85/1106 |
|
تیر |
13/440 |
40/59 |
66/17 |
40/225 |
59/16 |
84/928 |
78/356 |
|
مرداد |
91/196 |
28/56 |
90/1 |
77/223 |
53/20 |
84/211 |
84/102 |
|
شهریور |
56/0 |
12/20 |
15/25 |
91/346 |
12/170 |
49/557 |
47/224 |
|
انحراف معیار |
67/185 |
68/26 |
67/836 |
75/667 |
87/4431 |
54/8522 |
- |
|
ضریب تغییرات |
62/0 |
56/0 |
52/1 |
69/0 |
34/1 |
99/0 |
- |
مقادیر مجموع رسوبدهی سالانه در ایستگاههای منتخب (جدول 6) نشان میدهد ایستگاه دوستبیگلو با میانگین رسوبدهی 14/102710 تن در سال و ایستگاه هیر با میانگین رسوبدهی 5/573 تن در سال به ترتیب بیشترین و کمترین رسوبدهی سالانه را بین ایستگاههای نمونه دارند. از طرفی ناهمگونی در وقوع رسوبدهی سالانه نیز در ایستگاه دوستبیگلو بیشتر از سایر ایستگاهها بوده و کمترین ناهمگونی وقوع رسوبدهی سالانه در ایستگاه هیر مشاهده میشود. این در حالی است که ایستگاه هیر در بین ایستگاههای دیگر از بیشترین ناهمگونی در وقوع بارندگیهای سالانه برخوردار بوده است. از طرفی تغییرپذیری رژیم رسوبدهی سالانه در بین ایستگاههای نمونه حاکی از ثبات بیشتر رسوبدهی سالانه در ایستگاه پل الماس و برعکس ثبات کمتر رسوبدهی سالانه در ایستگاه کوزه تپراقی است. با این نتیجه تشابه تغییرپذیری بارش سالانه با تغییرپذیری رسوبدهی سالانه بین ایستگاههای نمونه آشکار میشود.
جدول (6) مقادیر آماری رسوبدهی سالانه (به واحد تن) در ایستگاههای نمونه حوضه آبریز قرهسو (1385-1364)
|
ایستگاهها |
پل سلطانی |
هیر |
کوزهتپراقی |
پل الماس |
سامیان |
دوستبیگلو |
|
میانگین |
3613 |
5/573 |
49/6582 |
91/11596 |
62/39631 |
14/102710. |
|
انحراف معیار |
98/1232 |
69/365 |
18/7026 |
03/3689 |
04/27121 |
28/50232 |
|
ضریب تغییرات |
34/0 |
67/0 |
07/1 |
32/0 |
68/0 |
5/0 |
توالی زمانی رسوبدهی سالانه در ایستگاههای منتخب (شکل 3) نشان میدهد که با وجود افت و خیزهای زیاد در میزان رسوبدهی زیرحوضهها، چهار ایستگاه پل الماس، کوزهتپراقی، سامیان و دوستبیگلو روند کاهشی بارز و ایستگاه هیر روند افزایشی آشکاری در میزان رسوبدهی سالانه دارند.
به طور کلی آنچه که در بیشتر ایستگاههای مورد مطالعه نمود مشخص و با اهمیتی دارد، کاهش بار رسوبی زیرحوضههای منتخب طی دهه‌ی هفتاد شمسی است. از آن جایی که در روندهای بارش سالانه چنین افتی مشاهده نمیگردد، بنابراین این روند کاهشی را بایستی در عوامل دیگری جستجو نمود که خارج از موضوع این پژوهش است.
|
|
شکل (3) تغییرات رسوبدهی سالانه و روندهای آن در ایستگاههای نمونه حوضه آبریز قرهسو (1385- 1364)
3ـ تحلیلهای رگرسیونی
الف: رابطهی بارندگی سالانه با رسوبدهی سالانه
تحلیل روابط رگرسیونی میان مقادیر بارش سالانه و رسوبدهی سالانه ایستگاهها نشان داد که رابطهی دو متغیر مزبور در حد بسیار ضعیفی بوده و بالاترین ضریب همبستگی میان دو متغیر از طریق برازش تابع رگرسیون مکعبی در ایستگاه سامیان برابر با 13/0 بود.
ب: رابطه بارندگی ماهانه با رسوبدهی ماهانه
روابط رگرسیونی میان بارشهای ایستگاههای نمونه با رسوبدهی آنها در مقیاس ماهانه نشان از همبستگی قابل توجه دو متغیر دارد (جدول 7) و متغیر بارش ماهانه در بهترین حالت (ایستگاه کوزهتپراقی) توانسته است بیش از 72 درصد واریانس متغیر رسوبدهی ماهانه را توضیح دهد. نکته‌ی مهم در اینجا غیرخطی بودن روابط رگرسیونی بهینه بود که به استناد اظهار رومن و همکاران (2010: 3140) این موضوع نشان میدهد که حتی یک افزایش جزیی در میزان بارندگی ممکن است به افزایش قابل توجهی در مقادیر رسوبدهی منجر شود. از طرفی وجود روابط خوب بارش با رسوبدهی در مقیاس ماهانه نسبت به مقیاس سالانه حاکی از پاسخ مستقیم و سریع رسوبدهی به بارش حوضه در بازه زمانی کوتاهتر است.
جدول (7) نتایج تحلیل رگرسیونی بین بارش ماهانه و رسوب ماهانه در ایستگاههای منتخب حوضه قرهسو
|
نام ایستگاه |
تابع رگرسیونی |
ضریب تعیین (R2) |
معنی داری (Sig) |
اشتباه استاندارد برآورد (SE) |
|
پل الماس |
توانی |
62/0 |
002/0 |
53/0 |
|
پل سلطانی |
توانی، رشد و مرکب |
04/0 |
52/0 |
92/1 |
|
دوست بیگلو |
S شکل |
31/0 |
06/0 |
33/1 |
|
سامیان |
S شکل |
56/0 |
005/0 |
58/1 |
|
کوزه تپراقی |
توانی |
72/0 |
000/0 |
2/1 |
|
هیر |
مکعبی |
42/0 |
197/0 |
76/0 |
پ ـ رابطه میانگین پربارشترین ماههای سال با رسوبدهی کل و ویژه
نتایج به دست آمده نشان میدهد که بهترین رابطهی میانگین پربارشترین ماههای سال با رسوبدهی کل ایستگاهها از طریق تابع رگرسیونی درجه 2 و مکعبی با ضریب تعیین 23/0 و معنیداری در سطح 67/0 قابل حصول است. از سوی دیگر رابطهی بهینه میان میانگین پربارشترین ماههای سال و رسوبدهی ویژه‌ی ایستگاهها از طریق تابع رگرسیونی مکعبی با ضریب تعیین 28/0 و معنیداری 62/0 بهدست آمد. بنابراین رابطه شاخص میانگین پربارشترین ماههای سال با رسوبدهی کل و ویژه ایستگاهها ضعیف بوده و معنیدار نمیباشد.
ت ـ رابطه شاخص فورنیه با رسوبدهی کل و ویژه
نتایج حاصل از تحلیل رابطه شاخص فورنیه با رسوبدهی کل ایستگاهها نشان داد که در اکثر توابع رگرسیونی، شاخص مزبور با معنیداری در سطح 2/0 توانست 35 درصد واریانس رسوبدهی را توضیح دهد. در مقابل رابطه این شاخص با رسوبدهی ویژه ایستگاهها قویتر بوده و به طور مشترک در توابع رگرسیونی مرکب، توانی، S شکل، رشد و نمایی با ضریب تعیین 65/0 و معنیداری 05/0، رابطه بهینه شاخص فورنیه با رسوبدهی ویژه ایستگاههای نمونه حاصل گردید.
نتیجهگیری
نتایج این تحقیق نشان داد که تغییرات و بینظمی مقادیر رسوبدهی ایستگاههای منتخب به خصوص در مقیاس درونسالی قابل توجه میباشد. در این زمینه همخوانی افزایش تغییرپذیری رسوبدهی ماهانه با افزایش شرایط خشکی و کاهش بارندگی ایستگاهها بر وجود روابط نزدیک وضعیت بارشی با وضعیت رسوبدهی زیرحوضههای منتخب دلالت دارد. با این حال وجود اختلاف میان متغیرهای مورد بررسی به لحاظ وقوع مقادیر بیشنیه ماهانه (که در بارش، اردیبهشت ماه و در رسوبدهی، فروردین ماه بود) اشاره به عدم تبعیت الگوی ماهانه رسوبدهی از الگوی ماهانه‌ی بارندگی داشت. این واقعیت میتواند ناشی از حاکمیت رژیم برفی ـ بارانی در زیرحوضههای مورد بررسی باشد که با شروع ذوب برفها از اواخر زمستان امکان وقوع رواناب قابل توجه و به تبع آن فرایندهای فرسایشی گسترده را در حوضهها فراهم میسازد. وجود بیشترین همگونی و تشابه در مقادیر ماه مرداد ایستگاهها هم به لحاظ بارش و هم بهلحاظ بار رسوبی، از نتایج دیگر این تحقیق بود که باز بر تشابهات زمانی بین دو متغیر تأکید دارد. علیرغم تفاوت زیاد میان ایستگاههای نمونه از لحاظ تغییرات و بینظمی در وقوع رسوبدهی ماهانه نسبت به وقوع بارش ماهانه، در مقیاس بینسالی ارتباط نزدیکی از این لحاظ بین دو متغیر دیده میشود. این نتیجه نه تنها اشاره به واقعیت آماری میانگینگیری و سرشکن شدن نوسانات زمانی دارد، بلکه به تغییرات و نوسانات زیاد بار رسوبی در حوضههای آبخیز برمیگردد که در مقیاس ماهانه بهتر و دقیقتر قابل ردیابی است. اما نتایج تغییرات سری زمانی سالانه مشخص نمود که روندهای زمانی رسوبدهی ایستگاهها با روندهای زمانی بارش آنها رابطه نزدیکی نداشته و علل آن را بایستی در جای دیگری جستجو نمود. نتایج حاصل از تحلیل رگرسیونی روابط متغیر بارش با متغیر رسوبدهی در ایستگاههای نمونه حاوی واقعیتهای بیشتری است. در حالی که بارش ماهانه برخی ایستگاهها با رسوبدهی ماهانه آنها رابطه خوب و معنیداری داشت. با این حال در مقیاس بینسالی، رابطه میان دو متغیر بسیار ضعیف بود؛ که این رابطه ضعیف بارش سالانه با رسوبدهی سالانه در نتایج کارهای بسیاری از محققان قبلی نیز دیده میشود. اما در خصوص رابطه شاخص فورنیه با رسوبدهی کل و ویژه در حوضهی مورد مطالعه نتایج ارزندهای حاصل شد و دلالت بر قدرت این شاخص فورنیه در توضیح خوب واریانس رسوبدهی ویژه دارد و میتوان از آن در پیشبینی مقادیر رسوبدهی ویژه در حوضه مورد مطالعه بهره برد. این نتیجه مطابق با نتایج مطالعه هیکس و همکاران (1996)، رسترپو و همکاران (2006) و همتی و همکاران (1380)، (حوضه دریاچه ارومیه) میباشد. به طور کلی غیرخطی بودن روابط بهینه میان متغیرهای بارش و بار رسوبی در محدوده‌ی مورد مطالعه، علاوه بر همخوانی با تحقیقات پیشین و تأیید اهمیت معادلات رگرسیونی غیرخطی در برآورد بار رسوبی حوضهها صحه، به مفهوم رایج پیچیدگی فرایندهای رسوبزایی و انتقال رسوب اشاره دارد. با توجه به نتایج به دست آمده، پیشنهاد میشود پیشبینیها و روندیابیهای بار رسوبی در حوضههای آبخیز بر روی مقیاس ماهانه متمرکز شود. با توجه به این که مطالعهای از این دست در حوضهی آبریز قرهسو انجام نگرفته است، نتایج این پژوهش میتواند ضمن آگاه ساختن مدیران و برنامهریزان امر از روند زمانی فرسایش و رسوبدهی، رهنمودی برای پیشبینی بار رسوبی در راستای اولویتهای حفاظتی و اجرای عملیات آبخیزداری در حوضه آبریز مذکور تلقی شود.
)