مقدمه

برداشت شن و ماسه از بستر رودخانه امری متداول است که جهت استفاده در سازه‏های عمرانی انجام می‏گیرد. برداشت منابع شن و ماسه از رودخانه به علت مزایای آن نسبت به منابع قرضه شن و ماسه کوهی، از جمله: وجود رسوبات دانه­بندی شده مناسب به لحاظ طبیعی و رسوبات پاک‏تر (عدم رسوبات صنایع و یا سایر مواد) نزدیکی به بازار مصرف و کاهش هزینه‏های حمل و نقل، همواره مورد توجه بوده است (کندلف[1]، 1994: 227) اما برداشت غیراصولی و غیر علمی مصالح از کف رودخانه‏ها و سیلاب دشتها آثار مخرب بر مورفولوژی رودخانه و همچنین بر محیط زیست بر جا می‏گذارد (لویو و همکاران[2]، 2010: 96؛ وانگ و همکاران[3]، 2012، 341). این امر ضرورت توجه جدی بر سامان بخشی برداشت شن و ماسه را بیش از پیش مشخص می‏کند. برداشت مصالح از رودخانه‏ها مستقیماً هندسه آبراهه و تراز بستر را تغییر می‏دهد (سورین و رینالدی[4]، 2003: 309) که عواملی مانند انحراف جریان، انباشت رسوبات و حفاری گودال‏های عمیق می‏تواند در این خصوص موثر باشد. باید توجه داشت - همان‏طوری که یافته‏های محققان نیز نشان داده است - میزان ظرفیت رودخانه در تحمل آثار مثبت و منفی برداشت منابع ماسه و شن از حوضه‏های رودخانه‏ای، به رابطه بین میزان منابع قابل برداشت از رودخانه و میزان رسوبات جایگزین شده توسط رودخانه بستگی تام دارد (کندولف، 1994: 225 گایلوت و پیگای[5]، 1999: 775 مارستون و همکاران[6]، 2003: 67 رینالدی و همکاران، 2005: 805). برداشت مصالح از رودخانه‏ها ممکن است با حفر ترانشه، ایجاد حفره در کف رودخانه یا برداشت سطحی تپه‏های شن (برداشت همه مصالح یک تپه شنی بالاتر از یک خط فرضی) صورت گیرد. در هر حال ریخت‏شناسی قبلی آبراهه دگرگون شده و کمبود موضعی رسوب پدید می‏آید (قهرمانی و همکاران، 1390، 53). بنابراین انتخاب محلهای مناسب جهت برداشت مصالح رودخانه‏ای از اهمیت خاصی برخوردار است (رینالدی و همکاران، 2005: 810). برداشت مصالح بدون در نظر گرفتن موقعیت آن ممکن است به بریدگی بستر در بالادست و پایین‏دست رودخانه (مارستون و همکاران، 2003: 66) جابه‏جایی سریع رودخانه، تخریب کناره‏ها و زمینهای زراعی، تخریب سازه‏های آبی از قبیل پلها... و در نتیجه مشکلات اقتصادی و اجتماعی (امیری تکلدانی و عزیزیان، 1389: 1)، ناپایداری بستر رودخانه از جمله تغییرات کناری و پهنای عرضی رودخانه (سورین و رینالدی، 2003: 310) و همچنین سطح سفره‏های زیرزمینی تأثیر نامطلوب بگذارد (رینالدی و همکاران، 2005: 810). استفاده از منابع شن و ماسه رودخانه باعث می‏شود که رودخانه‏ها به دخالت انسان در نظام طبیعی خود عکس العمل نشان دهد و این برداشت‏ها موجب شوند که در مشخصه‏های هندسی مجراها تغییر ایجاد شود (شایان و همکاران، 1392: 192). برداشت شن و ماسه از بستر یک رودخانه باید در حدی باشد که حجم سالانه برداشت شده بخشی از بار بستر سالانه محسوب شود.

معماری و حبیب نژادروشن (1381) تأثیرات برداشت غیر علمی شن و ماسه را بر مورفولوژی رودخانه بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که برداشت غیر علمی شن و ماسه در رودخانه فاروبرومان نیشابور باعث فرسایش و گود افتادگی بستر، ناپایداری و ریزش کناره‏ها و تغییر راستای رودخانه می‏شود. نورمهناد و همکاران (1386) در مطالعه رودخانه خشکه‏رود نشان دادند که نتیجه برداشت شن و ماسه از بستر و کناره‏های آن، به هم خوردگی و فرسایش در پروفیل طولی رودخانه، ژرف‏تر شدن بستر رودخانه و انتقال پدیده ژرف‏شدگی به بالادست آن بوده است. مطابق مطالعات قهرمانی و همکاران (1390) آثار زیست‏محیطی ناشی از برداشت غیر علمی شن و ماسه در محورهای اصلی شهر مشهد، تخریب اراضی کشاورزی، کاهش محصولات زراعی، تخریب سازه‏هایی از قبیل پلهای بزرگ، راه و راه آهن، خطوط انتقال آب و گاز و فیبر نوری و همچنین از بین رفتن زیستگاه‏ها و مرگ آب‏زیان بوده است. شایان و همکاران (1392) عامل اصلی تغییرات مورفولوژیکی بستر و کناره رودخانه کشکان را که باعث از بین رفتن برخی از خمیدگی‏ها و اضافه شدن برخی دیگر بوده، برداشت شن و ماسه از محل خمیدگی‏های رودخانه می‏دانند. مطابق مطالعات اسماعیلی و همکاران (1392) مهم­ترین آثار برداشت شن و ماسه از بستر لاویچ رود به وجود آمدن تغییرات در شیب و عرض و عمق و قدرت و الگوی رود، و میزان ذرات و پایین افتادن بستر رود بوده است. کندولف (1994) تأثیرات زیست محیطی و ژئومورفیک برداشت شن و ماسه از رودخانه را مطالعه کرد. نتیجه تحقیق او نشان داد که معدن‏ کاری باعث بریدگی بستر مجرا می‏شود و این بریدگی به پایین‏دست و بالادست رودخانه گسترش می‏یابد و این‌ امر باعث تضعیف ساختهای انسانی از جمله پلها می‏شود. نتایج مطالعات رینالدی و همکاران (2005) نشان داد که برداشت ماسه و شن از بستر رودخانه باعث ایجاد تغییرات مورفولوژیکی در رودخانه از قبیل بریدگی بستر در پایین‏دست و بالادست رودخانه و ناپایداری کناره‏ها می‏گردد. مارتین و همکاران (2010) بریدگی بستر رودخانه متاثر از برداشت شن و ماسه را در رودخانه گالگو بررسی کردند. این محققان برای بررسی نحوه ایجاد بریدگی بستر از مدلهای هیدرولوژیکی مختلفی استفاده کردند. نتیجه مدلها نشان داد که برداشت بیش از حد، باعث از بین رفتن توازن بین آورد رسوبی رودخانه و میزان برداشت شده، نتیجتا موجب بریدگی بستر می‏شود. با این همه، این‌ تحقیق در پی بررسی آثار مخرب برداشت بیش از حد منابع شن و ماسه از بستر رودخانه قرنقو است.

منطقه مورد مطالعه

حوضه زه‏کشی قرنقو به وسعت 5/3592 کیلومترمربع، یکی از زیر حوضه‏های قزل‏اوزن است که در موقعیت جغرافیایی از ´25 °46 تا ´55 °47 طول شرقی و از ´55°36 تا ´05°37 عرض شمالی و در دامنه‏های شرقی کوهستانی سهند واقع شده است (شکل1). رودخانه اصلی این حوضه قرنقو، با جهت جریان شرقی- غربی است (خطیبی و همکاران، 1388: 2). برخی از مشخصات هیدروژئومورفیک رودخانه قرنقو را در جدول شماره 1 آورده‏ایم. محدوده مورد مطالعه این تحقیق حد فاصل سد سهند شهرستان هشترود تا روستای خراسانک را شامل می‏شود (شکل 3). در این محدوده الگوی رودخانه به­صورت شریانی سینوسی است که بستر رودخانه به علت گسترش سازندهای فرسایش­پذیر (شکل2) و دخالت سایر عوامل از جمله عوامل انسانی به­شدت ناپایدار است. بعد از محدوده مذکور رودخانه وارد منطقه کوهستانی شده و الگوی رودخانه مئاندری دره‏ای می‏شود. علت انتخاب این محدوده جهت مطالعه، برداشت بیش از حد منابع ماسه و شن در نتیجه وجود شش معدن برداشت از بستر رودخانه است (شکل3) و این‌ امر باعث ایجاد مشکلات بسیار زیاد در محدوده مورد مطالعه شده است.

شکل (1) محدوده حوضه رودخانه قرنقو در سطح کشور و استان آذربایجان شرقی و محدوده مورد مطالعه این تحقیق

جدول (1) برخی از مشخصات هیدروژئومورفولوژیک رودخانه قرنقو

وضع کنونی حوضه قرنقوچای در پلیوسن و اوایل پلیستوسن شکل گرفته است و در آن آثاری از تشکیلات پرکامبرین تا پلیو-پلیوستوسن مشاهده می‏شود. کنگلومرا، ماسه سنگ، پومیس، تفرا و خاکستر ولکانیکی، پادگانه‏های آبرفتی قدیمی و جوان، نهشته‏های مخروط افکنه‏ای و تخریبی جوان از مهم‏ترین رخساره‏های حوضه به شمار می‏روند که در تمام زیرحوضه‏ها پراکنده‏اند (حیدری و مقیمی، 1386: 124). سازندهای زمین‏شناسی میوسن 72%، پلیوسن 2%، رسوبات کواترنری 13% و بقیه سنگهای نفوذی آذرین هستند. لیتولوژی عمده در محدوده مورد مطالعه شامل نهشته‏های سیلابی، کنگلومراهای فرسایش‏پذیر، مارنهای ماسه سنگی و بقیه تراسهای آبرفتی جوان رودخانه‏ای را شامل می‏شوند که به شدت فرسایش­پذیراند (شکل 2).

محدوده مورد مطالعه این تحقیق بازه‏ای به طول 20 کیلومتر است. در شکل3 نشان داده‏ایم که این محدوده حد فاصل بین پایین‏دست سد سهند تا روستای خراسانک را شامل می‏شود. در محدوده مورد مطالعه این تحقیق فقط دو شاخه به نامهای سراسکندچای و کلقان‏چای به رودخانه قرنقو می‏پیوندند که بر روی رودخانه کلقان نیز سد احداث شده است. بنابراین آورد رودخانه کلقان به شدت کم شده است. رودخانه سراسکندچای نیز در انتهای محدوده مورد مطالعه این تحقیق است و از آن‏جایی که رودخانه کوچک است، آورد رسوبی آن بسیار کم است.

مواد و روش

داده‏های مورد استفاده این تحقیق شامل نقشه‏های توپوگرافی1:50000، زمین‏شناسی1:100000، داده‏های مدل رقومی ارتفاع (DEM)، تصاویر ماهواره‏ای لندست سنجنده ETM سال 2008، و سنجنده OLI 2013، داده‏های هیدرولوژیکی جریان و  نرم­افزار Google Earth می‏باشد. جهت تحلیل و بررسی آثار برداشت شن و ماسه بر بستر، دینامیک و ویژگیهای الگوی رودخانه در محدوده مورد مطالعه از روشها و مدلهای مختلفی استفاده کرده‏ایم. هدفِ استفاده از روشهای مختلف علاوه بر صحت سنجی نتایج، هم‏پوشانی نتایج مختلف و رسیدن به یک دیدگاه واحد است. بنابراین اولین مرحله این تحقیق مطالعه میدانی بود. در طول مطالعه میدانی (در دو نوبت) سعی کردیم که آثار تخریبی برداشت شن و ماسه بر بستر رودخانه را بررسی کنیم. سپس آورد رسوبی رودخانه و میزان برداشت مجاز را محاسبه کردیم. در مرحله بعد با محاسبه میزان سینوزیته رودخانه و محاسبه میزان جابه‏جایی رودخانه آثار برداشت شن و ماسه بر ویژگیهای الگوی رودخانه را بررسی کردیم و در انتها با مصاحبه میدانی از کشاورزان منطقه، آثار برداشت شن و ماسه را بر کانالهای آب‏گیری از رودخانه و بر روی زمینهای اطراف بررسی کردیم. بقیه مراحل تحقیق به­شرح زیراند:

برآورد میزان جریان سیلابی مواد رسوبی

در این مطالعه به دلیل این که ایستگاه‏های موجود در محدوده مورد مطالعه ایستگاه درجه سه[7] هستند و تنها ایستگاه درجه 1 فقط ایستگاه تونل هفتم است، از داده‏های ایستگاه تونل هفتم استفاده کرده‏ایم. به­منظور تعیین میزان مواد رسوبی جهت تعیین رسوب تولیدی[8] بهترین و مناسب‏ترین روش، استفاده از منحنی دبی کلاسه جریان رودخانه است که با استفاده از این روش عملاً می‏توان از سابقه طولانی آمارهای جریان رودخانه در محاسبات دبی مواد رسوبی بهره‏گیری نمود زیرا نوسانات رسوب‏دهی رودخانه‌ها از سالی به سال دیگر واقعیتی انکارناپذیر است. فیض‌نیا و همکاران (1381: 13) با بررسی آمار رسوب و جریان 13 رودخانه، آمار حداقل 9 و حداکثر 25 ساله را برای رسیدن به رسوب‏دهی متوسط قابل قبول سالانه ضروری دانسته‌اند. در این مطالعه از داده‏های 20 ساله استفاده شده است. به طور کلی جهت تعیین میزان مواد رسوبی در ایستگاه‏های آب‏سنجی از منحنی‏های Flow Duration Curve  و Sediment Rating Curve در ایستگاه تونل هفتم رودخانه قرنقو استفاده کرده‏ایم. برای محاسبه میزان مواد رسوبی سالانه بر اساس جدول 3 ابتدا مساحت زیر منحنی دبی کلاسه را (به منظور تعیین کل گذر سالیانه جریان) و سپس مساحت زیر منحنی دبی رسوبی کلاسه را به­طور غیر مستقیم تعیین کرده‏ایم. در این جدول ستونهای 1 و 2 و 3 به ترتیب حدود تقسیمات،  فاصله تقسیمات و بالاخره طول وسط تقسیمات در روی محور طولی منحنی دبی کلاسه هستند و ستون چهارم مقادیر گذر جریان برای هر طول نقطه وسط از تقسیمات است که از روی منحنی دبی کلاسه قرائت شده است. ستون پنچم مقدار دبی روزانه است که از ضرب ستونهای دوم و چهارم به هم، به­دست می‏آید. ستون ششم دبی رسوبی مواد معلق نظیر دبی آب است و بالاخره ستون هفتم رسوب روزانه بر حسب تن و حاصل ضرب ستون دوم در ستون ششم است. لازم به توضیح است که به­دلیل عدم نمونه­برداریهای رسوب در مواقع سیلابی و اطلاعات نسبتاً کم از میزان غلظت رسوب رودخانه، جهت برآورد رسوب از منحنی‏های حداکثر استفاده شده است که با اعمال ضریب 2/1 به این اعداد میزان مواد بار کف بستر نیز اعمال می­گردد (مهندسین مشاور فراز آب، 1389: 186). فـرسایش ویژه بر حسب تن در کـیلومتر مربع براساس سطح حوضه

 آبریز و میزان رسوبهای برآوردی برای رودخانه قرنقو محاسبه شده است.

برآورد میزان برداشت از بستر رودخانه

روشهای مختلفی برای تخمین میزان برداشت مجاز از رودخانه وجود دارد. اکثر این روشها عمدتاً بر روی آورد رسوبی رودخانه متمرکز شده‏اند. در این مطالعه میزان آورد سالانه بار کف از بالادست رودخانه (میزان دوباره پرکردن) و محدود کردن برداشت سالانه به آن مقدار یا نسبتی از آن را تخمین زده‏ایم. این روش این مزیت را دارد که حفاری را با آورد رسوبی رودخانه در یک روند کلی متناسب می‏کند اما انتقال بار کف ممکن است از سالی به سال دیگر متغیر باشد. بنابر این به کارگیری این روش در صورتی که میزان مجاز براساس نهشته­های جدید آن سال به جای آورد متوسط دراز مدت بار کف محاسبه گردد، مناسب‏تر به نظر می‏رسد که در صورت وجود داده‏های مورد نیاز، بسیار مطلوب و کاربردی خواهد بود. در این مطالعه به­دلیل فقدان داده‏های لازم و با توجه به این که در حوضه رودخانه قرنقو تنها ایستگاه تونل هفتم دارای داده‏های رسوب‏سنجی است، از این‌ ایستگاه استفاده کرده‏ایم. بقیه ایستگاه‏های موجود در رودخانه صرفاً دبی­سنج هستند. برخی از مشخصات ایستگاه تونل هفتم را در جدول 2 آورده‏ایم.

جدول (2) مشخصات آماری ایستگاه تونل هفتم  رودخانه قرنقو در مطالعات رسوب

بررسی اثرات برداشت شن و ماسه بر الگو و تغییرات رودخانه

جهت بررسی آثار برداشت شن و ماسه بر الگو و تغییرات رودخانه­ای از تصاویر لندست سنجنده ETM(2008) و سنجنده OLI(2013) استفاده کرده‏ایم. سپس مسیر رودخانه را در سالهای مذکور از تصاویر ماهواره‏ای استخراج کرده، با روی­هم­اندازی تصاویر تغییرات به­وجود آمده را شناسایی کرده‏ایم.

محاسبه میزان سینوزیته مسیر جریان

بررسی میزان سینوزیته مسیر رودخانه می‏تواند مقایسه میزان انحنای مسیر قطعات مختلف رودخانه و در نتیجه اظهار نظر در مورد پیچش مسیر آن را آسان‏تر کند (خطیبی، 1391: 93). جهت بررسی سینوزیته مسیر رودخانه، کل محدوده مورد مطالعه را به نوزده مسیر طبقه‏بندی کردیم. سپس میزان سینوزیته مسیر رودخانه را با استفاده از رابطه 1 محاسبه کردیم.

رابطه (1)                                                  

در این رابطه S میزان سینوزیته، T طول سینوزیته و L مسافت طولی خط مستقیم است (خطیبی، 1391: 91).

یافته­های تحقیق

تحلیل روند دبی و رسوب رودخانه

تنها ایستگاه مورد مطالعه محدوده تحقیق، ایستگاه چپینی است که یک ایستگاه هیدرومتری درجه سه است و چون ایستگاه‏های درجه سه نیز فقط دبی­سنج است و رسوب رودخانه اندازه­گیری نمی‏شود. بنابراین دبی میانگین سالانه و دبی سیلابی رودخانه بررسی می‏شود. براساس شکل4 روند دبی میانگین سالانه رودخانه از سال 1387 کاهش نشان می‏دهد و در سالهای اخیر نیز این روند کاهشی حالت تشدیدی دارد. با توجه به این که دبی سیلابی از مهم­ترین عوامل در فرسایش و رسوب رودخانه است و کاهش یا افزایش آن باعث کاهش یا افزایش دبی رسوبی رودخانه می‏شود (مارکوس و دمیسی[9]، 2006: 355)، بررسی دبی سیلابی (شکل 5) رودخانه نیز نشان­دهنده روند کاهشی بسیار مشخص است. روند کاهشی دبی سیلابی از سال 1379 آغاز شده و از سال 1385 کاهش دبی سیلابی بسیار بارز است. علت اصلی کاهش بسیار بارز دبی رودخانه در دوره بررسی احداث سد سهند است که از زمان آبگیری سد دبی رودخانه در پایین دست نیز کاهش یافته است ولی مهم‏تر از دبی سالانه، دبی سیلابی رودخانه است که کاهش بسیار محسوسی داشته است. کاهش دبی سیلابی رودخانه، باعث کاهش بسیار مشخص دبی رسوبی رودخانه نیز می‏شود. محققانی مانند والینگ[10] (2006) گاربرچت و همکاران[11](200 9) هیمن و همکاران[12] (2011) در حوضه‏های آبریز مختلف بزرگ‏ترین اثر سدهای احداث شده در حوضه­ها را کاهش بسیار معنی‏دار رسوب دانسته‏اند.

برآورد مقدار شن و ماسه قابل برداشت از رودخانه

دبی و بار رسوبی با تغییر و ناپایداری آبراهه و مشخصات هندسی آن، از متغیرهای موثر در تعیین اندازه و ویژگیهای شکل آبراهه‏ها هستند. اگر بار رسوبی یا مقدار تخلیه‏ای که آبراهه انجام می‏دهد، کم شود، رسوب‏گذاری یا فرسایش در آبراهه پیش می‏آید و به این ترتیب، آبراهه ناپایدار می‏شود (یمانی و همکاران، 1389: 215). مقدار مصالح برداشت شده، متناسب با نوع رودخانه و ساختار مورفولوژیکی و محل برداشت و میزان آورد بار رسوبی رودخانه و تجهیزات مکانیکی متفاوت است. طبق نظر پرینس میزان برداشت تا حدود 25 تا 30 درصد بار کف سالانه مانع از افت و تغییرات نامطلوب‏تر از آب در بالادست و پایین‏دست می‏شود. حجم برداشت سالانه شن و ماسه از کف رودخانه باید معادل کسری از بار کف سالانه رودخانه باشد. این کسر باید برابر 4/1 تا 3/1 و یا کمتر از بار کف باشد. برداشت مقادیر بیشتر از این مقدار منجر به ایجاد فرسایش، افت بستر رودخانه و سطح آب در بالادست و پایین‏دست به میزان نامطلوبی خواهد شد (یوسف­وند و همکاران، 1385: 5). با توجه به نتایج جدول 3 رسوب سالانه رودخانه قرنقو معادل 28/3811809 تن است که طبق نظر پرینس میزان برداشت شن و ماسه سالانه باید معادل 1143542 تن باشد. باید توجه داشت که میزان رسوب برآوردی در جدول 3 مربوط به ایستگاه تونل هفتم است که در بخش انتهایی رودخانه قرنقو قرار گرفته است در حالی که محل برداشت شن و ماسه و محدوده مورد مطالعه این تحقیق در بخش میانی حوضه قرار دارد و همچنین داده‏های مربوط به محاسبه بار رسوبی به شرط نبودِ سد است در صورتی که احداث سد سهند باعث کاهش چشمگیر در میزان بار رسوبی رودخانه می‏شود. همچنین در برخی از زیرحوضه‏های رودخانه قرنقو از جمله زیرحوضه کلقان نیز سد احداث شده است و رودخانه این زیرحوضه دقیقاً در محل برداشت شن و ماسه به رودخانه قرنقو می‏پیوندد و چون محل برداشت شن و ماسه دقیقاً در پایین‏دست سد سهند صورت می‏گیرد، آثار مخرب برداشت شن و ماسه از بستر رودخانه بسیار تشدید می‏شود. بنابراین با توجه به موارد ذکر شده میزان واقعی برداشت بسیار کمتر از مقدار محاسبه شده خواهد بود. زمانی که میزان برداشت بیش از نسبت گفته شده باشد، افت رقوم سطح آب ایجاد نمی‏شود ولی چون برداشت در محدوده مورد مطالعه بسیار بیشتر از مقدار استاندارد است، تمامی آثار مخرب ذکر شده در حال رخ دادن است.

جدول (3) برآورد دراز مدت رسوب رودخانه قرنقو در محل ایستگاه تونل هفتم

(مهندسان مشاور فراز آب، 1389: 186).

تحلیل برداشت بیش از حد مجاز بر مورفولوژی رودخانه

در محدوده مورد مطالعه برداشت شن و ماسه در پایین‏دست سد سهند صورت می‏گیرد و در نتیجه تأثیرات هر دو عامل، یعنی ایجاد سد و برداشت شن و ماسه، در کاهش تغذیه رسوبی با یکدیگر ترکیب می‏شوند. فروافتادگی کف رودخانه باعث شده که آبخوان‏های آبرفتی سطحی، به سطح پایین‏تری زهکشی (تخلیه) شود و در نتیجه ذخیره آبخوان کاهش یابد. پایین افتادن سطح آب در محل برداشت شن و ماسه، باعث افزایش متوسط سرعت جریان آب در بالادست رودخانه می‏شود و به­همین دلیل، ظرفیت حمل رسوب توسط جریان بیشتر می‏شود و به دنبال آن فرسایش افزایش می‏یابد و به عمیق­تر شدن، گسستگی و ناپایداری بستر و کناره‏های رودخانه منجر می‏شود. همچنین پایین افتادن سطح آب، باعث عدم امکان استفاده از نهرهای زراعی‏ای می‏شود که از رودخانه در محدوده مورد مطالعه منشعب می‏شوند زیرا به­علت پایین افتادگی سطح آب رودخانه این نهرها عملاً توانایی آب‏گیری از رودخانه را ندارند کما این‌ که کشاورزان منطقه، به عدم امکان آبگیری نهرهای موجود از رودخانه از سال 1390 به بعد تصرح دارند. همچنین مهم‏تر از همه این که در صورت ادامه روند فعلی خطر عدم امکان استفاده از ایستگاه‏های پمپاژ به­وسیله موتورهای آب نیز در محدوده مورد مطالعه وجود خواهد داشت. برداشت شن و ماسه در کارگاه‏های مختلف علاوه بر افزایش میزان فرسایش باعث انحراف جریان می‏شود به طوری که میزان و شدت فرسایش کناری در نواحی مختلف رودخانه شدیداً افزایش پیدا کرده است و محصول نهایی این فرایند در رودخانه ناپایداری سواحل و کناره‏ها و همچنین افزایش پهنای رودخانه است (شکل A 6). با توجه به نقشه زمین­شناسی (شکل 2) تشکیلات محدوده مورد مطالعه عمدتاً از رسوبات کواترنری است که به فرسایش شدیداً حساس­اند. بنابراین انحراف جریان به دیوارها باعث زیربری سواحل و از بین رفتن تکیه گاه شیب می‏شود و حاصل این امر فروریختگی یکباره سواحل به داخل رودخانه است (شکل E 6). به علت توزیع تشکیلات کواترنری حساس، میزان عرض رودخانه در فاصله زمانی 3 ساله شدیدا افزایش پیدا کرده است و در پاره‏ای از مناطق رودخانه حتی به 70-100 متر هم رسیده است (شکل D 6). از طرف دیگر برداشت شن و ماسه از بستر رودخانه توسط 6 معدن (شکل3) کنار رودخانه باعث گود افتادگی بستر رودخانه می‏شود که باعث فرسایش قهقرایی و فرسایش روبه جلو کاملاً مشخص در محدوده مورد مطالعه است. گودافتادگی جریان از سال 1387 شروع شده و میزان گودافتادگی در برخی از نواحی به 2تا 5/2 متر هم رسیده است. در طی مطالعات میدانی مشخص شد که در هیچ بخشی از مسیر مورد مطالعه میزان گودافتادگی کمتر از 75 سانتیمتر نیست (شکل A 6 و F). گودافتادگی جریان و متعاقب آن شروع فرسایش قهقرایی باعث تخریب تشکیلات و بناهایی می‏شود که بر روی رودخانه احداث شده­اند و مهم­ترین بخش آن شروع آستانه شستگی پایه‏های پلهای احداثی بر روی رودخانه است به طوری که بیرون‏زدگی پایه‏های پلهای موجود در مسیر کاملاً مشخص است. با توجه به این که مسیر قطار تهران-تبریز و جاده هشترود- مراغه از کنار رودخانه عبور می‏کنند، ادامه این روند ممکن است که مشکلات بسیار جدی برای سازه‏های موجود ایجاد کند (شکل C 6). برداشت شن و ماسه باعث بی‏نظمی بسیار شدید در نیم‏رخ طولی و عرض رودخانه شده است به صورتی که نیم‏رخ طولی دارای بالاآمدگی و فرورفتگیهای بسیار فراوان است و این‌ امر به علت چاله‏هایی است که در بستر رودخانه ایجاد شده‏اند (برداشت از یک نقطه باعث ایجاد چاله‏ها و حوضچه‏ها می‏شود) (شکل B 6). به همین دلیل شیب رودخانه در نواحی مختلف تحت تأثیر میزان گودافتادگی جریان است ولی در حالت کلی شیب جریان نسبت به قبل افزایش مشخصی داشته است. با توجه به این که برداشت شن و ماسه از بستر رودخانه طی هیچ­گونه برنامه منظمی نیست و از طرف دیگر به علت این که آورد رسوبی رودخانه تقریباً در محدوده مورد مطالعه نزدیک به صفر شده است، این عوامل موجب شده اند که دانه بندی رسوبهای رودخانه نیز دچار تغییرات بشود که مهم‏ترین آن کاهش بسیار مشخص قطر ذرات رسوبی رودخانه است (شکل  B6 و F).

شکل (6) A: فرسایش کناری بسیار شدید در ساحل چپ رودخانه در محدوده روستای لامشان و مشرف به زمینهای کشاورزی و عقب نشینی بسیار ملموس ساحل رودخانه در محدوده رسوبهای آبرفتی کواترنری دشت سیلابی رودخانه. در سال 1385 از این محدوده برای زمین کشاورزی اطراف آبگیری می‏شده است و در حال حاضر اختلاف ارتفاع بین بستر رودخانه با زمینهای کشاورزی بیش از 2 متر است و به همین دلیل آبگیری ممکن نیست. همچنین به علت افت سطح آب و به تبع آن افت سطح آبهای زیرزمینی سواحل اطراف رودخانه کاملاً خشک شده است.

(6) B: چاله حاصل از برداشت شن و ماسه از بستر رودخانه، نرسیده به روستای خراسانک و انحراف جریان آب به­سمت ساحل چپ و فرسایش کناری ساحل چپ

6-C: عمیق شدن رودخانه بر اثر فرسایش قهقرایی و شروع آستانه آبشتگی در پایه‏های پل هشترود- مراغه. در طول محدوده مورد مطالعه در پایه همه پلها آبشتگی پایه­ها مشاهده می‏شود.

6- D: عریض شدگی بسیار شدید رودخانه بر اثر فرسایش کناری در هر دو جناح رودخانه در محدوده روستای چپینی

6-E: زیربری شدید در محدوده پادگانه‏های آبرفتی و ریزش دیوارها به درون رودخانه در محدوده روستای گوجه قملاق

6- F: میزان افت بستر در طول یک سال بر اثرات برداشت شن و ماسه 120 سانتیمتر است. همچنین کاهش قطر اندازه ذرات رسوبی بر اثرات برداشت شن و ماسه کاملا محسوس است (محدوده بین روستای چپینی و روستای خراسانک).

بر اثر برداشت بیش از حد مجاز رودخانه بستر دچار افتادگی شده است و بر اساس مصاحبه با کشاورزان منطقه میزان افتادگی در فاصله سالهای 92 تا 93 بین یک تا دو متر است و مطالعات صحرایی موید افتادگی بستر است. افتادگی بستر باعث شده که آب‏گیری رودخانه در فصل زراعی را با مشکل مواجه نموده است به طوری که کشاورزان مجبور به استفاده از موتور برای کشیدن آب به مزارع شده‏اند.

تغییرات الگوی رودخانه و جابه‏جایی آن

تغییر میزان سینوزیته جریان

آستانه تمایز مسیر مستقیم و مئاندری سینوزیته 5/1 است که با استناد به آن می­توان مسیر جریان رودخانه را از نظر الگوی جریان مجزا کرد. میزان سینوزیته در مسیر مستقیم = 05/1 در مسیر سینوسی از 05/1 تا 5/1 و در مسیر مئاندری بیش از 5/1 است. این ضریب یکی از مولفه‏های اصلی در تعیین میزان و شدت تغییرات پلاتفرم رودخانه‏هاست. بررسی تغییرات آن در دوره زمانی متفاوت می‏تواند راهنمای میزان پایداری یا عدم پایداری مجرا در آن مناطق باشد. در واقع این پارامتر می‏تواند الگوی کانال را نیز مشخص کند (مرشدی و همکاران، 1389: 7). با توجه به جدول 4 از 19 مسیر مورد بررسی در طول سالهای 1387 و 1392 هیچ مسیر مئاندری وجود ندارد. در سال 1387 از 19 مسیر مورد بررسی، 12 مسیر الگوی مستقیم دارد و بقیه مسیرها الگوی سینوسی دارد در حالی که در سال 1392 اصلا الگوی مستقیم در محدوده مورد مطالعه وجود ندارد و همه مسیرهای مورد بررسی الگوی سینوسی به خودشان گرفته‏اند. مهم‏ترین تغییر در الگوی رودخانه تغییر در افزایش سینوزیته رودخانه است به­طوری که شدت تغییرات به حدی زیاد بوده است که در فاصله زمانی کمتر از 5 ساله میزان سینوزیته در کل مسیر تغییر به صورت افزایشی پیدا کرده است. شدیدترین تغییر در سینوزیته مسیرهای مورد بررسی عمدتا منطبق با معادن برداشت شن و ماسه و یا نواحی‏ای که جریان به کناره‏ها منحرف شده، به وجود آمده است. محاسبه میانگین کل مسیر نیز نشان­دهنده افزایش میزان سینوزیته رودخانه درسال 1392 نسبت به سال 1387 است. با توجه به جدول 4 میزان سینوسی 19 مسیر مورد بررسی در دو دوره زمانی بررسی شده،  شبیه به یکدیگر است و این از وجود یک عامل عمده و مشخص در کنترل فرایندهای هیدرولوژیکی و مورفولوژیکی مسیر رودخانه در محدوده مورد مطالعه حکایت می‏کند. بنابراین با توجه به نتایج سینوزیته مسیر رودخانه در دو محدوده زمانی، مسیر رودخانه در سال 1392 شدیدا ناپایدار شده است. الگوی مسیر رودخانه در سالهای گذشته تحت تأثیر ویژگیهای هیدرومورفولوژیکی و وضعیت زمین شناسی منطقه مورد مطالعه بوده است در حالی که در حال حاضر الگوی رودخانه تحت تأثیر اقدامات انسانی و عمدتاً برداشت منابع شن و ماسه از بستر رودخانه است.

جدول (4) تغییرات میزان سینوزیته رودخانه در سالهای 1387 و 1392

تغییرات مسیر جریان

در شکل 7 نقشه تغییرات مسیر جریان در سالهای 1387 تا 1392 آورده شده است. انطباق این نقشه با نقشه معادن شن و ماسه و همچنین نقشه زمین‏شناسی نشان می‏دهد که بیشترین تغییرات در مناطقی است که اولاً منطبق با معادن شن و ماسه بوده‏اند و ثانیاً این تغییرات در مناطق دشت سیلابی رودخانه جاهایی که تشکیلات حساس به فرسایش گسترش بیشتری داشته‏اند، به­وجود آمده است. در نواحی‏ای که به لحاظ توپوگرافی محل رودخانه به سازندهای مقاومتر برخورد می‏کند، میزان تغییرات بسیار کم می‏شود. شکل غالب تغییرات رودخانه‏ای در محدوده مورد مطالعه عمدتاً به صورت گسترش عرض رودخانه و عمق رودخانه است. گسترش عرضی رودخانه در دشتهای سیلابی به علت انحراف جریان ناشی از سد شدگی جریان به طرفین سواحل است که باعث ایجاد فرسایش کناری رودخانه می‏شود. میزان تغییرات رودخانه در نواحی مختلف از یک الگوی منظم پیروی نکرده و تحت تأثیر عوامل ذکر شده تغییرات متفاوتی ایجاد شده است. عریض شدگی رودخانه باعث تخریب سازه‏ها و عمدتا موجب تخریب باغها و مزارع اطراف رودخانه به­صورت کاملاً مشخص در نواحی مختلف شده است. بیشترین میزان این تغییرات در محدوده روستاهای قزلجه، گلی­بلاغ، سیف­الدین و لامشان رخ داده است. انتهای مسیر مورد بررسی به­دلیل این که رودخانه وارد محدوده کوهستانی می‏شود و با سازندهای بسیار مقاوم (عمدتاً آذرین) برخورد می‏کند، میزان تغییرات رودخانه بسیار کم است.

شکل (7) تغییرات مسیر جریان در سالهای 1387 و 1392

نتیجه­گیری

این تحقیق در پی بررسی آثار مخرب برداشت بیش از حد منابع شن و ماسه از بستر رودخانه قرنقو بوده، برای رسیدن به این هدف، داده‏های دبی و رسوب رودخانه را بررسی کرده است. در این‌ بررسی میزان رسوب کل رودخانه برآورد شد و نتایج نشان داد که میزان برداشت منابع شن و ماسه از میزان ذخیره آن در فاصله زمانی 1387 تا 1392 بیشتر بوده است و این‌ امر باعث شده است که فرصتی برای تجدید پذیری ذخیره شن و ماسه باقی نماند و بر اثر از دست دادن فزاینده شن و ماسه نتایج بسیار سوئی در همه ابعاد به وجود بیاید. همچنین نتایج این تحقیق نشان داد که برداشت از بستر رودخانه بسیار بیشتر از برداشت مجاز رودخانه بوده و لازم است که میزان این برداشت کاهش پیدا بکند. نتایج بررسی تغییرات سینوزیتی و الگوی رودخانه نشان داد که برداشت بیش از حد باعث شده که الگوی رودخانه در فاصله زمانی 5 ساله تغییرات بسیار شدیدی پیدا کند که این تغییرات عمدتا به صورت گود افتادگی بستر و افزایش عرض بسیار زیاد رودخانه است (برداشت مصالح رودخانه‏ای موجب ایجاد حفره‏هایی در بستر می‏شود و با بهم خوردن تعادل رسوبهای رودخانه سبب می‏شود که ظرفیت حمل رودخانه را در پایین‏دست گودال زیاد کرده، موجبات کف‏کنی بستر را فراهم آورد و این تغییرات باعث تغییر متغیرهای شیب و عمق جریان شود). علاوه بر اینها نتایج نشان می‏دهد که عامل اصلی تغییرات مورفولوژیکی رودخانه در محدوده مورد مطالعه برداشت بیش از حد شن و ماسه از بستر رودخانه است. برداشت بیش از حد شن و ماسه از بستر رودخانه باعث تغییر در ماهیت دینامیکی و مورفولوژی رودخانه شده است و نتایج حاصل از این مطالعات را بررسیهای میدانی تصدیق می‏کنند. نتایج این پژوهش با نتایج مطالعات تعدادی از محققان از جمله شایان و همکاران (1392)، اسماعیلی و همکاران (1392)، کندولف (1994) پادمالال و همکاران (2007) منطبق است.

جابه‏جایی رودخانه و تغییرات الگوی رودخانه باعث شده است که الگوی عمدتا تک‏مجرایی (در دهه 80) به الگوی چند مجرایی (در حال حاضر) تبدیل شود که تغییر الگو از تک مجرایی به چند مجرایی هم باعث ایجاد سطوح فرسایش و افزایش فرسایش کناری در رودخانه و هم باعث افزایش عرض رودخانه شده است. وجود معادن مختلف در سواحل چپ و راست رودخانه و برداشت از هر دو ساحل رودخانه قضاوت در مورد متمایل شدن رودخانه به یک ساحل خاص را از بین برده است به طوری که با توجه به مکانهای معادن و نقاط برداشت و با توجه به توپوگرافی محل رودخانه در نواحی مختلف به طرفین مختلف انحراف داشته است. همچنین نتایج تحلیل سینوزیتی رودخانه و مشاهدات میدانی و نتایج بررسی جابه‏جایی رودخانه نشان داد که رودخانه شدیدا ناپایدار بوده و باعث ایجاد تغییرات مورفولوژیکی بسیار زیاد در مسیر خود شده است.

نتایج تحقیق پیش­بینی می‏کند که ادامه برداشت با روند فعلی باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی خواهد شد که از آن جمله می‏توان به فرایندهایی مانند تخریب اراضی کشاورزی و به­تبع آن کاهش محصولات زراعی، تخریب سازه‏هایی از قبیل پلها، راه و راه­آهن، خطوط انتقال نیرو و همچنین از بین رفتن زیستگاه‏ها و مرگ آبزیان اشاره کرد. هر چند که فرایندهای ذکر شده در حال حاضر هم رخ می‏دهند؛ نیازمند توجه جدی مسئولان ذی‏ربط هستند.