مقدمه
بهدلیل عوامل مختلفی مثل عوامل آتمسفری، مورفولوژیک و انسانی، یک سلسله تغییرات مداوم در لندفرمهای سطح زمین رخ میدهد. فرایندهای سایندگی در سطح زمین، مانند فرسایش و هوازدگی، علت این نوع تغییرات در اشکال سطحی هستند (سایناد
[1] و همکاران، 2012: 1). در محیطهای گوناگونی مثل محیط یخچالی، رودخانهای، ساحلی، بیابانی و غیره بهدلیل وجود پدیدههای مختلف دینامیکی همواره شاهد اینگونه تغییرات هستیم. این تغییر و تحول لندفرمها گاهی بهدلیل شدت و سرعت زیاد و گاهی بهسبب تحت تأثیر قرار دادن محیط زیست انسان بسیار حایز اهمیت هستند. جمعیت انسانی معمولاً با توجه بهوجود شرایط مطلوب زیست در محل برخورد دو محیط متفاوت مثل هیدروسفر و لیتوسفر بیشترین تمرکز را دارند. وجود شهرهای پرجمعیت در نواحی ساحلی و حواشی رودخانههای پر آب نشانگر همین مطلب مهم است اما همین مناطق بهخاطر برخورد نیروهای دو محیط همواره در حال تغییر و تحول هستند. رودخانهها، بهویژه حواشی بستر آنها از این قاعده مستثنی نبوده و بهدلیل وجود عوامل مختلف محیطی در حال فرسایش محیط و در نتیجه تغییر بستر و جابـهجایی هستند. بـهطور کلی رودخانـهها تحت تأثیر عواملی از قبیل ویژگیهای زمینشناسی، هیدرولوژیکی، ژئومورفولوژیکی و نحوه بهرهبرداری از آنها در معرض تغییر و تحول هستند(فاطمی عقدا و همکاران، 1380، 163). رودخانه به عنوان سیستمی پویا، مکان و خصوصیات مورفولوژیکی خود را همواره برحسب زمـان، عوامـل ژئومورفیـک، زمـینشناختی، هیدرولوژیکی و گاه در اثر دخالت بشر تغییر میدهد (رضایی مقدم و همکاران، 1391: 1).
تغییـر شکل نیمرخ طولی و عرضی بستر رودخانه، تغییر شیب دره و بستر، تغییر پهنا، ایجاد پادگانههای آبرفتی، تغییر محل و مقدار رسوبگذاری، ایجاد دریاچههای مئاندری، تغییر مکان جانبی و ناگهانی بستر را از جمله تغییر و تحولات یک محیط رودخانهای میتوان دانست. میزان شیب، حجم آب، سرعت آب و طبیعت رودخانه
[2] عواملی هستند که عهدهدار تغییر شکل و اندازه رودخانهها هستند (سایناد و همکاران، 2012: 1). همه ساله بـهدلیـل فرسایش کناری و جابهجایی مرزهای رودخانه، سطح زیادی از اراضی مسکونی و تأسیسات ساحلی در معـرض نابودی و تخریب قرار میگیرند (رنگزن و همکاران، 1387: 1) وجود چنین مسائلی ضرورت مطالعه نحوه تغییر و تحول رودخانه ها و جابهجایی جانبی آنها را توجیه میکند. در سالهای اخیر در بین پژوهشهای صورت گرفته گرایش زیادی به سمت استفاده از انواع تکنیکهای جدید به جهت حل مسائل و مشکلات انسانی وجود داشته است. سیستم اطلاعات جغرافیایی و علم سنجش از دور، از جمله این موارد هستند و میتوانند برای تعیین وضعیت فرسایش کنارهای و تغییرات رودخانه کمک کنند. در این پژوهش سعی شده است تا رودخانه زرینهرود از نظر تغییرات الگوی رودخانه، تعیین فرسایش کنارهای رخ داده در آن، تعیین مناطق پر خطر از نظر فرسایش کنارهای و نیز تأثیر ساختارهای زمینشناسی در این تغییرات مورد ارزیابی و پژوهش قرار گیرد، به همین منظور دو بخش مکانی از رودخانه انتخاب شده و وضعیت بستر رودخانه در سه بخش زمانی (سالهای 1985، 1989 و 2010) مورد پژوهش قرار گرفته است.
پژوهشهای مختلفی در داخل و خارج کشور در مورد تغییرات بستر رودخانه، عوامل ایجادکننده آن و فرسایش کنارهای صورت گرفته است که به پارهای از این موارد اشاره میکنیم.
چیچ
[3] و همکاران (2006) در مطالعه جلگه ساحلی تایوان دریافتند که حرکت پادگانهها بر اثر حرکات نئوتکتونیک، موجـب شکلگیری حرکات موجی رودخانه شده است. سایناس
[4] و همکاران (2012) با استفاده از تصاویر ماهوارهای و نقشههای توپوگرافیک، آشکارسازی تغییرات مسیر رودخانه و تعیین مناطق مستعد فرسایش را برای رودخانه پراوارا
[5] انجام دادند و در نهایت با ارایه نقشهای مناطق مستعد را از نظر فرسایشپذیری مشخص کردند و مناطق خطرپذیر را بهصورت پهنههایی بر روی نقشه معین کردند.
غریبنیا و معصومی درسال 1385 با استفاده از عکسهای هوایی و تصاویر ماهواره لندست واحدهای رسوبی و خصوصیات هندسی رودخانه زهره و تغییرات آن در جلگه ساحلی هندیجان را بررسی کردند. نتایج کار ایشان نشان داد که از سال 1346 تاکنون 2 مورد قطع شدگی در کانال رودخانه رخ داده و تعداد پیچشها از 43 به 46 مورد افزایش پیـدا کرده است. همچنین طی بازه زمانی یاد شده سالانه 3/15 هکتار از اراضی پیرامون رودخانه فرسایش یافته و در قبال آن 10 هکتار رسوبگذاری مشاهده شده است (غریبنیا و معصومی، 1385: 6). حسینی تودشکی و همکاران (1390) بخشهایی از رودخانه قزل اوزن را از نظر کشف و توصیف ناهنجاریهای زمینریختی (ژئومورفیک) و انطباق آنها با ساختارها و نقش ساختارها در ایجاد دگرشکلیهای فعال، مورد بررسی کردند. نتایج بهدست آمده نشان میدهد که چینهای با روندشمالغربی- جنوب شرقی و شمال شرقی- جنوب غربی بیشترین تأثیر را در انحنای مسیر رودخانه قزل اوزن داشتهاند. بیهنجاریهای زمینریختی دیگر بر اثر عملکرد گسلهای با روندهای شمال غربی- جنوب شرقی، شمال شرقی- جنوب غربی، شمالی- جنوبی و شرقی- غربی پدید آمدهاند. رضاییمقدم و همکاران (1391) به بررسی تغییرات شکل هندسی رودخانه قزلاوزن پرداختند. در این تحقیق، بیشترین تأکید آنها بر عوامل ژئومورفولوژیک و زمینشناسی منطقه بود. نتایج کار نشاندهنده این موضوع بود که طول زیاد رودخانه و عبور از تشکیلات مارنی و فرسایشپذیر، باعث شده که هندسه رودخانه در بخش دشتی شدیداً تحت تأثیر لیتولوژی بستر شکل بگیرد و فرسایش کناری و توان رودخانه نقش عمده در پیچانرودی رودخانه داشته باشد. در بخش کوهستانی عناصر زمینساختی حایز اهمیت است و هندسه بستر تحت تأثیر عوامل زمینساختی از قبل طراحی شده است و الگوی مسیر رودخانه از این عوامل تبعیت میکند. از دیگر کارهای انجام شده در این زمینه میتوان به مواردی از قبیل: تـورن
[6] (2002)، برایرلی
[7] (2005)، سارما
[8] (2005)، کریسپارکر
[9] (2008)، اسوات
[10] و همکاران (2008)، گابریل
[11] (2009)، زامولی
[12] و همکاران (2009) نوحهگر و یمانی (1384) پورآصف (1385)، شیروانی و همکاران (1385)، رضاییمقدم و خوشدل (1388)، جعفربیگلو و همکاران (1391)، فتحی و همکاران (1392) اشاره کرد.
محدودهای که در این پژوهش مورد بررسی و پژوهش قرار گرفته است دو بخش از زرینهرود (جغاتو) به طولهای 38 و 50 کیلومتری است که بخش اول در منطقهای نیمهکوهستانی و بخش دوم در منطقهای دشتی قرار گرفتهاست. زرینهرود با طول 230 کیلومتر یکی از طویلترین و پرآبترین رودهای شمالغرب کشور است. این رود از کوههای چهل چشمه در سقز سرچشمه میگیرد و پس از گذر از شهرستانهای بوکان، تکاب، شاهین دژ و میاندوآب در جنوب دریاچه ارومیه ضمن تشکیل یک دلتای وسیع به عرض حدود 10 کیلومتر در مراتع باتلاقی تالاب قرهقشلاق به دریاچه ارومیه میریزد. در طول این مسیر چندین رودخانه فصلی از جمله خورخوره، ساروق، هولاسو، هاچهسو، محمودآباد، آجرلو و لیلانچای نیز به زرینهرود ملحق میشوند. در شکل (1) موقعیت زرینهرود و تصویر کلی از منطقه بهصورت یک تصویر ماهوارهای نشان داده شده است.
شکل (1) نقشه مربوط به زرینه رود (بازههای شماره 1 و 2)
دادهها و روش شناسی
برای استخراج مسیر رودخانه در بخشهای زمانی مشخص نیاز به داشتن تصاویر ماهوارهای همان تاریخ هست. برای استخراج مسیر رودخانه، سه بخش زمانی از تصاویر ماهواره لندست در سالهای 2010، 1989 ،1975 مورد استفاده قرار گرفته است. علاوه بر این امر از نقشههای زمینشناسی 1:100000 شاهیندژ (خلقی خسرقی، 1370)، مراغه (علوی نائینی و شهرابی، 1358)، میاندوآب (خدابنده، 1383) و عجبشیر (سلطانی سیسی، 1384) نیز جهت استخراج نوع سازندها، ساختارهای زمینشناسی و گسلها استفاده شده است، تا از این طریق (در صورت وجود ارتباط بین ناهنجاریهای ناگهانی ایجاد شده در بستر رودخانه با این ساختارها) عوامل مورد ارزیابی قرار گیرند.
روششناسی
در این پژوهش با توجه به هدفی که در نظر گرفته شده بود پس از تهیه نقشههای زمینشناسی و تصاویر منطقه، کار پردازش تصاویر و استخراج اطلاعات از آنها صورت گرفت. برای استخراج مسیر رودخانه در بخشهای زمانی در نظر گرفته شده از شاخص NDWI
[13] و WI
[14]استفاده شده است. همچنین برای بررسی تأثیر احتمالی ساختارهای زمینشناسی بر روی ناهنجاریهای بستر رودخانه، پس از این که نقشههای زمینشناسی منطقه زمین مرجع شدند، گسلها و ساختارهای زمینشناسی مهم محدوده مطالعه شدند و بههمراه سازندهای منطقه استخراج شدند. پس از این که مسیر رودخانه در هر یک از بخشهای زمانی و مکانی استخراج شد، مسیرهای استخراج شده با ساختارهای زمینشناسی منطقه انطباق داده شدند تا روند تغییرات رخ داده در بستر رودخانه بههمراه دلایل احتمالی آن، مورد ارزیابی و بررسی قرار گیرند و تعیین مناطق فرسایش یافته و در معرض تهدید مورد ارزیابی و بررسی قرار گیرند.
پردازش تصاویر و استخراج مسیر رودخانه
برای اینکه بتوانی مسیر رودخانه را از زمینهای پیرامونی جدا کرده و استخراج کنیم، از دو شاخص NDWIو WI استفاده شدهاست (رابطه 1 و 2).
رابطه (1)
در این رابطه شماره باند تصویر ماهواره لندست و WI شاخص آب برای استخراج مسیر رودخانه است. طبق این رابطه تمامی باندهای مرئی تقسیم بر باندهای نامرئی میشوند و پهنههای آبی از غیره تفکیک میشوند (رضایی مقدم و همکاران، 1391: 5).
علاوه بر شاخص فوق برای استخراج مسیر رودخانه برای رسیدن به نتیجه بهتر و افزایش دقت کار از تفاضل نرمالیزه شده شاخص آب نیز برای استخراج پهنههای آبی استفاده شد که بهصورت رابطه 2 تعریف شده است.
رابطه (2)
در این رابطه باند 2 ماهواره لندست با انعکاس طیفی سبز و باند 4 ماهواره لندست با انعکاس طیفی مادونقرمز نزدیک است (مک فترس
[15]، 2013: 2).
برای اجرای فرمولهای فوق از محیط نرمافزار Erdas Imaging استفاده شد و نهایتاً مسیر رودخانه در بخشهای زمانی و مکانی در نظر گرفته شده بهدست آمد. شکل 2 وضعیت رودخانه را در بخش مکانی شماره یک در سالهای 1975، 1989، 2010 و شکل 3 وضعیت رودخانه را در بخش مکانی دوم در سالهای 1975، 1989، 2010 نشان میدهد.
شکل (2) بخش یک - مسیر رودخانه در سالهای 1975 ، 1989 و 2010
شکل (3) بخش دو- مسیر رودخانه در سالهای 1975 ، 1989 و 2010
استخراج ساختارهای زمینشناسی
برای اینکه بتوانی تأثیر احتمالی ساختارهای زمینشناسی در تغییرات بستر رودخانه را مورد ارزیابی قرار داد، با استفاده از نقشههای زمینشناسی 1:100000 منطقه، نقشه گسلها و ساختارهای عمده زمینشناسی استخراج شد و با روی همگذاری لایهها، مسیر آبراهه مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. رویهمگذاری نقشه گسلها و رودخانه نشان میهد که در بخش مکانی اول که منطقه شرایط نیمهکوهستانی دارد، بیشتر مسیر رودخانه در مسیر یک گسل که روند شمال غربی- جنوب شرقی دارد، قرار گرفته است و پدیده زمین شناسی دیگری در این محدوده وجود ندارد.
اما وضعیت در بخش دوم از مسیر رودخانه به شکل دیگری است. در این بخش از رودخانه چندین گسل با امتداد تقریبی شمال غربی - جنوب شرقی مسیر رودخانه را قطع کرده است. وجود چنین عاملی باعث شده تا در مناطق برخورد گسل و رودخانه با ایجاد شکست و انحنا مسیر کلی رودخانه تغییر کند و رودخانه در جهت متفاوت نسبت به قبل جریان یافته و از مسیر گسل پیروی کند. در شکل 4 و 5 وضعیت رودخانه و گسلها در دو بخش مورد نظر بههمراه مهمترین نا هنجاریهای آن ارایه شده است. همانطور که در نقشه مربوط به بخش دوم مشخص شده است در مناطقی که مسیر رودخانه با گسل انطباق دارد، رودخانه از مسیر گسل پیروی کرده است که شرح وضعیت این تغییر مسیرها در جدول شماره 1 آمده است.
شکل (4) نقشه وضعیت گسل های منطقه نسبت به رودخانه
در جدول 1 زاویه بخشهای مختلف رودخانه که تحت تأثیر گسلها تغییر مسیر دادهاند، بهصورت زاویهای نسبت به شمال نشان داده شده است. همانطور که در شکل 5 مشخص است و نیز طبق اطلاعات جدول (1) ساختارهای زمین شناسی در تعیین مسیر رودخانه در این بخش نقش مهمی را داشته و زمانی که رودخانه با گسلها بر خورد داشته است، به ناچار از مسیر آن پیروی کرده و تغییر مسیر داده است.
جدول (1)زاویه بخشهای مختلف رودخانه
کد بخش
زاویه نسبت به شمال
|
A
|
335 درجه
|
B
|
305 درجه
|
C
|
250 درجه
|
D
|
315 درجه
|
E
|
325 درجه
|
شکل (5) نمونه ای از تأثیر ساختارها بر روی رودخانه و تغییر بستر
شاخص سینوسیته
در بخش دوم رودخانه، بهعلت جریان یافتن در امتداد و مسیر گسلها، به نسبت سایر بخشها، مسیر مستقیمتری را طی کرده و انحنای کمتری دارد. برای نشان دادن این امر از ضریب سینوسیته رودخانه استفاده شده است. بر اساس این شاخص، اگر ضریب سینوسیته یک رودخانه بین 1 تا 05/1 باشد، رودخانه از نوع مستقیم است، اگر بین 06/1 تا 25/1 از نوع سینوسی است، بین 26/1 تا 2 باشد، از نوع پیچانرودی است و اگر بیشتر از 2 باشد، از نوع پیچانرودی شدید است (یمانی و همکاران 1389). رابطه (3) نحوه محاسبه این شاخص را نشان میدهد (جعفر بیگلو و همکاران، 1391).
رابطه (3)
در این رابطه، S ضریب سینوسیته، C طول رودخانه در بخش مورد بررسی و V طول دره رودخانه به خط مستقیم.
ارزیابی و اندازهگیریهای صورت گرفته در بخشهای مختلف رودخانه بر اساس شاخص فوق در جدول (2) آمده است. طبق اطلاعات جدول 2 و نقشه ارائه شده (شکل 6) در مناطقی از رودخانه که مسیر آن با گسلها و شکستگیهای زمین منطبق شده است، الگوی رودخانه از نوع مستقیم و سینوسی و در مناطق دیگر از نوع پیچانرودی است.
شکل (6) بخشهای اندازه گیری سینوسیته رودخانه
جدول (2) جدول شاخص ضریب سینوسیته
کد بخش
ضریب سینوسیته
|
انطباق با گسل
|
الگوی رودخانه در بخش
|
A
|
08/1
|
*
|
سینوسی
|
B
|
3/1
|
|
پیچانرودی
|
C
|
12/1
|
*
|
سینوسی
|
D
|
52/1
|
|
پیچانرودی
|
E
|
03/1
|
*
|
مستقیم
|
F
|
8/1
|
|
پیچانرودی
|
G
|
001/1
|
*
|
مستقیم
|
تغییر بستر روخانه و فرسایش کنارهای
تغییرات فرسایشی رودخانه میتواند به صورت رسوبگذاری و همچنین برداشت مواد و کاوش سواحل و مواردی از این قـبیل باشد. برای اینکه بتـوانیم مناطقی را که با رسوبگذاری و ترک بستر مواجه شـدهاند و همچنین در مقابل، مناطقی را که با عمل کاوش و ایجاد بستر جدید روبهرو شدهاند، مشخص کنیم، مسیر رودخانه را در سه بازه زمانی روی همگذاری کرده، تغییرات رخ داده در آن را مورد بررسی و مطالعه قرار دادیم. در شکل 7 و 8 مسیر رودخانه در سه بازه زمانی در بخشهای شماره یک و دو نشان داده شده و تغییرات رخ داده در آن مشهود است.
شکل (7) تغییرات رخ داده در بخش یک در سه دوره زمانی(2010،1989،1975)
شکل (8) تغییرات رخ داده در بخش دو در سه دوره زمانی (2010،1989،1975)
تحلیلهای آماری صورت گرفته بر روی بخشها، از نظر مساحت بستر جریان در سال مشخص، مساحت بستر ترک شده و مساحت فرسایش کنارهای رخ داده در جدول 3 آمده است. طبق اطلاعات جدول 3 در بازه زمانی 1975 تا 1989 نسبت به دوره زمانی 1989 تا 2010 تغییررات رخ داده در بستر رودخانه در هر دو بازه شماره یک و دو محسوستر بوده است. علت این امر را میتوان در ساخت سد و ایجاد بندهای انحرافی دانست که در سالهای اخیر در این منطقه ایجاد شده است. برای نمونه میتوان به سد انحرافی نوروزلو (در بالادست شهر میاندوآب) و سد شهید کاظمی بوکان اشاره کرد. این دو سد با ذخیره حجم عظیمی از آب رودخانه و انتقال آن به دشتهای پیرامونی برای امور کشاورزی و مصارف شرب و صنعتی نقش بهسزایی را در کاهش مقدار آب رودخانه در بخشهای پایین دست داشتهاند. از این رو میتوان نتیجه گرفت که به سبب کاهش حجم رواناب رودخانه، قدرت فرسایشی و تخریب آن نسبت به سالهای قبل از احداث سدها (1350) کاهش یافته است.
جدول (3) وضعیت فرسایشی و تغیرات رودخانه در سه بخش زمانی
بخش مکانی
بخش زمانی
|
مساحت بستر جریان
|
زمینهای فرسایش یافته (km2) نسبت به دوره قبل
|
بستر ترک شده (km2)
نسبت به دوره قبل
|
بستر بدون تغییر (km2)
نسبت به دوره قبل
|
بخش 1
|
سال 1975
|
Km 5/6
|
-
|
-
|
-
|
سال 1989
|
Km 47/5
|
Km 41/2
|
Km 44/3
|
Km 06/3
|
سال 2010
|
Km 43/5
|
Km 44/2
|
Km 48/2
|
Km 99/2
|
بخش 2
|
سال 1975
|
Km 19/6
|
-
|
-
|
-
|
سال 1989
|
Km 9/4
|
Km2
|
Km29/3
|
Km9/2
|
سال 2010
|
Km 87/4
|
Km49/1
|
Km52/1
|
Km38/3
|
نتیجهگیری
بررسی تغییرات بستر زرینهرود در دو بخش مکانی و سه بخش زمانی (2010،1989،1975) و تحلیل شرایط مورفولوژیکی رودخانه در بخشها، بررسی الگوی بستر و بررسی تأثیر ساختارهای زمینشناسی از مهمترین اهداف این پژوهش بود که مورد ارزیابی قرار گرفت. تصاویر ماهواره لندست در سالهای مورد مطالعه، نقشههای زمینشناسی در مقیاس 1:100000 از مهمترین دادههای مورد استفاده در پژوهش بودند.
بررسی و تطبیق مسیر رودخانه در سالهای مورد مطالعه با گسلهای منطقه نشاندهنده این مطلب بود که در بخش دوم رودخانه که در یک منطقه دشتی واقع شده است، بهشدت تحت تأثیر ساختارهای زمینشناسی قرار دارد بهگونهای که باعث تغییر مسیر رودخانه در محل تقاطع با گسلها شدهاست. همچنین نواحیای از رودخانه که در امتداد گسل و یا در مسیر آن جریان داشتهاند، الگوی رودخانه از نوع مستقیم و در مواردی از نوع سینوسی است. در مقابل سایر بخشهای آن الگوی غالب رودخانه از نوع پیچانرودی تا پیچانرودی شدید است و رودخانه در چندین شاخه مجزا جریان دارد.
در سه دوره زمانی مورد مطالعه در هر دو بخش شماره 1 و 2 از مساحت بستر رودخانه نسبت به دوره قبل کاسته شده است بهگونهای که مساحت بستر رودخانه از 5/6 کیلومترمربع به 43/5 کیلومترمربع در بخش 1 و از 19/6 کیلومتر به 87/4 کیلومترمربع در بخش 2 رسیده است. این امر نشانگر رسوبگذاری در نواحی پیرامونی رودخانه و نیز کاهش توان فرسایش رودخانه است. همچنین در بخش یک بین سال 1975 تا 1989 حدود 4/2 کیلومترمربع از زمینهای پیرامونی رودخانه فرسایش یافته و تخریب شدهاند. این مقدار در بین سالهای 1989 تا 2010 حدود 44/2 کیلومترمربع است. در مقابل این تخریب بخشهای زیادی از رودخانه نیز بهدلیل تغییر مسیر و جابهجایی بستر خشک شده و یا بهصورت دریاچههای مئاندری در حواشی رودخانه باقی مانده است که برای سالهای 1975 تا 1989 و 1989 تا 2010 بهترتیب برابر با 44/3 و 48/2 کیلومتر مربع است. در بخش شماره 2 میزان تغییرات رخ داده در بستر نسبت به بخش 1 کمتر است زیرا هم از مقدار زمینهای تخریبشده کنارهای و هم از میزان زمینهایی که دچار ترک بستر شدهاند کاسته شده است. طبق اطلاعات جدول شماره 3 بین سالهای 1975 تا 1989 میزان فرسایش کنارهای و ترک بستر به ترتیب برابر با 2 و 29/3 کیلومتر مربع است. در بین سالهای 1989 تا 2010 این مـقادیر برای هـر دو مورد فرسایش کنارهای و ترک بستر کاهش یافته و به ترتیب به 49/1 و 52/1 کیلومترمربع رسیده است.
[13]- Normalized Difference Water Index