نوع مقاله : پژوهشی
نویسندگان
1 استادیار جغرافیایی طبیعی (گرایش ژئومورفولوژی) دانشگاه ارومیه
2 استادیار جغرافیایی طبیعی (گرایش اقلیم‌شناسی) دانشگاه محقق اردبیلی
3 کارشناس ارشد جغرافیای طبیعی، دانشگاه آزاد اهر
چکیده
چکیده
رودخانه ها سیستم های پویا هستند که مرزهای جانبی و مشخصات مورفولوژیکی آنها در طول زمان و به طور پیوسته در حال تغییر است. این ناپایداری و تغییرات تحت تأثیر فرسایش پذیری مسیر رود و بهتبع آن تغییریافتن الگوهای رودخانه ای ایجاد میشود. محدوده مورد مطالعه این تحقیق رودخانه گرمی چای واقع در استان آذربایجان شرقی است. هدف این تحقیق بررسی انواع الگوهای جریان رودخانه و تعیین فرسایش پذیری مسیر جریان است. جهت رسیدن به این هدف از تصاویر ماهوارهای لندست، مدل رقومی ارتفاعی (DEM)، نقشههای زمینشناسی، کاربری اراضی و پوشش گیاهی و جهت تعیین الگوی رودخانه و عوامل مؤثر بر آن از شاخصهای ضریب خمیدگی، زاویه مرکزی و تحلیل نیمرخ طولی استفاده شد. در مرحله بعد، با رویهم گذاری لایههای مؤثر در فرسایش پذیری رودخانه، کلاسهای فرسایش پذیری رودخانه را در پنچ کلاس تعیین گردید. نتایج تحقیق نشان داد که الگوی رودخانه پیچان رودی است. تحلیل نیمرخ طولی نشان داد که تغییر حالتی در پروفیل طولی دیده نمیشود و این تغییرات، حالت بهنجار دارد که گویای روند منظم و مشخص در عوامل تأثیرگذار بر فعالیتهای مورفولوژیکی رودخانه است. علاوه بر این، نتایج نشان داد که مناطق فرسایش پذیری متوسط تا زیاد و زیاد، عمدتاً منطبق بر مناطقی که دارای تشکیلات حساس به فرسایش (عمدتاً رسوبات کواترنری)، فاقد پوشش گیاهی مناسب و متراکم هستند و باعث ایجاد حرکات دامنه ای به بستر رودخانه میشوند.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Pattern Analysis and Erodibility of Germi Chai River Route
نویسندگان [English]
- Sayyad Asghari Sarskanroon 1
- Batool Zeinali 2
- Nader Poornariman 3
چکیده [English]
Rivers are dynamic systems that lateral boundaries and their morphologic characteristics are changing in time continuously. This instability is created by erodibility of river bed and consequently river patterns changing. Case study of this research is Germi Chay in East Azerbaijan province. The purposes of this study are investigation of river patterns and determining erodibility of river route. For these used Landsat satellite images, digital elevation model (DEM), vegetation, geologic and land use maps. In order to determining of river pattern and its Effective factors were used Sinuosity, Central angle indexes and longitudinal profile analysis. Finally river erodibility classes were determined in 5 classes by overlaying effective layers in erodibility. Results indicated pattern of studied river is meandering. Longitudinal profile analysis in both intervals indicated that changing of situation is not seen in longitudinal profile and these changes are in a normal state. This is indicator regular trend in effective factors of river morphological actions. Also results indicated that erodible areas of Medium to high and high are in parts with Structures sensitive to erosion (mainly Quaternary sediments), the lack of suitable and dense vegetation that are caused slope movements in river bed.
کلیدواژه‌ها [English]
- Erodibility
- River Pattern
- Longitudinal profile
- Germi Chai
مقدمه
رودخانه ها سیستم های کاملاً پویا هستند و مرزهای جانبی و مشخصات مورفولوژیکی آنها در طول زمان و پیوسته در حال تغییراند. ناپایداری مجرا و سواحل رودخانه و رسوبات ناشی از آن نه تنها موجب تخریب اراضی حاشیه رودخانه و تأسیسات مجاور ساحل رودخانه میشود (کسلر و همکاران[1]، 2013: 1). بلکه رسوبات حاصل از فرسایش در برخی مواقع میزان قابل توجهی از مجموع کل رسوباتی را شامل میشوند که جریان رود آن را حمل میکند. ناپایداری مجرا و سواحل رودخانه بهدلیل تأثیرگذاری بر میزان فرسایش و خصوصیات مجاری رودخانهها در توسعه پهنه سیلابی و مدیریت منابع آب اهمیت دارد (مینگوی و همکاران[2]،2010: 1). یکی از منابع اصلی رسوبات موجود در همه رودخانههای جهان، فرسایش سواحل رودخانهها است (بلومنت و همکاران[3]، 2011؛ کسلر و همکاران، 2012؛ دی و همکاران[4]، 2013). در رودخانههایی که هنوز به تعادل خود نرسیدهاند، تعریض و تعمیق رودخانه و در رودخانههای پیچاندار عقبنشینی ساحل خارجی از پدیدههای عادی بهشمار میروند (تورون و همکاران[5]،1981: 471). شناسایی میزان فرسایشپذیری و تعیین الگوهای رودخانهای موجب میشود که راهکارهای درست برای مقابله با رفتارهای کاتاستروفیک، بهرهبرداری صحیحتر و اقتصادیتر نسبت به گذشته و موفقیت طرحها و سازههای اجرا شده تضمین گردد. پدیدههایی از قبیل فرسایش، رسوبگذاری و تغییرات رودخانهای عکسالعملهایی است که رودخانه برای رسیدن به شرایط پایدار ایجاد مینماید و این عکسالعملها ممکن است منجر به خسارات قابل توجهی گردد. از دلایل عمده ناپایداری سواحل و دیوارههای رودخانه میتوان به موارد زیر اشاره کرد: شسته شدن ذرات خاک در اثر جریان و امواج، شسته شدن پاشنه شیب کنارهها، ریزش و گسیختگی درونی آن، افزایش شیب کنارهها بر اثر فرسایش آب و آبشستگی، افزایش فشار آب منفذی در حالت کاملاً اشباع، گسیختگی درونی شیب به علت نشت آب به سمت رودخانه، فرسایش ناشی از ورود زه آبهای کشاورزی و... (غفاری و همکاران، 1385: 62 به نقل از رفاهی، 1375). از طرف دیگر پایداری رودخانه نیز تحت تأثیر مولفههای درونی و خارجی سیستم رودخانهای است. مولفههای خارجی شامل متغیرهای اقلیم، پوشش گیاهی، فعالیتهای انسانی و مکانیسم یخ زدن و ذوب شدن میباشد (افزلی مهر و دی 2009: 236؛ برترند و پاپانیکولاو[6]، 2009: 6480) و مولفههای خارجی نیز شامل مورفولوژی رودخانه مانند انواع الگوهای رودخانه (مئاندری، شریانی و مستقیم) مشخصات هندسی و هیدرودینامیکی قوسهای رودخانهای، مواد بستر و کنارههای رودخانه، متغیرهای هیدرولوژیکی جریان و فاکتور تنش برشی است (مینگویی و همکاران 2010: 391، توکالندنی و همکاران[7]، 2007: 1168 و ساسانی و هـمکاران، 1384: 563). تغییر هر یک از مولفههای درونـی و خارجی، پایداری رودخانـه را تحت تأثیر قرار میدهد. باید توجه داشت که یک رودخانه ممکن است در سازندی مقاوم نسبت به عمل فرسایش تشکیل شود. در این صورت موقعیت و ابعاد آن ثابت میماند. از جانب دیگر رودخانه میتواند در مصالح آبرفتی فرسایشی پدیدار شود. در چنین حالتی یک تمایل همیشگی برای تغییر پیوسته موقعیت رودخانه از طریق فرسایش و تشکیل مجدد دیوارههای ساحلی یا کنارهها بهوضوح قابل مشاهده است (رضایی مقدم و همکاران الف، 1391: 2).
احمدیان یزدی (1380) نقش پوشش گیاهی در حفاظت خاک و تثبیت کنارههای رودخانه تجن -هریرود را مورد ارزیابی قرار داد؛ در این تحقیق با انجام دادن معادلات رگرسیونی بین میزان فرسایش کناری ناحیه و پوشش گیاهی متأثر از رطوبت خاک نتیجه گرفته شد که علاوه بر تراکم پوشش گیاهی، پهنای ناحیه پوشش گیاهی در مسیر رودخانه نقش موثری در کنترل فرسایش کناری دارد.نوحهگر و همکاران(1382)وضعیت ژئومورفولوژیکی پیچانرود و نـقش آن را در فرسایش بستر و کـنارههای رودخانه میناب بررسی کردهاند. نتایج این تحقیق نشان داد که هرگونه تغییری در مصالح کف و کنارههای رودخانه میناب میتواند سبب ایجاد تغییراتی در ویژگیهای مارپیچ پایین دست شود و آنها را از حالت منظم و تحت کنترل خارج و به یک معضل بسیار شدید محیطی تبدیل سازد. غفاری و همکاران (1385) تغییرات مورفولوژی کناره آبراه بابلرود را بررسی کردهاند. نتایج این تحقیق نشان داد که مقدار تنش برشی در دیوارهها کمتر از کانال اصلی بوده و در سمت خارجی پیچها و نواحی مئاندری رودخانه مقدار تنش افزایش مییابد و میزان فرسایش کناری بالا میرود. کرمی (1386) عوامل مؤثر بر فرسایش کنارهای رودخانه سعیدآباد چای را مورد مطالعه قرار داد. نتیجه این تحقیق نشان داد که 3/47 درصد مناطق واقع در حاشیه رودخانه در معرض خطر متوسط تا بسیار شدید فرسایش کنارهای و 7/52 درصد در پهنههای با خطر کم تا بسیار کم قرار دارند. رضایی مقدم و همکاران (1391ب) مناطق حساس به فرسایش رودخانهای را در بخشی از رودخانه آجیچای بررسی کردند. در این تحقیق مناطق کناری در خطر فرسایش، در سه بخش آسیبپذیر، بحرانی و بسیار بحرانی تعیین شد.
ولمن[8] (1967) نشان داد که افزایش جریان رودخانه مانند سیلاب منجر به افزایش فرسایش کناری رودخانه میشود همچنین افزایش بار رسوبی رودخانه و تبادل رسوب بین مجرا و ساحل رودخانه باعث افزایش فرسایش و همچنین تعریض مجرای رودخانه می گردد. نتایج تحقیقات داربی و تورن[9] (1996) نشان داد که رودخانههای نواحی آبرفتی بهندرت حالت پایدار دارند و ویژگی عمده این رودخانهها فرسایش شدید کناری است و علت مقاومت آن بسیار پایین تشکیلات سواحل رودخانه است. تیرون (2009) فرایندهای رسوبگذاری و فرسایش را در پـیچان‌رودهای دلتای دانوب بررسی کرد. نتیجه این تـحقیق نشان داد که فراینـدهای رسوبگذاری و فرسایش در پیچان‌رودها تحت تأثیر معیارهای مختلفی است و با توجه به ویژگیهای زمین شناختی و رسوبی مناطق مختلف متغیر است. کسلر و همکاران (2013) فرسایش کناری رودخانه مینوسوتا را در بازههای زمانی مختلف توسط ابزارهای سنجش از دور و روشهای ریاضی و مطالعات صحرایی تعیین کردند. نتیجه کار این محققان نشان داد که هر یک از ابزارهای فوق نتایج متفاوتی از میزان فرسایش کناری در رودخانه را نشان میدهد.
این تحقیق در پی آن است که اولاً با تقسیمبندی مسیر رودخانه به بازههای یکسان از نظر فرایندهای مورفولوژیکی الگوی رودخانه را در بازههای مختلف تعیین کند و سپس با استفاده از تحلیل نیمرخ طولی رودخانه عوامل مؤثر بر الگوهای جریان را بررسی کند و با در نظر گرفتن عوامل مؤثر در فرسایش رودخانهای، شدت و کلاسهای فرسایشی رودخانه را تعیین کند. و در نهایت رابطه بین فرسایشپذیری رودخانه و اثر آن بر الگوهای رودخانهای را بررسی و تحلیل کند.
منطقه مورد مطالعه
رودخانه گرمی چای با 300 میلیون مترمکعب آبدهی سالانه، از کله گاه سرچشمه گرفته، به قزل اوزن ملحق میشود. بر روی این رودخانه سد گرمیچای تأسیس شده که تأمینکننده آب آشامیدنی و کشاورزی شهرستان میانه است. حوضه واحد هیدرولوژیک گرمی چای در مختصات جغرافیایی ²56. ¢26. °47 تا ²47. ¢48. °47 طول شرقی و ²45. ¢22. °37 تا ²58. ¢48. °37 عرض شمالی و در جنوب شرقی استان آذربایجان شرقی قرار گرفته است. طول رودخانه گرمیچای 55 کیلومتر است و ارتفاع آن در مبداء 2506 متر از سطح دریا برآورد شده است. مساحت این حوضه 1/61622 هکتار است و 34/1 درصد از مساحت استان آذربایجان شرقی را بهخود اختصاص داده است. دو ایستگاه هیدرومتری ساریقمیش و چیتاب در حوضه احداث شده است. الگوی حوضه طرح شبکه آبراههای مربع مستطیلی و تراکم شبکه آبراههای در این واحد هیدرولوژیک 36/0 کیلومتر در کیلومتر مربع است (شکل1).
شکل (1) نقشه موقعیت جغرافیایی رودخانه گرمی چای
سازندهای زمینشناسی در حوضه رودخانه گرمی چای با توجه به نقشه زمینشناسی (شکل A2) شامل میوسن، با 26 درصد و رسوبات کواترنری 53 درصد و بقیه سنگ‌های آذرین و دگرگونی میباشد. گسترش سازندهای کواترنری در مسیر رودخانه که عمدتاً بهصورت پادگانه‌های آبرفتی در حاشیه رودخانه وجود دارند، باعث شده است که قدرت فرسایشپذیری رودخانه بهعلت سست بودن این رسوبات بسیار زیاد شود. بنابراین حجم دبی رسوبی رودخانه زیاد بوده و همچنین بار معلق رودخانه زیاد است. بههمین دلیل رودخانه در بیشتر ایام سال گلآلود است. لیتولوژی این حوضه عمدتاً از رسوبات ولکانیکی، ماسه‌سنگ، کنگلومرا و تراسهای آبرفتی و جوان تشکیل میشود.
|
شکل (2) A: نقشه شیب به درصد B: نقشه زمینشناسی C: نقشه کاربری اراضی D: شاخصNDVI منطقه مورد مطالعه |
|
در این مطالعه، بهلحاظ مورفولوژی متفاوت رودخانه در بخشهای مختلف، مسیر مورد مطالعه به دو بخش تقسیم شده است، در تقسیم بازهها سعی شده که در تمام طول مسیر هر بخش با توجه به نقشههای توپوگرافی، نقشه زمینشناسی و تصاویر ماهوارهای منطقه مورد مطالعه از نظر فرایندهای مورفولوژیکی دارای تجانس نسبی باشد. بر همین اساس، رودخانه به دو بازه قبل از سد و بعد از سد طبقهبندی شده است. بازه قبل از سـد محدوده بالاتر از روستای لیوانلی تا محل سد گرمیچای را شامل مـیشود. قسمت اعظم این بخش در داخل مـحدوده کوهستانی قرار دارد و عرض رودخانه بهدلیل کوهستانی بودن و مقاومت تشکیلات زمینشناسی کم است، در این بخش در قسمت اعظم مسیر، رودخانه فقط یک مجرا دارد و از درهای باریک عبور میکند (شکل3، A). بخش بعد از سد محدوده، بین بعد از سد گرمیچای تا محل تلاقی گرمیچای با رودخانه قزلاوزن را شامل میشود. در این بخش عرض رودخانه بهدلیل کاهش ارتفاعات بیشتر میشود و در بخشهایی از مسیر مورد مطالعه، الگوی سیستم جریان، رودخانه به صورت شریانی دیده میشود. شستشوی زیاد و همگن در محدوده رسوبهای کواترنری باعث مستقیمتر شدن مسیر و افزایش سرعت جریان و تبدیل رودخانه از حالت مئاندری-شریانی به شریانی (رودخانه با جزایر متحرک) و سپس آناستوموزینگ (رودخانه با جزایر دایمی و پوشیده از علف و درختچه) شده و در نهایت باعث باز شدن قوس ها در این بخش شده است (شکل3، B).
شکل (3)-A: مسیربازه قبل از سد همراه با دوایر برازش شده بر پیچانها B: مسیر بازه بعد از سد همراه با دوایر برازش داده شده
مواد و روش
برای انجام این تحقیق از تصاویر ماهوارهای لندست، سنجنده ETM+ سال 2000، نقشههای توپوگرافی، زمینشناسی، کاربری اراضی و نقشه پوشش گیاهی مستخرج از شاخص NDVI استفاده شده است. در این مقاله برای بررسی الگوی رودخانه و فرسایشپذیری مسیر رودخانه روش کار تحقیق بهصورت طبقهبندی شده بهشرح ذیل ارایه میشود.
استخراج مسیر رودخانه
جهت آمادهسازی تصاویر برای تعبیر و تفسیر و کاهش خطاها، عملیات پیش پردازش بر روی تصاویر انجام گرفت. پیش پردازشهای اعمال شده شامل تصحیحات رادیومتریک، هندسی و ژئورفرنس نمودن تصاویر است. برای استخراج مسیر رودخانه از تصاویر سنجندهETM+ از تکنیکهای ترکیب رنگی تصاویر (RBG: باندهای 2-4-7) استفاده شد.
استخراج نقشه پوشش گیاهی
جهت استخراج نقشه پوشش گیاهی از شاخص NDVI بهرهگیری شد. شایان ذکر است که این شاخص یکی از کاربردیترین شاخصها در جهان است و در حد بسیار وسیع در مسایل مختلف بهکار میرود. شاخص NDVI نسبت به تغییر مقدار بیومس، مقدار کلروفیل و تنش در مقدار آب تاج پوشش واکنش نشان میدهد. شاخص NDVI اساسا بر پایه رفتارهای مختلف نمایش داده شده بهوسیله اختلاف در طول موجهای الکترومغناطیس گسیل شده از گیاهان است.
محاسبه شاخص NDVI براساس رابطه (1) صورت گرفت:
رابطه (1)
که در این رابطه NIR تشعشع ثبت شده در باند مادونقرمز نزدیک و Red تشعشع ثبت شده در باند مادون قرمز و دامنه تغییرات این شاخص بین 1و 1- است (رسولی، 1387: 275)، نتیجه این شاخص در شکل (2 D) آمده است.
ـ بررسی کمی شکل رودخانه
در مطالعه و بررسی رودخانهها، برای کمی کردن رفتار رودخانهها، تعیین الگو و تغییرات آن در طول زمان، باید مشخصات و معیارهای هندسی رودخانه استخراج و محاسبه گردد. برای بررسی پلان رودخانه، عملیات زیر صورت گرفت:
1ـ ترسیم خط مرکزی رودخانه[10]: نقشه محور رودخانه از روی تصاویر ماهوارهای و عکسهای هوایی تهیه کردیم، در تهیه نقشه مذکور ضمن اعمال دقت زیاد سعی گردید که نقاط وسط رودخانه در جهت طولی به هم متصل شوند. چون امکان رسم خطالقعر رودخانه ممکن نبود، در این مورد با توصیه محققانی از جمله بریس (1982)، فرگوسن (1973) و هوک (1983) برای بررسی پلان رودخانه خط مرکزی رودخانه مورد توجه قرار گرفت (اصغری، 1391: 45).
2ـ برازش قوسهای مماس بر پیچهای رودخانه: در عملیات مزبور سعی شد که، دوایر مماس شده بیشترین و بهترین تطابق را با قوس داشته باشـند بدین مـنظور تعداد 45 پیچانرود برای بخش قبل از سد و 39 پیچانرود برای بخش بعد از سد شناسایی گردید.
3ـ اندازهگیری طول موج یا طول پیچانرود[11] و طول دره: طول موج و طول دره رودخانه، دو معیار اصلی در طبقهبندی رودخانه و تعیین ضریب خمیدگی است. معمولاً بین این دو معیار همبستگی زیادی وجود دارد. روی نقشه محور رودخانه، ابتدا نقاط عطف یا نقاط تغییر انحنای محور رودخانه با دقت زیاد مشخص شد و هر دو نقطه عطف مربوط به یک قوس به یکدیگر متصل شد و طول پاره خط حاصله (وتر مقابل به قوس محور رودخانه) با دقت اندازهگیری گردید. این طول معادل نصف طول موج هر قوس رودخانه است. برای به دست آوردن طول دره نیز نقطه عطف یک قوس تا نقطه عطف قوس بعدی در روی مسیر محور رودخانه مشخص شد و با استفاده از نرمافزار برای هر قوس طول دره محاسبه گردید.
4ـ اندازهگیری شعاع قوسهای پیچانرود
5ـ محاسبه زاویه مرکزی[12] قوسها: زاویه مرکزی قوسهای زده شده بر روی هر کدام از بازهها با استفاده از رابطه (2) محاسبه شد: رابطه (2)
در این رابطه Aزاویه مرکزی، R شعاع دایره برازش داده شده است.
6ـ محاسبه ضریب سینوزیته[13]: با استفاده از رابطه (3) اندازه ضریب خمیدگی برای هر قوس محاسبه شد.
رابطه (3)
که در این رابطه S ضریب خمیدگی، L طول قوس، نصف طول موج است.
ـ تحلیل نیمرخ طولی
با توجه به این که متغیرهای زیادی در شکل و تکامل نیمرخ طولی موثر هستند (مانند تغییرات دبی، ابعاد بار بستر، مقاومت لیتولوژیکی بستر، ورود شاخههای فرعی و حرکات تکتونیکی، تغییرات نیروهای رودخانهای) و با تغییر هر یک از این متغیرها شکل و الگوی نیمرخ طولی نیز تغییر خواهد کرد (روستایی و نیری، 1390؛ بیاتی خطیبی و حیدرزادگان، 1384) به همین دلیل جهت بررسی عوامل موثر بر الگوی رودخانه نیمرخ طولی رودخانه با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی (DEM) تهیه شده و با توابع نرمافزار ARC Map ترسیم گردید. شیب رودخانه نیز در هر دو بخش با روش درون‌یابی از طریق رابطه (4) محاسبه شد.
رابطه (4)
در این رابطه، اختلاف ارتفاع و مسافت بین دو نقطه.
ـ تحلیل فرسایشپذیری مسیر رودخانه
جهت محاسبه فرسایشپذیری رودخانه لایههای زمینشناسی (شکل2 A)، شیب (شکل2 B)، پوشش گیاهی (شکل2 D)، کاربری اراضی (شکل2 C)، نقشه لیتولوژی، نقشه مسیر رودخانـه و نـقشه آبراههها در نرمافزار Arc GIS تهیه شد. مراحل کار بدین صورت است که ابتدا نقشه رقومی زمینشناسی در سیستم GIS وارد شد. سپس نقشه شیب در 5 کلاس 0-5، 5-10، 10-30، 30-45 و بیشتر از 45 درصد تهیه گردید. سپس این دو نقشه با نقشه پوشش گیاهی و نقشه آبراهه‌های منطقه مورد مطالعه همپوشانی گردید. در مرحله بعد براساس خصوصیات کانی‌شناسی و یا نهشته‌ای هر واحد سنگی (طبقهبندی سنگها براساس درجه سختی آنها) (فیضنیا، 1374) تعیین شد و سپس فرسایشپذیری واحدهای سنگی براساس جدول (1) در پنج کلاس کیفی، کم، کم تا متوسط، متوسط، متوسط تا زیاد، و زیاد با رعایت اولویت به ترتیب لیتولوژی، شیب منطقه، میزان و نوع پوشش گیاهی در هر کلاس طبقهبندی شد. به‌عنوان مثال، گرانیت به‌عنوان سنگی با فرسایشپذیری کم و مارن در شیب بالای 30 درصد به‌عنوان کلاس فرسایشپذیر زیاد قرار گرفت و در صورت وجود پوشش گیاهی متراکم و جنگلی، یک کلاس فرسایش طبقه پایین در نظر گرفته شد (میزان فرسایشپذیری کم بهدلیل پوشش گیاهی متراکم). بقیه واحدهای سنگی نیز با توجه به شیب و پوشش گیاهی بهطریق گفته شده طبقهبندی شد. در نهایت بر حسب درصد طول مسیر رودخانه و میزان تراکم هیدرولوژیکی رودخانه و میزان گسترش هر سازند در هر طبقه میزان فرسایشپذیری تعیین گردید. در مرحله بعد برای تعیین میزان فرسایش کل رودخانه برای هر یک از مقادیر کیفی با توجه به جدول (1) امتیاز یک تا پنج داده شد. هر یک از اعداد به عدد مربوط در هر دسته ضرب میشود و عدد حاصل،امتیاز فرسایش رودخانه را تعیین میکند. در آخرین مرحله تحقیق، با بررسی نتایج حاصل از انجام بازدیدهای میدانی و مقایسه نتایج مدلها و روشهای کمی استفاده شده در تحقیق، نتیجهگیری نهایی ارائه شد.
جدول (1) نحوه امتیازدهی مقادیر کیفی
|
مقادیر کیفی فرسایشپذیری |
کم |
کم تا متوسط |
متوسط |
متوسط تا زیاد |
زیاد |
|
امتیاز |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
بحث و نتایج
ـ اندازهگیری طول موج و شعاع حلقههای پیچانرودی
مقدار میانگین حسابی و انحراف معیار آن برای هر دو بخش محاسبه شد و نتیجه آن در جدول (2) ارائه شده است.
جدول (2) مقادیر میانگین حسابی و انحراف معیار طول پیچانرود گرمیچای به تفکیک بازهها
|
طول‌موج |
بازه قبل از سد |
بازه بعد از سد |
شعاع قوسها |
بازه قبل از سد |
بازه بعد از سد |
|
میانگین |
7/87 |
9/255 |
میانگین |
4/41 |
6/133 |
|
حداکثر |
378 |
662 |
حداکثر |
126 |
316 |
|
حداقل |
13 |
64 |
حداقل |
5/6 |
50 |
|
انحراف معیار |
8/75 |
6/151 |
انحراف معیار |
2/29 |
2/72 |
با توجه به اطلاعات ارائه شده در جدول (2) ملاحظه میشود که متوسط طول موج و شعاع حلقهها در بخش بعد از سد بسیار بیشتر از بخش قبل از سد است و بین این دو بخش اختلاف چشمگیری دارند. بالا بودن اندازه طول موج و شعاع حلقهها در بازه بعد از سد، به علت فرسایشپذیری و قدرت جابهجایی بالای رودخانه در بخش سوم است چون بخش بعد از سد در دشت واقع شده است، بنابراین رودخانه میتواند زیاد جابهجا شود. وجود فضای کافی برای جابهجایی رودخانه و همچنین گسترش سازندهای فرسایشپذیر مخصوصاً سازندهای کواترنری همچون پادگانه‌های آبرفتی و فرسایشپذیر بودن آنها، باعث افزایش طول‌موج رودخانه میشود (اشکال 5 و 6).
|
شکل (5) تغییرات طول‌موج پیچان‌رودها در گرمیچای |
شکل (6) تغییرات شعاع قوسهای پیچان‌رودها گرمیچای( بازه قبل از سد از شماره 1 تا 45 و بازه بعد از سد از 46 تا 84) |
بررسی پیچانها با استفاده از شاخص ضریب خمیدگی
براساس جدول (3) در بخش قبل از سد میانگین ضریب خمیدگی 79/1 بهدست آمد و بنابراین میتون گفت که 84 درصد این بخش خمیدگی زیادی دارد، خمیدگی کم در این بخش دیده نشد، خمیدگی خیلی زیاد، 13 درصد قوسها را تشکیل میدهد و خمیدگی کمتر از 2/1 نیز در 2 درصد بخش دیده میشود. بنابراین الگوی این بازه خمیدگی زیادی دارد، که از ویژگیهای رودخانههای مئاندری است. در بخش بعد از سد، میانگین ضریب خمیدگی 83/1 بهدست آمد، 97 درصد این بخش خمیدگی زیاد دارد، خمیدگی کم و خمیدگی خیلی زیاد در این بخش مشاهده نشد و خمیدگی کم نیز 5/2 درصد این بخش را تشکیل میدهد و خمیدگی کمتر از 2/1 در آن نیز دیده نمیشود. الگوی این بخش نیز الگوی مئاندری است و شاخص ضریب خمیدگی نیز در این بازه این الگو را نشان میدهد. این بخش بهدلیل داشتن تشکیلات فرسایشپذیر و شیب کم تغییرات زیادی را در مسیر مجرا میپذیرد و به علت دارا بودن مواد سیلابی اغلب تحت اشغال کشاورزان قرار میگیرد.
جدول(3) مشخصه های مقادیر ضریب خمیدگی رودخانه گرمیچای
|
مسیر مطالعاتی |
>2/1 |
2/1تا4/1 |
5/1تا 2 |
2 تا 8/2 |
میانگین |
حداکثر |
حداقل |
انحراف معیار |
الگوی مجرا |
|
الگوی مجرا |
مستقیم |
خمیدگی کم |
خمیدگی زیاد |
خمیدگی خیلی زیاد |
|||||
|
بازه قبل از سد |
2/2% |
0 |
4/84% |
4/13% |
79/1 |
15/2 |
15/1 |
19/0 |
پیچانرودی |
|
بازه بعد از سد |
0 |
56/2% |
44/97% |
0 |
83/1 |
96/1 |
2/1 |
14/0 |
پیچانرودی |
بررسی شکل بازهها با استفاده از شاخص زاویه مرکزی
براساس جدول (4) در بخش قبل از سد 3/33 درصد قوسها مربوط به الگوی پیچانرودی توسعهنیافته و 2/62 درصد آن مربوط به قوسهای الگوی پیچانرودی توسعهیافته است و الگوی پیچانرودی زیاد توسعهیافته نیز 5/4درصد این بخش را تشکیل میدهد و کمترین فراوانی مربوط به الگوی جریان شبه پیچانرود است و این در حالی است که الگوی نعل اسبی در این بخش دیده نمیشود. بنابراین، میزان توسعه پیچانرودی در این بخش به شکل پیجانرود توسعه یافته و یا در حال توسعه میباشد.
جدول (4) مشخصههای مقادیر زاویه مرکزی و میزان توسعه پیچانرودهای رودخانه گرمیچای
|
|
شبه پیجانرود |
پیچانرود توسعه نیافته |
پیچانرود توسعهیافته |
پیچانرود زیاد توسعهیافته |
نعل اسبی |
میانگین |
حداکثر |
حداقل |
انحراف معیار |
شکل بازه |
|
زاویه مرکزی |
<41 |
41- 85 |
85- 158 |
296-158 |
296> |
|||||
|
قبل از سد |
0 |
3/33% |
2/62% |
5/4% |
0 |
5/102 |
1/164 |
53 |
8/28 |
پیچانرودی |
|
بازه بعد از سد |
0 |
89/35% |
41/56% |
69/7% |
0 |
8/104
|
2/187 |
4/45 |
5/33 |
پیچانرود توسعهیافته |
در بخش بعد از سد 8/35 درصد قوسها مربوط به الگوی پیچانرودی توسعهنیافته و 4/56 درصد قوسهای این بخش نیز الگوی پیچانرودی توسعهیافته را دارد و الگوی پیچانرودی زیاد توسعهیافته نیز 6/7 درصد این بخش را تشکیل میدهد. الگوی شبه پیچانرود و نعل اسبی در این بخش دیده نمیشود. بنابراین میزان توسعه پیچانرودی در این بخش به شکل پیجانرود توسعه یافته و یا توسعهنیافته میباشد.
بررسی پروفیل طولی رودخانه
برای بررسی پروفیل طولی بستر رودخانه از مدل رقومی ارتفاع (DEM) استفاده شده است. بررسی نیمخ طولی رودخانه در هر دو بخش نشان میدهد که رودخانه تقریباً دارای نیمرخ مقعر است و شیب از بالادست به‌طرف پایین‌دست کاهش مییابد (شکل 7 َA و B). پروفیل کاوگونه، حالت ویژه رودخانههایی است که نیروهای بازدارنده آنها به حالت تعادل رسیده است (مقصودی و همکاران، 1389). تغییر حالتی در پروفیل طولی دو بخش دیده نمیشود و این تغییرات حالت بهنجار دارد و گویای روند منظم و مشخص در عوامل تأثیرگذار در فعالیتهای مورفولوژیکی رودخانه است. با توجه به نقشه زمینشناسی و گسترش سازندهای با مقاومت فرسایشی تقریباً یکسان در هر دو بخش باعث ایجاد شکل بهنجار در نیمرخ طولی رودخانه شده است. البته در هر دو نیمرخ طولی عدم یکنواختی دیده میشود؛ محققان عدم یکنواختی پروفیل طولی را به تغییرات ناشی از لیتولوژیکی نسبت دادهاند و به این نتیجه رسیدهاند که حتی وقتی رودخانه در بستر آبرفتی جاری باشد، چنین عدم برابری بهوجود میآید که بهوسیله مناطق کم عمق با جریان سریع و عمیق با جریان آرامتر مشخص میشوند (روستایی و نیری به نقل از آلن کلاو و پیتر کامفورت، 1987). با توجه به این که تغییرات شیب طولی رودخانه از فعالیت‌ها و جابهجاییهای تکتونیکی ناشی میشود (مددی و همکاران، 1383)، لذا به تغییرات شیب حساس است و از عدم عملکرد گسل‌ها بهطور مستقیم در هر دو بخش حکایت میکند چون گرادیان شیب رودخانه در هیچ قسمتی تغییر نرمال نداشته و با شیب ملایم به‌طرف پایین‌دست جریان دارد. شیبهای بهدست آمده در بخش قبل از سد و بعد از سد به ترتیب 0456/. و 0131/. میباشد که روند نزولی و نزدیک به هم را دارد و حالت تقریباً نرمال و عادی را در طی مسیر نشان میدهد.
شکل (7) A: نیمرخ طولی رودخانه دربازه قبل از سد B: نیمرخ طولی رودخانه د ربازه بعد از سد
تعیین مناطق فرسایشپذیری بازههای مورد مطالعه در رودخانه گرمیچای
عمل فرسایش رودخانه به دو صورت کلی فرسایش قائم و فرسایش جانبی رخ میدهد. در ابتدا فرسایش قائم رودخانه زیاد است. همچنین در این قسمت ظرفیت حمل رسوب آن بیش از مقدار موادی است که در اختیارش قرار میگیرد. به تدریج بار رسوبی رودخانه افزایش مییابد تا جاییکه مقدار موادی که دریافت و حمل میکند، در حد ظرفیت آن خواهد بود، در این حالت دوره فرسایش قایم و سریع رودخانه به پایان میرسد و فرسایش آن بیشتر از نوع جانبی میشود. نیمرخ طولی رودخانه در چنین وضعیتی در حال تعادل بوده که شیب آن از بالا به پایین کاهش می یابد. به نحوی که در نزدیکی دهانه به سطح افقی مماس میشود (حافظی مقدس و همکاران به نقل از پترسون، 1986). چـنین مکانیسمی در مطالعات صحرایی و در بررسی نـیمرخ طولی رودخانه گرمیچای بهوضوح قابل مشاهده است. فرسایش تودهای در قسمتهای مختلف ساحل رودخانه موجب عریض شدن سریع آبراهه و ورود آبهای زیاد به درون آن میشود.
در اشکال (8 A و B) مناطق فرسایشپذیر گرمیچای در 5 کلاس کم، کم تا متوسط، متوسط، متوسط تا زیاد و زیاد مشخص گردید. مناطق فرسایشپذیر متوسط تا زیاد و زیاد عمدتاً منطبق بر مناطقی هستند که دارای تشکیلات حساس به فرسایش (عمدتا رسوبهای کواترنری)، فاقد پوشش گیاهی مناسب و متراکم، مناطق منطبق بر تصرف حریم بستر رودخانه و ساخت و ساز (عمدتاً سدسازی) و توسعه اراضی کشاورزی در حاشیه رودخانهها و شیب تند دیوارههای مشرف به رودخانه هستند که باعث ایجاد حرکات دامنهای (ریزش و لغزش) به بستر رودخانه میشوند. باید توجه داشت که استراتژی های مدیریتی در بستر و حوضه رودخانهها نیز ممکن است باعث افزایش فرسایش در سواحل رودخانهها شود (کومیتی و همکاران، 2011). عملیات سدسازی نیز به همین نحو عمل میکند. با توجه به اشکال (8 A و B) میزان فرسایشپذیری در اطراف سد گرمیچای علاوه بر عوامل ذکر شده در فرسایشپذیری مناطق مختلف گرمیچای، عملیات سد سازی نیز متأثر است که باعث ناپایدار شدن سواحل و کنارههای رودخانه شده است و در بیشتر نقاط مشرف به سد گرمیچای فرسایش تودهای دیده میشود. فرسایش تودهای، موجب عریض شدن سریع بستر رودخانه گشته، مواد رسوبی را برای حمل رودخانه آماده میکند. حمل مواد رسوبی باعث ایجاد الگوهای خاص در رودخانه میشود، بنابراین با توجه به ویژگیهای خاص ژئومورفیک رودخانه گرمیچای، فرسایش کناری و ایجاد انواع الگوهای رودخانهای (پیچانرودی، شریانی و آناستوموزینگ) بهصورت مستمر در جای جای رودخانه در حال وقوع است. باید توجه داشت که ایجاد الگوهای متفاوت رودخانه در گرمیچای در نواحی دشتی تحت تأثیر فرایندهای تدارک دبی، و دبی رسوبی تحت تأثیر فرسایش کناری است. در حالی که در نواحی کوهستانی الگوهای رودخانه عمدتاً تحت تأثیر فاکتورهای زمینشناسی است و بهعلت مقاومت تشکیلات زمین شناسی فرسایش کناری بسیار محدود است.
بدیهی است که مناطق مشخص‌شده در بخشهای مورد مطالعه به‌عنوان مناطق فرسایشپذیر میتواند جهت شناسایی مناطق الویت دار برای حفاظت مورد بررسی قرار گیرد.
شکل (8) A: نقشه مناطق فرسایشپذیری بازه قبل از سد B: نقشه مناطق فرسایشپذیری بازه بعد از سد
تعیین درصد طول آبراهه تحت تأثیر فرسایش و میزان فرسایش کل رودخانه
با اولویت قرار دادن نقش عوامل مؤثر بر فرسایش بر اساس روش تشریح شده در قسمت مواد و روشها، میزان فرسایشپذیری رودخانه تعیین شد. نتایج حاصل در جدول (5) نشان داده شده است. بر اساس اطلاعات این جدول فرسایش کم تا متوسط درصد بسیارکمی از رودخانه گرمیچای را شامل میشود که عمدتاً در بخش قبل از سد که فرسایشپذیری تشکیلات زمینشناسی در آن کم است واقع شده است و فرسایش متوسط 23 درصد رودخانه را شامل میشود. نکته مهم در جدول این است که فرسایش متوسط تا زیاد 43 درصد و فرسایش زیاد 27 درصد مسیر رودخانه را شامل میشود. این واقعیت نشان‌دهنده این است که میزان فرسایش در رودخانه گرمیچای بهدلیل وجود پوشش گیاهی کم و گسترش تشکیلات کواترنری حساس به فرسایش، زیاد است و مقابله جدی و فوری در این زمینه را می‌طلبد. فرسایشهای زیاد و متوسط در نواحی دشتی و بخصوص در نواحیای که پوشش گیاهی را کشاورزان قطع کرده و به‌جای آن مزارع کشاورزی احداث کردهاند، زیاد دیده میشود. در این نواحی بهدلیل عدم توجه به ویژگی های اصولی کشت میزان فرسایش نسبتاً زیاد است.
جدول (5) درصد طول آبراهه تحت تأثیر میزان فرسایش در رودخانه گرمی چای
|
نام رودخانه |
کم |
کم تا متوسط |
متوسط |
متوسط تا زیاد |
زیاد |
|
گرمیچای |
4 |
3 |
23 |
43 |
27 |
میزان فرسایشپذیری کل رودخانه نیز بهصورت زیر بهدست آمد.
رابطه (5) 346=(5´27)+(4´43)+(3´23)+(2´3)+(1´4)=T
که در این رابطه، T فرسایشپذیری کل رودخانه است.
امتیاز فرسایشپذیری کل رودخانه 346 بهدست آمد. بدیهی است که بررسی میزان فرسایشپذیری رودخانه و امتیاز کلی نشان‌دهنده این است که میزان فرسایشپذیری رودخانه حالت زیاد و بحرانی دارد.
نتیجهگیری
نتایج تحقیق نشان میدهد که متوسط طول موج و شعاع حلقهها در بخش بعد از سد بسیار بیشتر از بخش قبل از سد است و این دو بخش از این لحاظ دارای اختلاف چشمگیری هستند. الگوی رودخانه در هر دو بخش، الگوی مئاندری است و میزان خمیدگی در بخش بعد از سد بیشتر از بازه قبل از سد میباشد. در بخش قبل از سد میزان توسعه پیچانرودی به شکل پیجانرود توسعه یافته و یا در حال توسعه است. ولی در بخش بعد از سد، میزان توسعه پیچانرودی به شکل پیجانرود توسعهیافته و یا توسعهنیافته میباشد. بررسی نیمرخ طولی رودخانه در هر دو بخش نشان میدهد که رودخانه تقریباً دارای نیمرخ مقعر است و شیب از بالادست به‌طرف پایین‌دست کاهش مییابد. نیمرخ کاوگونه حالت ویژه رودخانههایی است که نیروهای بازدارنده آنها به حالت تعادل رسیده است. نتایج بررسی فرسایش پذیر نشان داد که مناطق فرسایشپذیری متوسط تا زیاد و زیاد عمدتاً منطبق بر مناطقی است که دارای تشکیلات حساس به فرسایش (عمدتاً رسوبهای کواترنری)، عدم وجود پوشش گیاهی مناسب و متراکم، مناطق منطبق بر تصرف حریم بستر رودخانه و انجام ساخت و ساز (عمدتاً سدسازی) بر روی آن و مناطق وقوع توسعه اراضی کشاورزی در حاشیه رودخانهها و دارای شیب تند دیوارههای مشرف به رودخانه میباشند و این امر باعث ایجاد حرکات دامنهای به بستر رودخانه میشود. درصد طول آبراهه تحت تأثیر میزان فرسایش در گرمیچای زیاد است و بیشترین فراوانی مربوط به دسته کیفی متوسط تا زیاد و زیاد میباشد.
همانطوری که نتایج محققان دیگر نیز نشان میدهد با ایجاد سد در حوضههای رودخانه و ایجاد تغییرات شدید در زمینهای اطراف سدها، و بهرهبرداری از منابع بستر و اطراف رودخانه برداشت (سنگ، شن، ماسه و رس) بهعلت از بین رفتن مقاومت ذرات، میزان فرسایش کناری در محدودههای اطراف سدسازی شدیداً افزایش پیدا میکند و میزان رسوب منتقل شونده به جریان رودخانه افزایش پیدا میکند و موجب از بین رفتن تعادل رسوبی رودخانه میشود و چون جریان رودخانهای قادر به حمل همه رسوبهای موجود نیست، رسـوبگذاری در بخشهای مختلف رودخانـه با توجه بـه مورفولوژی و شیب بستر رودخانـه اجتنابناپذیر میشود. رسوبگذاری در بستر رودخانه باعث تغییر الگوی رودخانه میشود و الگوهای جدید را با توجه به مورفولوژی منطقه (شکلگیریهای جدید یا از بین رفتنها در مسیر، شکلگیریهای چند و یا ایجاد نیمکتهای شنی در بخشهای مختلف مسیر) شکل میدهد.
این تحقیق در پی آن بود که شکلگیری الگوهای مختلف رودخانهای را با توجه به فرسایشپذیری مسیر رودخانه تحلیل بکند به این دلیل که فرایندهای مربوط به رودخانه نقش و عواملی مانند دبی و رسوب، از عوامل عمدهای در شکلگیری الگوی رودخانهای میباشند اما تغییراتی که انسانها در حوضهها و مسیر رودخانه ایجاد میکنند، موجب میشود که تفسیر شکلگیری طبیعی این حالت در شبکههای رودخانهای بسیار مشکل گردد. بـه این دلیل که تغییراتی خارج از شـرایط طبیعی در حوضهها و مسیر رودخانه اتفاق میافتد که مدلیزه کردن رفتار رودخانه با استفاده از روشها و مدلهای کمی بسیار سخت میشود و گاهی نتایجی متناقض و یا غیرواقعی نشان میدهد.
[1]- Kessler at al.
[2]- Minghui et al.
[3]- Belmont et al.
[4]- Day et al.
[5]- Thorne et al.
[6]- Bertrand & Papanicolaou
[7]- Tokaldany et al.
[8]- Wolman
[9]- Tiron
[10]- Center line
[11]- Meander Length or Wave Length
[12]- Central Angle
[13]- Siniosity
مقدمه
رودخانهها سیستمهای کاملاً پویا هستند و مرزهای جانبی و مشخصات مورفولوژیکی آنها در طول زمان و پیوسته در حال تغییراند. ناپایداری مجرا و سواحل رودخانه و رسوبات ناشی از آن نه تنها موجب تخریب اراضی حاشیه رودخانه و تأسیسات مجاور ساحل رودخانه میشود (کسلر و همکاران[1]، 2013: 1). بلکه رسوبات حاصل از فرسایش در برخی مواقع میزان قابل توجهی از مجموع کل رسوباتی را شامل میشوند که جریان رود آن را حمل میکند. ناپایداری مجرا و سواحل رودخانه بهدلیل تأثیرگذاری بر میزان فرسایش و خصوصیات مجاری رودخانهها در توسعه پهنه سیلابی و مدیریت منابع آب اهمیت دارد (مینگوی و همکاران[2]،2010: 1). یکی از منابع اصلی رسوبات موجود در همه رودخانههای جهان، فرسایش سواحل رودخانهها است (بلومنت و همکاران[3]، 2011؛ کسلر و همکاران، 2012؛ دی و همکاران[4]، 2013). در رودخانههایی که هنوز به تعادل خود نرسیدهاند، تعریض و تعمیق رودخانه و در رودخانههای پیچاندار عقبنشینی ساحل خارجی از پدیدههای عادی بهشمار میروند (تورون و همکاران[5]،1981: 471). شناسایی میزان فرسایشپذیری و تعیین الگوهای رودخانهای موجب میشود که راهکارهای درست برای مقابله با رفتارهای کاتاستروفیک، بهرهبرداری صحیحتر و اقتصادیتر نسبت به گذشته و موفقیت طرحها و سازههای اجرا شده تضمین گردد. پدیدههایی از قبیل فرسایش، رسوبگذاری و تغییرات رودخانهای عکسالعملهایی است که رودخانه برای رسیدن به شرایط پایدار ایجاد مینماید و این عکسالعملها ممکن است منجر به خسارات قابل توجهی گردد. از دلایل عمده ناپایداری سواحل و دیوارههای رودخانه میتوان به موارد زیر اشاره کرد: شسته شدن ذرات خاک در اثر جریان و امواج، شسته شدن پاشنه شیب کنارهها، ریزش و گسیختگی درونی آن، افزایش شیب کنارهها بر اثر فرسایش آب و آبشستگی، افزایش فشار آب منفذی در حالت کاملاً اشباع، گسیختگی درونی شیب به علت نشت آب به سمت رودخانه، فرسایش ناشی از ورود زه آبهای کشاورزی و... (غفاری و همکاران، 1385: 62 به نقل از رفاهی، 1375). از طرف دیگر پایداری رودخانه نیز تحت تأثیر مولفههای درونی و خارجی سیستم رودخانهای است. مولفههای خارجی شامل متغیرهای اقلیم، پوشش گیاهی، فعالیتهای انسانی و مکانیسم یخ زدن و ذوب شدن میباشد (افزلی مهر و دی 2009: 236؛ برترند و پاپانیکولاو[6]، 2009: 6480) و مولفههای خارجی نیز شامل مورفولوژی رودخانه مانند انواع الگوهای رودخانه (مئاندری، شریانی و مستقیم) مشخصات هندسی و هیدرودینامیکی قوسهای رودخانهای، مواد بستر و کنارههای رودخانه، متغیرهای هیدرولوژیکی جریان و فاکتور تنش برشی است (مینگویی و همکاران 2010: 391، توکالندنی و همکاران[7]، 2007: 1168 و ساسانی و هـمکاران، 1384: 563). تغییر هر یک از مولفههای درونـی و خارجی، پایداری رودخانـه را تحت تأثیر قرار میدهد. باید توجه داشت که یک رودخانه ممکن است در سازندی مقاوم نسبت به عمل فرسایش تشکیل شود. در این صورت موقعیت و ابعاد آن ثابت میماند. از جانب دیگر رودخانه میتواند در مصالح آبرفتی فرسایشی پدیدار شود. در چنین حالتی یک تمایل همیشگی برای تغییر پیوسته موقعیت رودخانه از طریق فرسایش و تشکیل مجدد دیوارههای ساحلی یا کنارهها بهوضوح قابل مشاهده است (رضایی مقدم و همکاران الف، 1391: 2).
احمدیان یزدی (1380) نقش پوشش گیاهی در حفاظت خاک و تثبیت کنارههای رودخانه تجن -هریرود را مورد ارزیابی قرار داد؛ در این تحقیق با انجام دادن معادلات رگرسیونی بین میزان فرسایش کناری ناحیه و پوشش گیاهی متأثر از رطوبت خاک نتیجه گرفته شد که علاوه بر تراکم پوشش گیاهی، پهنای ناحیه پوشش گیاهی در مسیر رودخانه نقش موثری در کنترل فرسایش کناری دارد.نوحهگر و همکاران(1382)وضعیت ژئومورفولوژیکی پیچانرود و نـقش آن را در فرسایش بستر و کـنارههای رودخانه میناب بررسی کردهاند. نتایج این تحقیق نشان داد که هرگونه تغییری در مصالح کف و کنارههای رودخانه میناب میتواند سبب ایجاد تغییراتی در ویژگیهای مارپیچ پایین دست شود و آنها را از حالت منظم و تحت کنترل خارج و به یک معضل بسیار شدید محیطی تبدیل سازد. غفاری و همکاران (1385) تغییرات مورفولوژی کناره آبراه بابلرود را بررسی کردهاند. نتایج این تحقیق نشان داد که مقدار تنش برشی در دیوارهها کمتر از کانال اصلی بوده و در سمت خارجی پیچها و نواحی مئاندری رودخانه مقدار تنش افزایش مییابد و میزان فرسایش کناری بالا میرود. کرمی (1386) عوامل مؤثر بر فرسایش کنارهای رودخانه سعیدآباد چای را مورد مطالعه قرار داد. نتیجه این تحقیق نشان داد که 3/47 درصد مناطق واقع در حاشیه رودخانه در معرض خطر متوسط تا بسیار شدید فرسایش کنارهای و 7/52 درصد در پهنههای با خطر کم تا بسیار کم قرار دارند. رضایی مقدم و همکاران (1391ب) مناطق حساس به فرسایش رودخانهای را در بخشی از رودخانه آجیچای بررسی کردند. در این تحقیق مناطق کناری در خطر فرسایش، در سه بخش آسیبپذیر، بحرانی و بسیار بحرانی تعیین شد.
ولمن[8] (1967) نشان داد که افزایش جریان رودخانه مانند سیلاب منجر به افزایش فرسایش کناری رودخانه میشود همچنین افزایش بار رسوبی رودخانه و تبادل رسوب بین مجرا و ساحل رودخانه باعث افزایش فرسایش و همچنین تعریض مجرای رودخانه می گردد. نتایج تحقیقات داربی و تورن[9] (1996) نشان داد که رودخانههای نواحی آبرفتی بهندرت حالت پایدار دارند و ویژگی عمده این رودخانهها فرسایش شدید کناری است و علت مقاومت آن بسیار پایین تشکیلات سواحل رودخانه است. تیرون (2009) فرایندهای رسوبگذاری و فرسایش را در پـیچان‌رودهای دلتای دانوب بررسی کرد. نتیجه این تـحقیق نشان داد که فراینـدهای رسوبگذاری و فرسایش در پیچان‌رودها تحت تأثیر معیارهای مختلفی است و با توجه به ویژگیهای زمین شناختی و رسوبی مناطق مختلف متغیر است. کسلر و همکاران (2013) فرسایش کناری رودخانه مینوسوتا را در بازههای زمانی مختلف توسط ابزارهای سنجش از دور و روشهای ریاضی و مطالعات صحرایی تعیین کردند. نتیجه کار این محققان نشان داد که هر یک از ابزارهای فوق نتایج متفاوتی از میزان فرسایش کناری در رودخانه را نشان میدهد.
این تحقیق در پی آن است که اولاً با تقسیمبندی مسیر رودخانه به بازههای یکسان از نظر فرایندهای مورفولوژیکی الگوی رودخانه را در بازههای مختلف تعیین کند و سپس با استفاده از تحلیل نیمرخ طولی رودخانه عوامل مؤثر بر الگوهای جریان را بررسی کند و با در نظر گرفتن عوامل مؤثر در فرسایش رودخانهای، شدت و کلاسهای فرسایشی رودخانه را تعیین کند. و در نهایت رابطه بین فرسایشپذیری رودخانه و اثر آن بر الگوهای رودخانهای را بررسی و تحلیل کند.
منطقه مورد مطالعه
رودخانه گرمی چای با 300 میلیون مترمکعب آبدهی سالانه، از کله گاه سرچشمه گرفته، به قزل اوزن ملحق میشود. بر روی این رودخانه سد گرمیچای تأسیس شده که تأمینکننده آب آشامیدنی و کشاورزی شهرستان میانه است. حوضه واحد هیدرولوژیک گرمی چای در مختصات جغرافیایی ²56. ¢26. °47 تا ²47. ¢48. °47 طول شرقی و ²45. ¢22. °37 تا ²58. ¢48. °37 عرض شمالی و در جنوب شرقی استان آذربایجان شرقی قرار گرفته است. طول رودخانه گرمیچای 55 کیلومتر است و ارتفاع آن در مبداء 2506 متر از سطح دریا برآورد شده است. مساحت این حوضه 1/61622 هکتار است و 34/1 درصد از مساحت استان آذربایجان شرقی را بهخود اختصاص داده است. دو ایستگاه هیدرومتری ساریقمیش و چیتاب در حوضه احداث شده است. الگوی حوضه طرح شبکه آبراههای مربع مستطیلی و تراکم شبکه آبراههای در این واحد هیدرولوژیک 36/0 کیلومتر در کیلومتر مربع است (شکل1).
شکل (1) نقشه موقعیت جغرافیایی رودخانه گرمی چای
سازندهای زمینشناسی در حوضه رودخانه گرمی چای با توجه به نقشه زمینشناسی (شکل A2) شامل میوسن، با 26 درصد و رسوبات کواترنری 53 درصد و بقیه سنگ‌های آذرین و دگرگونی میباشد. گسترش سازندهای کواترنری در مسیر رودخانه که عمدتاً بهصورت پادگانه‌های آبرفتی در حاشیه رودخانه وجود دارند، باعث شده است که قدرت فرسایشپذیری رودخانه بهعلت سست بودن این رسوبات بسیار زیاد شود. بنابراین حجم دبی رسوبی رودخانه زیاد بوده و همچنین بار معلق رودخانه زیاد است. بههمین دلیل رودخانه در بیشتر ایام سال گلآلود است. لیتولوژی این حوضه عمدتاً از رسوبات ولکانیکی، ماسه‌سنگ، کنگلومرا و تراسهای آبرفتی و جوان تشکیل میشود.
|
شکل (2) A: نقشه شیب به درصد B: نقشه زمینشناسی C: نقشه کاربری اراضی D: شاخصNDVI منطقه مورد مطالعه |
|
در این مطالعه، بهلحاظ مورفولوژی متفاوت رودخانه در بخشهای مختلف، مسیر مورد مطالعه به دو بخش تقسیم شده است، در تقسیم بازهها سعی شده که در تمام طول مسیر هر بخش با توجه به نقشههای توپوگرافی، نقشه زمینشناسی و تصاویر ماهوارهای منطقه مورد مطالعه از نظر فرایندهای مورفولوژیکی دارای تجانس نسبی باشد. بر همین اساس، رودخانه به دو بازه قبل از سد و بعد از سد طبقهبندی شده است. بازه قبل از سـد محدوده بالاتر از روستای لیوانلی تا محل سد گرمیچای را شامل مـیشود. قسمت اعظم این بخش در داخل مـحدوده کوهستانی قرار دارد و عرض رودخانه بهدلیل کوهستانی بودن و مقاومت تشکیلات زمینشناسی کم است، در این بخش در قسمت اعظم مسیر، رودخانه فقط یک مجرا دارد و از درهای باریک عبور میکند (شکل3، A). بخش بعد از سد محدوده، بین بعد از سد گرمیچای تا محل تلاقی گرمیچای با رودخانه قزلاوزن را شامل میشود. در این بخش عرض رودخانه بهدلیل کاهش ارتفاعات بیشتر میشود و در بخشهایی از مسیر مورد مطالعه، الگوی سیستم جریان، رودخانه به صورت شریانی دیده میشود. شستشوی زیاد و همگن در محدوده رسوبهای کواترنری باعث مستقیمتر شدن مسیر و افزایش سرعت جریان و تبدیل رودخانه از حالت مئاندری-شریانی به شریانی (رودخانه با جزایر متحرک) و سپس آناستوموزینگ (رودخانه با جزایر دایمی و پوشیده از علف و درختچه) شده و در نهایت باعث باز شدن قوس ها در این بخش شده است (شکل3، B).
شکل (3)-A: مسیربازه قبل از سد همراه با دوایر برازش شده بر پیچانها B: مسیر بازه بعد از سد همراه با دوایر برازش داده شده
مواد و روش
برای انجام این تحقیق از تصاویر ماهوارهای لندست، سنجنده ETM+ سال 2000، نقشههای توپوگرافی، زمینشناسی، کاربری اراضی و نقشه پوشش گیاهی مستخرج از شاخص NDVI استفاده شده است. در این مقاله برای بررسی الگوی رودخانه و فرسایشپذیری مسیر رودخانه روش کار تحقیق بهصورت طبقهبندی شده بهشرح ذیل ارایه میشود.
استخراج مسیر رودخانه
جهت آمادهسازی تصاویر برای تعبیر و تفسیر و کاهش خطاها، عملیات پیش پردازش بر روی تصاویر انجام گرفت. پیش پردازشهای اعمال شده شامل تصحیحات رادیومتریک، هندسی و ژئورفرنس نمودن تصاویر است. برای استخراج مسیر رودخانه از تصاویر سنجندهETM+ از تکنیکهای ترکیب رنگی تصاویر (RBG: باندهای 2-4-7) استفاده شد.
استخراج نقشه پوشش گیاهی
جهت استخراج نقشه پوشش گیاهی از شاخص NDVI بهرهگیری شد. شایان ذکر است که این شاخص یکی از کاربردیترین شاخصها در جهان است و در حد بسیار وسیع در مسایل مختلف بهکار میرود. شاخص NDVI نسبت به تغییر مقدار بیومس، مقدار کلروفیل و تنش در مقدار آب تاج پوشش واکنش نشان میدهد. شاخص NDVI اساسا بر پایه رفتارهای مختلف نمایش داده شده بهوسیله اختلاف در طول موجهای الکترومغناطیس گسیل شده از گیاهان است.
محاسبه شاخص NDVI براساس رابطه (1) صورت گرفت:
رابطه (1)
که در این رابطه NIR تشعشع ثبت شده در باند مادونقرمز نزدیک و Red تشعشع ثبت شده در باند مادون قرمز و دامنه تغییرات این شاخص بین 1و 1- است (رسولی، 1387: 275)، نتیجه این شاخص در شکل (2 D) آمده است.
ـ بررسی کمی شکل رودخانه
در مطالعه و بررسی رودخانهها، برای کمی کردن رفتار رودخانهها، تعیین الگو و تغییرات آن در طول زمان، باید مشخصات و معیارهای هندسی رودخانه استخراج و محاسبه گردد. برای بررسی پلان رودخانه، عملیات زیر صورت گرفت:
1ـ ترسیم خط مرکزی رودخانه[10]: نقشه محور رودخانه از روی تصاویر ماهوارهای و عکسهای هوایی تهیه کردیم، در تهیه نقشه مذکور ضمن اعمال دقت زیاد سعی گردید که نقاط وسط رودخانه در جهت طولی به هم متصل شوند. چون امکان رسم خطالقعر رودخانه ممکن نبود، در این مورد با توصیه محققانی از جمله بریس (1982)، فرگوسن (1973) و هوک (1983) برای بررسی پلان رودخانه خط مرکزی رودخانه مورد توجه قرار گرفت (اصغری، 1391: 45).
2ـ برازش قوسهای مماس بر پیچهای رودخانه: در عملیات مزبور سعی شد که، دوایر مماس شده بیشترین و بهترین تطابق را با قوس داشته باشـند بدین مـنظور تعداد 45 پیچانرود برای بخش قبل از سد و 39 پیچانرود برای بخش بعد از سد شناسایی گردید.
3ـ اندازهگیری طول موج یا طول پیچانرود[11] و طول دره: طول موج و طول دره رودخانه، دو معیار اصلی در طبقهبندی رودخانه و تعیین ضریب خمیدگی است. معمولاً بین این دو معیار همبستگی زیادی وجود دارد. روی نقشه محور رودخانه، ابتدا نقاط عطف یا نقاط تغییر انحنای محور رودخانه با دقت زیاد مشخص شد و هر دو نقطه عطف مربوط به یک قوس به یکدیگر متصل شد و طول پاره خط حاصله (وتر مقابل به قوس محور رودخانه) با دقت اندازهگیری گردید. این طول معادل نصف طول موج هر قوس رودخانه است. برای به دست آوردن طول دره نیز نقطه عطف یک قوس تا نقطه عطف قوس بعدی در روی مسیر محور رودخانه مشخص شد و با استفاده از نرمافزار برای هر قوس طول دره محاسبه گردید.
4ـ اندازهگیری شعاع قوسهای پیچانرود
5ـ محاسبه زاویه مرکزی[12] قوسها: زاویه مرکزی قوسهای زده شده بر روی هر کدام از بازهها با استفاده از رابطه (2) محاسبه شد: رابطه (2)
در این رابطه Aزاویه مرکزی، R شعاع دایره برازش داده شده است.
6ـ محاسبه ضریب سینوزیته[13]: با استفاده از رابطه (3) اندازه ضریب خمیدگی برای هر قوس محاسبه شد.
رابطه (3)
که در این رابطه S ضریب خمیدگی، L طول قوس، نصف طول موج است.
ـ تحلیل نیمرخ طولی
با توجه به این که متغیرهای زیادی در شکل و تکامل نیمرخ طولی موثر هستند (مانند تغییرات دبی، ابعاد بار بستر، مقاومت لیتولوژیکی بستر، ورود شاخههای فرعی و حرکات تکتونیکی، تغییرات نیروهای رودخانهای) و با تغییر هر یک از این متغیرها شکل و الگوی نیمرخ طولی نیز تغییر خواهد کرد (روستایی و نیری، 1390؛ بیاتی خطیبی و حیدرزادگان، 1384) به همین دلیل جهت بررسی عوامل موثر بر الگوی رودخانه نیمرخ طولی رودخانه با استفاده از مدل رقومی ارتفاعی (DEM) تهیه شده و با توابع نرمافزار ARC Map ترسیم گردید. شیب رودخانه نیز در هر دو بخش با روش درون‌یابی از طریق رابطه (4) محاسبه شد.
رابطه (4)
در این رابطه، اختلاف ارتفاع و مسافت بین دو نقطه.
ـ تحلیل فرسایشپذیری مسیر رودخانه
جهت محاسبه فرسایشپذیری رودخانه لایههای زمینشناسی (شکل2 A)، شیب (شکل2 B)، پوشش گیاهی (شکل2 D)، کاربری اراضی (شکل2 C)، نقشه لیتولوژی، نقشه مسیر رودخانـه و نـقشه آبراههها در نرمافزار Arc GIS تهیه شد. مراحل کار بدین صورت است که ابتدا نقشه رقومی زمینشناسی در سیستم GIS وارد شد. سپس نقشه شیب در 5 کلاس 0-5، 5-10، 10-30، 30-45 و بیشتر از 45 درصد تهیه گردید. سپس این دو نقشه با نقشه پوشش گیاهی و نقشه آبراهه‌های منطقه مورد مطالعه همپوشانی گردید. در مرحله بعد براساس خصوصیات کانی‌شناسی و یا نهشته‌ای هر واحد سنگی (طبقهبندی سنگها براساس درجه سختی آنها) (فیضنیا، 1374) تعیین شد و سپس فرسایشپذیری واحدهای سنگی براساس جدول (1) در پنج کلاس کیفی، کم، کم تا متوسط، متوسط، متوسط تا زیاد، و زیاد با رعایت اولویت به ترتیب لیتولوژی، شیب منطقه، میزان و نوع پوشش گیاهی در هر کلاس طبقهبندی شد. به‌عنوان مثال، گرانیت به‌عنوان سنگی با فرسایشپذیری کم و مارن در شیب بالای 30 درصد به‌عنوان کلاس فرسایشپذیر زیاد قرار گرفت و در صورت وجود پوشش گیاهی متراکم و جنگلی، یک کلاس فرسایش طبقه پایین در نظر گرفته شد (میزان فرسایشپذیری کم بهدلیل پوشش گیاهی متراکم). بقیه واحدهای سنگی نیز با توجه به شیب و پوشش گیاهی بهطریق گفته شده طبقهبندی شد. در نهایت بر حسب درصد طول مسیر رودخانه و میزان تراکم هیدرولوژیکی رودخانه و میزان گسترش هر سازند در هر طبقه میزان فرسایشپذیری تعیین گردید. در مرحله بعد برای تعیین میزان فرسایش کل رودخانه برای هر یک از مقادیر کیفی با توجه به جدول (1) امتیاز یک تا پنج داده شد. هر یک از اعداد به عدد مربوط در هر دسته ضرب میشود و عدد حاصل،امتیاز فرسایش رودخانه را تعیین میکند. در آخرین مرحله تحقیق، با بررسی نتایج حاصل از انجام بازدیدهای میدانی و مقایسه نتایج مدلها و روشهای کمی استفاده شده در تحقیق، نتیجهگیری نهایی ارائه شد.
جدول (1) نحوه امتیازدهی مقادیر کیفی
|
مقادیر کیفی فرسایشپذیری |
کم |
کم تا متوسط |
متوسط |
متوسط تا زیاد |
زیاد |
|
امتیاز |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
بحث و نتایج
ـ اندازهگیری طول موج و شعاع حلقههای پیچانرودی
مقدار میانگین حسابی و انحراف معیار آن برای هر دو بخش محاسبه شد و نتیجه آن در جدول (2) ارائه شده است.
جدول (2) مقادیر میانگین حسابی و انحراف معیار طول پیچانرود گرمیچای به تفکیک بازهها
|
طول‌موج |
بازه قبل از سد |
بازه بعد از سد |
شعاع قوسها |
بازه قبل از سد |
بازه بعد از سد |
|
میانگین |
7/87 |
9/255 |
میانگین |
4/41 |
6/133 |
|
حداکثر |
378 |
662 |
حداکثر |
126 |
316 |
|
حداقل |
13 |
64 |
حداقل |
5/6 |
50 |
|
انحراف معیار |
8/75 |
6/151 |
انحراف معیار |
2/29 |
2/72 |
با توجه به اطلاعات ارائه شده در جدول (2) ملاحظه میشود که متوسط طول موج و شعاع حلقهها در بخش بعد از سد بسیار بیشتر از بخش قبل از سد است و بین این دو بخش اختلاف چشمگیری دارند. بالا بودن اندازه طول موج و شعاع حلقهها در بازه بعد از سد، به علت فرسایشپذیری و قدرت جابهجایی بالای رودخانه در بخش سوم است چون بخش بعد از سد در دشت واقع شده است، بنابراین رودخانه میتواند زیاد جابهجا شود. وجود فضای کافی برای جابهجایی رودخانه و همچنین گسترش سازندهای فرسایشپذیر مخصوصاً سازندهای کواترنری همچون پادگانه‌های آبرفتی و فرسایشپذیر بودن آنها، باعث افزایش طول‌موج رودخانه میشود (اشکال 5 و 6).
|
شکل (5) تغییرات طول‌موج پیچان‌رودها در گرمیچای |
شکل (6) تغییرات شعاع قوسهای پیچان‌رودها گرمیچای( بازه قبل از سد از شماره 1 تا 45 و بازه بعد از سد از 46 تا 84) |
بررسی پیچانها با استفاده از شاخص ضریب خمیدگی
براساس جدول (3) در بخش قبل از سد میانگین ضریب خمیدگی 79/1 بهدست آمد و بنابراین میتون گفت که 84 درصد این بخش خمیدگی زیادی دارد، خمیدگی کم در این بخش دیده نشد، خمیدگی خیلی زیاد، 13 درصد قوسها را تشکیل میدهد و خمیدگی کمتر از 2/1 نیز در 2 درصد بخش دیده میشود. بنابراین الگوی این بازه خمیدگی زیادی دارد، که از ویژگیهای رودخانههای مئاندری است. در بخش بعد از سد، میانگین ضریب خمیدگی 83/1 بهدست آمد، 97 درصد این بخش خمیدگی زیاد دارد، خمیدگی کم و خمیدگی خیلی زیاد در این بخش مشاهده نشد و خمیدگی کم نیز 5/2 درصد این بخش را تشکیل میدهد و خمیدگی کمتر از 2/1 در آن نیز دیده نمیشود. الگوی این بخش نیز الگوی مئاندری است و شاخص ضریب خمیدگی نیز در این بازه این الگو را نشان میدهد. این بخش بهدلیل داشتن تشکیلات فرسایشپذیر و شیب کم تغییرات زیادی را در مسیر مجرا میپذیرد و به علت دارا بودن مواد سیلابی اغلب تحت اشغال کشاورزان قرار میگیرد.
جدول(3) مشخصه های مقادیر ضریب خمیدگی رودخانه گرمیچای
|
مسیر مطالعاتی |
>2/1 |
2/1تا4/1 |
5/1تا 2 |
2 تا 8/2 |
میانگین |
حداکثر |
حداقل |
انحراف معیار |
الگوی مجرا |
|
الگوی مجرا |
مستقیم |
خمیدگی کم |
خمیدگی زیاد |
خمیدگی خیلی زیاد |
|||||
|
بازه قبل از سد |
2/2% |
0 |
4/84% |
4/13% |
79/1 |
15/2 |
15/1 |
19/0 |
پیچانرودی |
|
بازه بعد از سد |
0 |
56/2% |
44/97% |
0 |
83/1 |
96/1 |
2/1 |
14/0 |
پیچانرودی |
بررسی شکل بازهها با استفاده از شاخص زاویه مرکزی
براساس جدول (4) در بخش قبل از سد 3/33 درصد قوسها مربوط به الگوی پیچانرودی توسعهنیافته و 2/62 درصد آن مربوط به قوسهای الگوی پیچانرودی توسعهیافته است و الگوی پیچانرودی زیاد توسعهیافته نیز 5/4درصد این بخش را تشکیل میدهد و کمترین فراوانی مربوط به الگوی جریان شبه پیچانرود است و این در حالی است که الگوی نعل اسبی در این بخش دیده نمیشود. بنابراین، میزان توسعه پیچانرودی در این بخش به شکل پیجانرود توسعه یافته و یا در حال توسعه میباشد.
جدول (4) مشخصههای مقادیر زاویه مرکزی و میزان توسعه پیچانرودهای رودخانه گرمیچای
|
|
شبه پیجانرود |
پیچانرود توسعه نیافته |
پیچانرود توسعهیافته |
پیچانرود زیاد توسعهیافته |
نعل اسبی |
میانگین |
حداکثر |
حداقل |
انحراف معیار |
شکل بازه |
|
زاویه مرکزی |
<41 |
41- 85 |
85- 158 |
296-158 |
296> |
|||||
|
قبل از سد |
0 |
3/33% |
2/62% |
5/4% |
0 |
5/102 |
1/164 |
53 |
8/28 |
پیچانرودی |
|
بازه بعد از سد |
0 |
89/35% |
41/56% |
69/7% |
0 |
8/104
|
2/187 |
4/45 |
5/33 |
پیچانرود توسعهیافته |
در بخش بعد از سد 8/35 درصد قوسها مربوط به الگوی پیچانرودی توسعهنیافته و 4/56 درصد قوسهای این بخش نیز الگوی پیچانرودی توسعهیافته را دارد و الگوی پیچانرودی زیاد توسعهیافته نیز 6/7 درصد این بخش را تشکیل میدهد. الگوی شبه پیچانرود و نعل اسبی در این بخش دیده نمیشود. بنابراین میزان توسعه پیچانرودی در این بخش به شکل پیجانرود توسعه یافته و یا توسعهنیافته میباشد.
بررسی پروفیل طولی رودخانه
برای بررسی پروفیل طولی بستر رودخانه از مدل رقومی ارتفاع (DEM) استفاده شده است. بررسی نیمخ طولی رودخانه در هر دو بخش نشان میدهد که رودخانه تقریباً دارای نیمرخ مقعر است و شیب از بالادست به‌طرف پایین‌دست کاهش مییابد (شکل 7 َA و B). پروفیل کاوگونه، حالت ویژه رودخانههایی است که نیروهای بازدارنده آنها به حالت تعادل رسیده است (مقصودی و همکاران، 1389). تغییر حالتی در پروفیل طولی دو بخش دیده نمیشود و این تغییرات حالت بهنجار دارد و گویای روند منظم و مشخص در عوامل تأثیرگذار در فعالیتهای مورفولوژیکی رودخانه است. با توجه به نقشه زمینشناسی و گسترش سازندهای با مقاومت فرسایشی تقریباً یکسان در هر دو بخش باعث ایجاد شکل بهنجار در نیمرخ طولی رودخانه شده است. البته در هر دو نیمرخ طولی عدم یکنواختی دیده میشود؛ محققان عدم یکنواختی پروفیل طولی را به تغییرات ناشی از لیتولوژیکی نسبت دادهاند و به این نتیجه رسیدهاند که حتی وقتی رودخانه در بستر آبرفتی جاری باشد، چنین عدم برابری بهوجود میآید که بهوسیله مناطق کم عمق با جریان سریع و عمیق با جریان آرامتر مشخص میشوند (روستایی و نیری به نقل از آلن کلاو و پیتر کامفورت، 1987). با توجه به این که تغییرات شیب طولی رودخانه از فعالیت‌ها و جابهجاییهای تکتونیکی ناشی میشود (مددی و همکاران، 1383)، لذا به تغییرات شیب حساس است و از عدم عملکرد گسل‌ها بهطور مستقیم در هر دو بخش حکایت میکند چون گرادیان شیب رودخانه در هیچ قسمتی تغییر نرمال نداشته و با شیب ملایم به‌طرف پایین‌دست جریان دارد. شیبهای بهدست آمده در بخش قبل از سد و بعد از سد به ترتیب 0456/. و 0131/. میباشد که روند نزولی و نزدیک به هم را دارد و حالت تقریباً نرمال و عادی را در طی مسیر نشان میدهد.
شکل (7) A: نیمرخ طولی رودخانه دربازه قبل از سد B: نیمرخ طولی رودخانه د ربازه بعد از سد
تعیین مناطق فرسایشپذیری بازههای مورد مطالعه در رودخانه گرمیچای
عمل فرسایش رودخانه به دو صورت کلی فرسایش قائم و فرسایش جانبی رخ میدهد. در ابتدا فرسایش قائم رودخانه زیاد است. همچنین در این قسمت ظرفیت حمل رسوب آن بیش از مقدار موادی است که در اختیارش قرار میگیرد. به تدریج بار رسوبی رودخانه افزایش مییابد تا جاییکه مقدار موادی که دریافت و حمل میکند، در حد ظرفیت آن خواهد بود، در این حالت دوره فرسایش قایم و سریع رودخانه به پایان میرسد و فرسایش آن بیشتر از نوع جانبی میشود. نیمرخ طولی رودخانه در چنین وضعیتی در حال تعادل بوده که شیب آن از بالا به پایین کاهش می یابد. به نحوی که در نزدیکی دهانه به سطح افقی مماس میشود (حافظی مقدس و همکاران به نقل از پترسون، 1986). چـنین مکانیسمی در مطالعات صحرایی و در بررسی نـیمرخ طولی رودخانه گرمیچای بهوضوح قابل مشاهده است. فرسایش تودهای در قسمتهای مختلف ساحل رودخانه موجب عریض شدن سریع آبراهه و ورود آبهای زیاد به درون آن میشود.
در اشکال (8 A و B) مناطق فرسایشپذیر گرمیچای در 5 کلاس کم، کم تا متوسط، متوسط، متوسط تا زیاد و زیاد مشخص گردید. مناطق فرسایشپذیر متوسط تا زیاد و زیاد عمدتاً منطبق بر مناطقی هستند که دارای تشکیلات حساس به فرسایش (عمدتا رسوبهای کواترنری)، فاقد پوشش گیاهی مناسب و متراکم، مناطق منطبق بر تصرف حریم بستر رودخانه و ساخت و ساز (عمدتاً سدسازی) و توسعه اراضی کشاورزی در حاشیه رودخانهها و شیب تند دیوارههای مشرف به رودخانه هستند که باعث ایجاد حرکات دامنهای (ریزش و لغزش) به بستر رودخانه میشوند. باید توجه داشت که استراتژی های مدیریتی در بستر و حوضه رودخانهها نیز ممکن است باعث افزایش فرسایش در سواحل رودخانهها شود (کومیتی و همکاران، 2011). عملیات سدسازی نیز به همین نحو عمل میکند. با توجه به اشکال (8 A و B) میزان فرسایشپذیری در اطراف سد گرمیچای علاوه بر عوامل ذکر شده در فرسایشپذیری مناطق مختلف گرمیچای، عملیات سد سازی نیز متأثر است که باعث ناپایدار شدن سواحل و کنارههای رودخانه شده است و در بیشتر نقاط مشرف به سد گرمیچای فرسایش تودهای دیده میشود. فرسایش تودهای، موجب عریض شدن سریع بستر رودخانه گشته، مواد رسوبی را برای حمل رودخانه آماده میکند. حمل مواد رسوبی باعث ایجاد الگوهای خاص در رودخانه میشود، بنابراین با توجه به ویژگیهای خاص ژئومورفیک رودخانه گرمیچای، فرسایش کناری و ایجاد انواع الگوهای رودخانهای (پیچانرودی، شریانی و آناستوموزینگ) بهصورت مستمر در جای جای رودخانه در حال وقوع است. باید توجه داشت که ایجاد الگوهای متفاوت رودخانه در گرمیچای در نواحی دشتی تحت تأثیر فرایندهای تدارک دبی، و دبی رسوبی تحت تأثیر فرسایش کناری است. در حالی که در نواحی کوهستانی الگوهای رودخانه عمدتاً تحت تأثیر فاکتورهای زمینشناسی است و بهعلت مقاومت تشکیلات زمین شناسی فرسایش کناری بسیار محدود است.
بدیهی است که مناطق مشخص‌شده در بخشهای مورد مطالعه به‌عنوان مناطق فرسایشپذیر میتواند جهت شناسایی مناطق الویت دار برای حفاظت مورد بررسی قرار گیرد.
شکل (8) A: نقشه مناطق فرسایشپذیری بازه قبل از سد B: نقشه مناطق فرسایشپذیری بازه بعد از سد
تعیین درصد طول آبراهه تحت تأثیر فرسایش و میزان فرسایش کل رودخانه
با اولویت قرار دادن نقش عوامل مؤثر بر فرسایش بر اساس روش تشریح شده در قسمت مواد و روشها، میزان فرسایشپذیری رودخانه تعیین شد. نتایج حاصل در جدول (5) نشان داده شده است. بر اساس اطلاعات این جدول فرسایش کم تا متوسط درصد بسیارکمی از رودخانه گرمیچای را شامل میشود که عمدتاً در بخش قبل از سد که فرسایشپذیری تشکیلات زمینشناسی در آن کم است واقع شده است و فرسایش متوسط 23 درصد رودخانه را شامل میشود. نکته مهم در جدول این است که فرسایش متوسط تا زیاد 43 درصد و فرسایش زیاد 27 درصد مسیر رودخانه را شامل میشود. این واقعیت نشان‌دهنده این است که میزان فرسایش در رودخانه گرمیچای بهدلیل وجود پوشش گیاهی کم و گسترش تشکیلات کواترنری حساس به فرسایش، زیاد است و مقابله جدی و فوری در این زمینه را می‌طلبد. فرسایشهای زیاد و متوسط در نواحی دشتی و بخصوص در نواحیای که پوشش گیاهی را کشاورزان قطع کرده و به‌جای آن مزارع کشاورزی احداث کردهاند، زیاد دیده میشود. در این نواحی بهدلیل عدم توجه به ویژگی های اصولی کشت میزان فرسایش نسبتاً زیاد است.
جدول (5) درصد طول آبراهه تحت تأثیر میزان فرسایش در رودخانه گرمی چای
|
نام رودخانه |
کم |
کم تا متوسط |
متوسط |
متوسط تا زیاد |
زیاد |
|
گرمیچای |
4 |
3 |
23 |
43 |
27 |
میزان فرسایشپذیری کل رودخانه نیز بهصورت زیر بهدست آمد.
رابطه (5) 346=(5´27)+(4´43)+(3´23)+(2´3)+(1´4)=T
که در این رابطه، T فرسایشپذیری کل رودخانه است.
امتیاز فرسایشپذیری کل رودخانه 346 بهدست آمد. بدیهی است که بررسی میزان فرسایشپذیری رودخانه و امتیاز کلی نشان‌دهنده این است که میزان فرسایشپذیری رودخانه حالت زیاد و بحرانی دارد.
نتیجهگیری
نتایج تحقیق نشان میدهد که متوسط طول موج و شعاع حلقهها در بخش بعد از سد بسیار بیشتر از بخش قبل از سد است و این دو بخش از این لحاظ دارای اختلاف چشمگیری هستند. الگوی رودخانه در هر دو بخش، الگوی مئاندری است و میزان خمیدگی در بخش بعد از سد بیشتر از بازه قبل از سد میباشد. در بخش قبل از سد میزان توسعه پیچانرودی به شکل پیجانرود توسعه یافته و یا در حال توسعه است. ولی در بخش بعد از سد، میزان توسعه پیچانرودی به شکل پیجانرود توسعهیافته و یا توسعهنیافته میباشد. بررسی نیمرخ طولی رودخانه در هر دو بخش نشان میدهد که رودخانه تقریباً دارای نیمرخ مقعر است و شیب از بالادست به‌طرف پایین‌دست کاهش مییابد. نیمرخ کاوگونه حالت ویژه رودخانههایی است که نیروهای بازدارنده آنها به حالت تعادل رسیده است. نتایج بررسی فرسایش پذیر نشان داد که مناطق فرسایشپذیری متوسط تا زیاد و زیاد عمدتاً منطبق بر مناطقی است که دارای تشکیلات حساس به فرسایش (عمدتاً رسوبهای کواترنری)، عدم وجود پوشش گیاهی مناسب و متراکم، مناطق منطبق بر تصرف حریم بستر رودخانه و انجام ساخت و ساز (عمدتاً سدسازی) بر روی آن و مناطق وقوع توسعه اراضی کشاورزی در حاشیه رودخانهها و دارای شیب تند دیوارههای مشرف به رودخانه میباشند و این امر باعث ایجاد حرکات دامنهای به بستر رودخانه میشود. درصد طول آبراهه تحت تأثیر میزان فرسایش در گرمیچای زیاد است و بیشترین فراوانی مربوط به دسته کیفی متوسط تا زیاد و زیاد میباشد.
همانطوری که نتایج محققان دیگر نیز نشان میدهد با ایجاد سد در حوضههای رودخانه و ایجاد تغییرات شدید در زمینهای اطراف سدها، و بهرهبرداری از منابع بستر و اطراف رودخانه برداشت (سنگ، شن، ماسه و رس) بهعلت از بین رفتن مقاومت ذرات، میزان فرسایش کناری در محدودههای اطراف سدسازی شدیداً افزایش پیدا میکند و میزان رسوب منتقل شونده به جریان رودخانه افزایش پیدا میکند و موجب از بین رفتن تعادل رسوبی رودخانه میشود و چون جریان رودخانهای قادر به حمل همه رسوبهای موجود نیست، رسـوبگذاری در بخشهای مختلف رودخانـه با توجه بـه مورفولوژی و شیب بستر رودخانـه اجتنابناپذیر میشود. رسوبگذاری در بستر رودخانه باعث تغییر الگوی رودخانه میشود و الگوهای جدید را با توجه به مورفولوژی منطقه (شکلگیریهای جدید یا از بین رفتنها در مسیر، شکلگیریهای چند و یا ایجاد نیمکتهای شنی در بخشهای مختلف مسیر) شکل میدهد.
این تحقیق در پی آن بود که شکلگیری الگوهای مختلف رودخانهای را با توجه به فرسایشپذیری مسیر رودخانه تحلیل بکند به این دلیل که فرایندهای مربوط به رودخانه نقش و عواملی مانند دبی و رسوب، از عوامل عمدهای در شکلگیری الگوی رودخانهای میباشند اما تغییراتی که انسانها در حوضهها و مسیر رودخانه ایجاد میکنند، موجب میشود که تفسیر شکلگیری طبیعی این حالت در شبکههای رودخانهای بسیار مشکل گردد. بـه این دلیل که تغییراتی خارج از شـرایط طبیعی در حوضهها و مسیر رودخانه اتفاق میافتد که مدلیزه کردن رفتار رودخانه با استفاده از روشها و مدلهای کمی بسیار سخت میشود و گاهی نتایجی متناقض و یا غیرواقعی نشان میدهد.
)