تحلیل الگو و فرسایش‌پذیری مسیر رودخانه گرمی‌چای

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.



[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

منابع
ـ احمدیان یزدی، محمدجواد (1380)، بررسی نقش پوشش گیاهی در کنترل فرسایش کناری پیچانرود تجن هریرود، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.
ـ اصغری، صیاد (1391)، بررسی روند تغییرات تکاملی رودخانه قزل اوزن با استفاده از مدل های فلوویال (محدوده بین ‏‏30 کیلومتری شهرستان میانه تا مرز سیاسی استان زنجان)، رساله دکتری جغرافیایی طبیعی، گرایش ‏ژئومورفولوژی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تبریز.‏
ـ بیاتی خطیبی، مریم؛ حیدرزادگان، پروین (1384)، تعیین مراحل تحول ژئومورفولوژیکی دره های نواحی کوهستانی با روش­های کلاسیک و ریاضی، مطالعه موردی: یازده حوضه و دره اصلی توده کوهستانی سهند، مجله جغرافیا و توسعه، شماره 5، صص110-85..
ـ حافظی مقدس، ناصر؛ سلوکی، حمیدرضا؛ جلیلوند، رضا؛ رهنماراد، جعفر (1391) مطالعه ژئومورفولوژی مهندسی رودخانه سیستان، فصلنامه زمین­­شناسی کاربردی، شماره 1، صص 18-1.
ـ رضایی مقدم، محمدحسین؛ ثروتی، محمدرضا؛ اصغری سراسکانرود، صیاد (1391)، تحلیل وضعیت پایداری مجرای رودخانهقزل­اوزن با استفاده از روش­های تنش برشی، شاخص مقاومت نسبی بستر و مطالعات صحرایی، پژوهش­های ژئومورفولوژی کمّی، شماره 1، صص 46-23.
ـ رضایی مقدم، محمدحسین؛ محمدی­فر، عادل؛ خلیل ولیزاده، کامران (1391)، آشکارسازی تغییرات کناری و شناسایی مناطق خطر رودخانه آجی­چای در محدوده خواجه تا ونیار، مجله جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، شماره 4، صص20-1.
ـ روستایی، شهرام؛ نیری، هادی (1390)، تحلیل کمی تأثیر لیتولوژی و تکتونیک بر پروفیل طولی رودخانه در حوضه آبریز رودخانه مهاباد، جغرافیا و توسعه، شماره 24، صص 153-137.
ـ رسولی، علی­اکبر( 1387)، مبانی سنجش از دور کاربردی با تأکید بر پردازش تصاویر ماهواره­ای، انتشارات دانشگاه تبریز، چاپ اول، 780 صفحه.
ـ ساسانی، فاطمه؛ افضلی مهر، حسین؛ حیدرپور، منوچهر (1384)، بررسی تأثیر فاکتور تنش برشی بر تغییر مکان­های جانبی در طول بازه­های قوس­دار در یک رودخانه درشت دانه، پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران، 17 لغایت 19آبان 1384، دانشگاه شهید باهنر کرمان صص 570-563.
ـ غفاری، گلایه؛ سلیمانی، کریم؛ مساعدی، ابوالفضل (1385)، بررسی تغییرات مورفولوژی کناری آبراهه با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی (بابلرود مازندران)، پژوهش­های جغرافیایی، شماره 57 ، صص 71-61.
ـ فیض­نیا، سادات (1374)، مقاومت سنگ­ها در مقابل فرسایش در اقالیم مختلف ایران، مجله منابع طبیعی ایران، شماره 47، صص 116-95.
ـ کرمی، فریبا (1386)، عوامل موثر در فرسایش کناره­ای رودخانه (نمونه موردی: حوضه زهکشی سعیدآبادچای)، فضای جغرافیایی، شماره 18، صص178-159.
ـ مددی، عقیل؛ رضایی مقدم، محمد حسین؛ رجائی، عبدالحمید (1383)، پژوهشی در تکامل ژئومورفولوژی دریاچه نئور (شمال غرب ایران- منطقه اردبیل)، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، شماره 618، صص 44-21.
ـ مقصودی، مهران؛ شرفی، سیامک؛ مقامی، یاسر (1389)، روند تغییرات مورفولوژیکی رودخانه خرم­آباد با استفاده از RS، GIS وAuto Cad، فصلنامه مدرس علوم انسانی، شماره 68، صص 294-275.
ـ نوحه­گر، احمد؛ یمانی، مجتبی (1382)، بررسی وضعیت ژئومورفولوژیکی پیچان­رود و نقش آن در فرسایش بستر و کناره­های رودخانه میناب (پایین دست میناب)، پژوهش­های جغرافیائی، شماره 51 ، صص  85-65.
- Afzalimehr, H., Dey, S., (2009), Influence of bank vegetation and gravel bed on velocity and Reynolds stress distributions. International Journal of Sediment Research, (24): pp 236-246.
- Belmont, P., Gran, K.B., Schottler, S.P., Wilcock, P.R., Day, S.S., Jennings, C., Lauer, J.W. Viparelli, E., Willenbring, J.K., Engstrom, D.R., Parker, G., (2011), Large shift in source of fine sediment in the Upper Mississippi River. Environmental Science and Technology, 45: pp 8804–8810.
- Bertrand, F., papanicolaou, A.N., (2009), Effects of freezing and thawing process on bank stability. World Environmental and Water Resources Congress. Great Rivers, pp 6480-6488.
- Comiti, F., Da Canal, M., Surian, N., Mao, L., Picco, L., Lenzi, M.A., (2011), Channel adjustments and vegetation cover dynamics in a large gravel bed river over the last 200 years, Geomorphology, 125 (1): pp 147- 159.
- Darby, S.E., Thorne, C.R.,(1996), Development and testing of river bank-Stability analysis. Journal Of Hydraulic Engineering, 122(8): pp 443-454.
- Day, S.S., Gran, K.B., Belmont, P., Wawrzyniec, T., (2013), Measuring bluff erosion part 2: pairing aerial photographs and terrestrial laser scanning to create a watershed scale sediment budget. Earth Surface Processes and Landforms. http://dx.doi.org/10.1002/esp.3359.
- Kessler, A.C., Satish, C., Melinda, K., (2013), Assessment of river bank erosion in Southern Minnesota rivers post European settlement, Geomorphology (2013), http://dx.doi.org/10.1016/j.geomorph.2013.07.006.
- Kessler, A.C., Gupta, S.C., Dolliver, H.A.S., Thoma, D.P., (2012), Lidar quantification of bank erosion in Blue Earth County, Minnesota. Journal of Environmental Quality, 41: pp 197–207.
- Minghui, YU., Hongyan, WEI., Yanjie, L., Chunyan, H.U., (2010), Study on the stability of non-cohesive river bank, International Journal of Sediment Research, 25, (4): pp 391–398.
- Thorne, C.R., Tovey, N.K., (1981), Stability of composite river banks. Earth Surface Processes and Landforms, 6(5): pp 469-484.
- Tiron, L.J., (2009), Flow and sediment process in a cutoff meander of the Danube delta during Episodic flooding, Geomorphology, 106 (3-4): pp 186-197.
- Tokaldany, E.A., Darby S.E., Tosswell, P., (2007), Coupling bank stability and bed deformation models to predict equilibrium bed topography in river bends, Journal of Hydraulic Engineering, 133(10): pp 1167-1170.
- Wolman, M.G., (1967), A cycle of Sedimentation and erosion in urban river channels. Geografiska Annaler, 49: pp 385-395.