Authors
Abstract
Estimates of Erosion Sediment of Gavi River Catchment Using Mpsiac Method in GIS Environment
Davood Mokhtari[1]
Fatemeh Mohammazadeh Golani[2]*
Mohammadreza Nikjoo[3]
Shamsollah Asghari[4]
Abstract
Gavi river catchment is located in the south west of Ilam city covering the area of 460 km² where different types of erosion incidences are noticeable therefore, estimating the amount of erosion and deposition is essential for soil and water conservation projects. The method of this study is based on litrature review, field and empirical models of erosion and sedimentation estimation. Empirical model of MPSIAC whit considers the most effective parameters in erosion and sediment is used as a chosen technique and the environmental parameters are analyzed in this format. At the end the results were compared to Bajk strait sediment station. GIS software is used to prepare the information layers. The results show that MPSIAC model is a good model in this area, because as a sample, the estimated amount of sediment in the area using MPSIAC model was 20.453 tons per square kilometer of sediment per year and estimated sediment in hydrometeric station of Bajak strait is 23.460 tons per year. It was also observed that the estimated sediment in this basin is in erosional Class4 and in terms of quality classification, erosion is in high level and according to the definition of this level it can be said that in this basin the relocation of the soil particles (dust) is in a rate that accomplishment of soil and water conservation programs should be in priority and lands usage should be limited.
Keywords: Gavi catchment, Erosion and sediment, MPSIAC, GIS.
[1]- Professor of Geomorphology, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
[2]- Master Student of Geography, University of Tabriz, Tabriz, Iran, Email:fa.mohammadzade@yahoo.com.
[3]- Associate Professor of Geomorphology, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
[4]- Lecture of Agricultural Research Center of Ilam Province.
Keywords
مقدمه
زمین از بدو پیدایش، در اثر نیروهای درونی و بیرونی دایماً در حال تحول و دگرگونی بوده است (رجایی، 1373). یکی از عواملی که موجب تغییر و تحول در نقاط مختلف زمین شده پدیدهی فرسایش میباشد که امروزه در تمام جهان به عنوان خطری برای رفاه بشر و بلکه حیات او شناخته شده است. امروزه تعیین بار رسوبی حوضهها برای استفاده در طرحهای توسعهی عمرانی ـ اقتصادی یک ضرورت است. معمولاً سیستم رسوبدهی یک حوضه، بسیار پیچیده و در عین حال دارای تغییرپذیری زمانی و مکانی است و همچنان به منزلهی یک چالش بزرگ پیش روی محققان در این زمینه باقی مانده است (هسو و همکاران[1]، 2012). اگرچه واژهی فرسایش در قرن نوزدهم برای عموم شناخته شده بود، اما واژهی فرسایش خاک بعداً وارد فرهنگ واژگان شد و در قرن بیستم مورد استفاده عمومی قرار گرفت (بیاتیخطیبی، 1382). از لحاظ ژئومورفولوژی حصارهای کوهستانی، محیط شکلزایی در سرزمین ایران را پر انرژی ساخته و در نتیجه به قدرت فرایندهای فرسایشی در این سرزمین افزودهاند (علاییطالقانی، 1388) در ژئومورفولوژی از فرسایش به عنوان یک فرایند نام برده میشود (شایان، 1390). فرآیند فرسایش شامل سه مرحلهی بـرداشت، حمل و رسوبگذاری است (مایر و همکاران[2]، 1969). به طور کلی فرسایش فرایندی است که طی آن ذرات خاک از بستر اصلی خود جابجا شده و به کمک یک عامل انتقال دهنده به مکانی دیگر حمل میشوند. در صورتی که عامل جدا کنندهی ذرات از بستر و انتقال آنها به مکانی دیگر آب باشد به آن فرسایش آبی گفته میشود (علیزاده، 1390). هر ساله بالغ بر 20 تا 52 میلیارد تن رسوب توسط رودخانههای جهان انتقال مییابد و در آبهای ساکن تهنشین میشود (فیضنیا و همکاران، 1381). برآورد رسوب رودخانه نیز از جمله مسایل مهم و کاربردی در مدیریت منابع آب میباشد (احمدی و همکاران، 1391). برآورد صحیح از خطر فرسایش و مشخص کردن مناطق حساس به فرسایش در بهبود توصیههای مدیریت اراضی و مقابله با فرسایش با روشهای مختلف نقش مهمی دارد (ویکتورا و همکاران، 1998).
اولین گزارش نسبتاً کامل در مورد فرسایش خاک و لزوم حفاظت آب و خاک در ایران در سال 1327 توسط داون و ریبن کارشناسان فائو به زبان انگلیسی تهیه و منتشر شد. روش پسیاک برای اولین بار در ایران در سال 1352 در حوضهی آبریز سد دز استفاده شد. سپس با توجه به دقت نسبتاً خوب آن در مقایسه با سایر روشها و مدلهای تجربی در برخی از حوضههای آبریز کشور مانند دوخواهران، کهیر، زاینده رود، هلیل رود، دز، سروان، زیردان و اوزن دره مورد استفاده قرار گرفت. مومیپور (1383)، دو مدل فرسایش MPSIAC، RUSLEبا استفاده از دادهای دورسنجی و GIS در زیرحوضهی اوجان چای را مورد مقایسه قرار داده، نتیجهی نهایی مبین این واقعیت است که مدل MPSIACدر شرایط محیطی حوضه، نتایج قابل قبولتری نسبت به دیگر مدل را دارد. عاقلی کهنهشهری و صادقی (1384)، در مقالهای با مرور بر آثار مستقیم و غیرمستقیم فرسایش خاک، هزینههای فرسایش خاک را محاسبه کردند. علیزاده گرجی (1385)، برآورد فرسایش و رسوب با استفاده از مدل MPSIACدر محیط GIS حوضهی کلیجا نستاق را مورد بررسی قرار داده و به این نتیجه رسید که مدل ام پسیاک کاربرد قابل قبولی برای بررسی فرسایش و رسوب حوضهی مورد مطالعه را داشته است. منصوری دانشور و همکار (1391)، خیام و همکاران (1392)، در مقالهای تحت عـنوان مقایسهی کارایی مدلهای MPSIAC و EP، به این نتیجه رسیدند که مدل MPSIAC با دقت 31/98 درصد رسوب حوضه را برآورد نموده است این در حالی است که مدل EPMتنها 4/75 درصد رسوب مشاهدهای حوضه را با متوسط شدت تولید رسوب 5133/111 تن بر هکتار در سال محاسبه نموده است.
محاسبهی میزان فرسایش در یک حوضهی آبریز در صورت موجود بودن آمار کافی از دبی و رسوب، با بکارگیری روشهای آماری امکانپذیر میباشد. ولی نبود یا کمبود دادهها در زمینهی فرسایش خاک و تولید رسوب در بسیاری از حوضههای کشور کاربرد روشهای تجربی را برای برآورد فرسایش خاک الزامی میکند. بر این اساس، روش تجربی ام پسیاک با لحاظ کردن نه عامل مؤثر در فرسایش و تولید رسوب شامل زمین شناسی، خاک، اقلیم، رواناب، شیب، پوشش گیاهی زمین، کاربری اراضی، وضعیت فعلی فرسایش و فرسایش رودخانهای و حمل رسوب بیش از سایر مدلها در ایران مورد توجه قرار میگیرد. در این پژوهش، نتایج مدل ام پسایک با نتایج ایستگاه رسوبسنجی تنگهی باجک مقایسه شده است. هدف نهایی از این تحقیق بررسی میزان کارایی و دقت مدل تجربی MPSIAC در برآورد میزان رسوب حوضه و شناسایی عوامل مؤثرتر در فرسایش خاک و تولید رسوب حوضهی مورد مطالعه میباشد. لازم به ذکر میباشد که این پژوهش برای نخستین بار حوضهی مورد مطالعه را مورد بررسی قرار داده است. فرضیاتی که در این ارتباط مطرح شده، لیتولوژی بیشترین نقش را در ایـجاد فرسایش حوضهی آبریز دارد و با توجه به ویـژگیهای طبیعی منطقه مدل MPSIAC میتواند برای برآورد فرسایش و رسوب حوضهی مورد مطالعه استفاده شود.
منطقهی مورد مطالعه
حوضهی آبریز رودخانهی گاوی یکی از رودخانههای حوضهی آبریز مهران در جنوبغرب شهرستان ایلام با موقعیت جغرافیایی ¢24°46 تا ¢36°46 طول شرقی و ¢12°33 تا ¢28°33 عرض شمالی واقع گردیده است (شکل 1). این حوضه بین حوضهی آبریز رودخانههای چنگوله و کنجانچم واقع گردیده است. کمترین ارتفاع حوضهی مورد مطالعه 409 متر در تنگ باجک محل احداث سد گاوی و بیشترین ارتفاع نیز در کوه ورزرین 2714 متر واقع در شمال حوضه میباشد. با توجه به آمار و اطلاعات 15سال (1377-1392) ایستگاههای بارانسنجی، بیشینه بارش سالانه در محدودهی مورد مطالعه، بین 515 میلیمتر در ایستگاه کشوری تا 376 میلیمتر در ایستگاه پیرمحمد متغیر است. با توجه به تقسیمبندی که نبوی در سال 1355 انجام داده و پهنهی ایران را به 16 زون تقسیم کردهاند (جداریعیوضی، 1376)، حوضهی آبریز مورد مطالعه در زاگرس چین خورده قرار میگیرد. این زون که کوههای زاگرس را در بر میگیرد، ساخت زمینشناسی آن ساده، ملایم و شامل مجموعه‌ای از رشته تاقدیسهای نزدیک و به هم فشرده با سطح محدودی معمولاً قایم و روند شمال غربی، جنوب شرق است. رسوبات چین‌خوردهی این منطقه به طور متناوب از آهک یا دولومیت همراه با مارن و مارنهای آهکی است که با چینه‌بندی کم و بیش ظریف مشخص‌اند. سنگهای مارنی موجود در سطح حوضه بسیار ضعیف در مقابل عوامل فرسایش بوده و سالانه حجم قابل توجهی از رسوبات ناشی از فرسایش این سنگها به همراه سیلابها از این حوضه خارج میشود.
شکل (1) موقعیت حوضهی آبریز رودخانهی گاوی
مواد و روش
روش مطالعه در این پژوهش شامل برآورد فرسایش و رسوبزایی با استفاده از روش ام پسیاک و سپس مقایسهی نتایج این روش تجربی با برآورد واقعی حاصل شده از طریق دادههای ایستگاه رسوبسنجی منطقهی مورد مطالعه میباشد. دادههای مورد نیاز در این مطالعه شامل، نقشههای توپوگرافی، تصاویر ماهوارهای Land Sat ETM 2014 جهت تهیهی نقشهی پوشش زمین و کاربری اراضی، بازدیدهای صحرایی (جهت بررسی وضعیت فعلی فرسایش و فرسایش رودخانهای) و دادههای آب و هواشناسی سالهای 1377تا 1392 و مطالعات پیشین است. از مطالعات پیشین جهت بررسی پوشش گیاهی و محاسبهی ضریب فرسایشپذیری خاک استفاده شده است. به منظور بالا بردن سرعت و دقت در محاسبات و تهیهی لایههای اطلاعاتی روش MPSIAC، از دانش سنجش از دور و (نرمافزار ArcGIS) جهت ژئورفرنس کردن و رقومی کردن نقشهها و تهیهی نقشههای ثانوی از قبیل نقشههای پوشش زمین، کاربری اراضی، زمینشناسی و شیب مربوط به حوضه استفاده شده است.
در روش مورد مطالعه، تأثیر و نقش نه عامل مهم و مؤثر در فرسایش و تولید رسوب بر اساس جدول استاندارد و رابطههای تعریف شده در مدل، محاسبه شده و سپس نتایج به صورت لایههای اطلاعاتی با فرمت رستر وارد محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی گردیده است.
زمینشناسی (y1) ـ در روش ام پسیاک امتیاز عامل زمینشناسی از رابطهی (1)، جدول (1)، حاصل میشود که بر اساس نوع سنگ، سختی، شکستگی و هوازدگی تعیین میشود. لذا با توجه به مطالعات زمینشناسی حوضهی آبریز رودخانهی گاوی بر اساس سازندهای موجود در این حوضه (شکل2) و همچنین مقاومت آنها در مقابل فرسایش، هر یک از سازندها امتیازدهی شدهاند که کمترین امتیاز در آنها به سازند سروک و بیشترین امتیاز به سازند گورپی نسبت داده شده است (جدول 3).
خاکشناسی (Y2)ـ در روش MPSIAC بـرای تعیین عامـل خاک از رابـطهی (2)، جـدول (1)، استفاده میشود: که در آنX2 امتیاز رسوبدهی خاک در روش پسیاک و k عامل فرسایشپذیری خاک در فرمول جهانی فرسایش میباشد. در فرمول جهانی فرسایش[3](USLE) برای تعیین k از مشخصههای درصد سیلت به اضافهی شن خیلی ریز، درصد شن، درصد مادهی آلی، ساختمان خاک و قابلیت نفوذ استفاده به عمل میآید (رفاهی، 1388). به منظور تعیین مشخصههای درصدی جهت تعیین این عامل از گزارش خاکشناسی حوضه (آنالیز فیزیکی شیمیایی پروفیل خاک حوضهی آبریز مهران) استفاده شده است.
آب و هوا (Y3)ـ جهت تعیین امتیاز عامل آب و هوا با توجه به رابطهی (3)، جدول (1)، نیاز به مقدار بارش 6 ساعته با دوره بازگشت 2 سال بر حسب میلیمتر میباشد. لذا از روش بارش 24 ساعته با استفاده از فرمول تجربی زیر میتوان حداکثر بارش 6 ساعته با دوره برگشت T یا را تخمین زد.
معادلهی (1)
در این معادله t برحسب ساعت و T دوره برگشت بر حسب سال و بر حسب میلیمتر میباشد (علیزاده،1390). برای بدست آوردن بارش 24 ساعته با دور برگشت 2 سال جهت تعیین امتیاز این عامل در حوضهی مورد مطالعه از آمار ایستگاه سینوپتیک ایلام و مهران استفاده شده است.
رواناب (y4) ـ عامل رواناب به عنوان چهارمین پارامتر مندرج در مدل پسیاک اصلاح شده عبارت است از «بازده یک سیستم آبخیز که از نتیجه، عملکرد ساختمان آبخیز بر روی دادههای آن (نزولات آسمانی) پدیدار میگردد (رفاهی، 1388). برای تعیین امتیاز عامل رواناب در روش MPSIAC از رابطهی (4)، جدول (1)، استفاده شده است که در این رابطه R: ارتفاع رواناب سالانه بر حسب میلیمتر، و q دبی ویژه پیک برحسب متر مکعب بر ثانیه در کیلومتر مربع میباشد.
با استفاده از مطالعات هیدرولوژی و منابع آب حوضهی مورد مطالعه پس از مشخص شدن ارتفاع رواناب و دبی حداکثر سالانه در هر یک از واحدهای کاری نسبت به محاسبهی عامل رواناب در روش پسیاک اقدام گردید. جدول (2)، این محاسبات را نشان میدهد.
توپوگرافی (Y5)ـ شیب حوضه نقش اساسی در میزان رواناب، مقدار نفوذ، شدت سیلابها و میزان فرسایش دارد (مهدوی، 1384). در این مطالعه جهت استخراج پارامتر شیب، ابتدا نقشههای توپوگرافی رقومی شده و سپس این خطوط در محیط GISبه نقشهی مدل رقومی ارتفاعی DEM تبدیل شدهاند و آنگاه از این نقشه با دستور Slope در محیط نرمافزار، نقشه درصد متوسط شیب استخراج گردید (شکل3)، سپس امتیاز این عامل تعیین گردیده است.
پوشش زمین (y6)ـ در مدل پسیاک اصلاح شده از رابطهی (6)، جدول (1)، جهت تعیین امتیاز عامل پوشش زمین استفاده گردیده است. در تحقیق حاضر، به منظور تعیین عامل فوق، ابتدا با استفاده از تصویر ماهوارهای لندست از نوع TM[4] اقدام به تهیهی نقشهی پوشش زمین (شکل4)، از نظر مقدار گیاهی گردید و سپس با مطالعهی میدانی و مشاهدات صحرایی تفاوت واحدهای گیاهی مشخص و مرز تیپها اصلاح شده است و درصد اراضی لخت و فاقد پوشش هر واحد محاسبه شد و در نهایت عدد به دست آمده را در رابطهی مربوط قرار داده و امتیاز عامل پوشش زمین برآورد شده است.
نحوهی استفاده از زمین (Y7)ـ در روش ام پسیاک بر مبنای درصد تاج پوشش گیاهی، مشخصهی نحوهی استفاده از زمین محاسبه میگردد. به منظور تعیین امتیاز عامل نحوهی استفاده از اراضی، ابتدا اقدام به تهیهی نقشهی کاربری اراضی (شکل 5) و سپس نقشهی پوشش گیاهی حوضهی آبریز مورد مطالعه با استفاده از تصویر ماهوارهای لندست از نوع TM گردید، سپس مساحت هر تیپ از پوشش گیاهی مشخص شده و در ادامه جهت تعیین وزن برای هر تیپ پوشش گیاهی از نتایج گزارش مطالعات پوشش گیاهی انجام شــده در استان استفاده شده است. در نهایت درصد تاج پوشش گیاهی هر واحد محاسبه و با استفاده از رابطهی (7)، جدول (1)، امتیاز عامل مربوطه تعیین میگردد.
جدول (1) عوامل مؤثر در مدل MPSIAC و نحوهی امتیازدهی به آنها
|
ردیف |
عوامل مؤثر در فرسایش و تولید رسوب |
شرح پارامترها |
نحوهی محاسبهی امتیاز در روش MPSIAC |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
زمینشناسی خاک آب و هوا رواناب پستی بلندی پوشش گیاهی کاربری اراضی وضعیت فعلی فرسایش فرسایش رودخانهای
|
X1: امتیاز حساسیت سنگ به فرسایش (10-0) K: عامل فرسایشپذیری خاک در معادلهی جهانی X3: بارندگی 6 ساعته با دوره بازگشت دو ساله R: ارتفاع رواناب سالانه (mm)وQp دبی ویژه سالانه (K.) S: درصد شیب : در صد اراضی لخت : درصد تاج پوشش گیاهی SSF : امتیاز عامل سطحی خاک در مدل BLM SS.F.G : امتیاز فرسایش خندقی در مدل B.L.M |
رابطهی (1) رابطهی (2) 16.67K= رابطهی (3) 0.2 = رابطهی (4) 0.0006 R+10= رابطهی (5) 0.33 S= رابطهی (6) 0.2 = رابطهی (7) 20–0.2 = رابطهی (8) 0.25 SSF = رابطهی (9) 1.67 SS.F.G=y9 |
منبع: (رفاهی، 1388)
وضعیت فعلی فرسایش در سطح حوضهی (y8)ـ در روش MPSIACبرای تعیین امتیاز عامل وضعیت فعلی فرسایش، از رابطهی (8)، (جدول 1)، استفاده میشود. تعیین این عامل در حوضهی مورد مطالعه با کمک اطلاعات مربوط به دادههای صحرایی، استفاده از نرمافزاز گوگل ارث جهت بررسی مناطق دور از دسترس و با توجه به نوع فرسایش در سطح حوضهی آبریز با استفاده از جدول BLM[5] صورت گرفته است. پس از بررسی 7 عامل، وضعیت سـطح خاک و ارزیابی کـمی، مـجموع نـمرههای داده شـده را با هـم جمع کـرده، سپس بر
مجموع حداکثر نمرات هر عامل تقسیم نموده و حاصل را در 100 ضرب میکنیم.
جدول (2) مشخصات هیدرولوژیکی حوضهی مورد مطالعه بر حسب زیرحوضه
|
زیرحوضه پارامترهای رواناب |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
کل حوضه |
|
مساحت حوضه () |
97/115 |
51/119 |
96/129 |
83/94 |
27/460 |
|
ارتفاع متوسط m |
1975 |
1340 |
1170 |
980 |
1565 |
|
بارش سالانه mm |
74/396 |
87/356 |
20/346 |
26/334 |
09/371 |
|
ارتفاع رواناب mm |
2/330 |
39/485 |
175 |
47/126 |
82/242 |
|
دبی اوجsec / |
47/35 |
72/26 |
03/27 |
52/35 |
91/27 |
|
دبی ویژه پیک/sec |
30/0 |
22/0 |
20/0 |
37/0 |
06/0 |
|
امتیاز عامل رواناب |
61/0 |
46/0 |
40/0 |
74/0 |
61/0 |
جدول (3) نحوهی امتیازدهی به عامل زمینشناسی در مدل MPSIAC
|
|
حساسیت نسبت به فرسایش |
کد فرسایشپذیری |
واحدسنگی |
لیتولوژی |
|
|
کم |
3 |
SV |
سنگ آهک خاکستری تا سیاه تودهای تا نازک لایه چرتدار (سازند سروک) |
|
|
4 |
Qf2 |
رسوبات مخروطه افکنهای دانه درشت |
|
|
|
متوسط |
5 |
II
AS |
سنگ آهک خاکستری تا سفید رنگ متوسط تا نازک لایه و میان لایهی ایشیل (سازند ایلام) سنگ آهک نازک لایه تا تودهای کرم تا سفید رنگ (سازند آسماری) |
|
|
6 |
Sg |
شیل خاکستری تیره پیرتدار ولایههای سنگ آهک زرد رنگ (سازند سروگاه) |
|
|
|
زیاد |
8 |
Qfi |
رسوبات مخروطه افکنهای دانه ریز قدیمی |
|
|
بسیار زیاد |
9 |
Pb
GU |
تناوب شیل خاکستری تا شیری و آهک مارنی و مارن (سازند پابده) تناوب شیل و اهک مارنی و مارن (سازند گورپی) |
منبع: (منابع طبیعی استان ایلام، 1390)
فرسایش رودخانهای (Y9)ـ برای تعیین امتیاز این عامل از رابطهی (9)، (جدول 1)، استفاده شده است. به منظور تعیین امتیاز فرسایش رودخانهای، SSf[6] به عنوان یکی از پارامترهای جدول BLM مد نظر قرار گرفته و در نهایت به صورت لایهای اطلاعاتی با فرمت رستری وارد محیط GISگردیده است.
شکل (2) نقشهی زمینشناسی حوضهی آبریز رودخانهی گاوی
شکل (3) نقشهی شیب حوضه، حوضهی آبریز رودخانهی گاوی
شکل (4) نقشهی پوشش زمین حوضهی آبریز رودخانهی گاوی
شکل (5) نقشهی کاربری اراضی حوضهی آبریز رودخانهی گاوی
تعیین درجهی رسوبدهی واحدهای هیدرولوِژیکی
پس از وزندهی و نهاییسازی لایههای اطلاعاتی که به صورت لایههای وزنی درآمدهاند برای تهیهی نقشهی فرسایش حوضه (شکل 6)، لازم است این عوامل را با هم تلفیق کنیم، لازم به ذکر است لایههای وزنی باید به صورت رستری باشند تا امکان تلفیق آنها وجود داشته باشد.
سپس به منظور تعیین میزان فرسایش هر یک از واحدهای هیدرولوژیکی، شناسایی تأثیرگذارترین عامل در تولید رسوب و نیز تشخیص واحدهای بحرانی از نظر تولید رسوب، محاسبهی درجهی رسوبدهی هر یک از این واحدها ضروری است. برای این منظور مجموع امتیاز عوامل نه گانه در هر واحد محاسبه و درجهی رسوبدهی آن واحد مشخص میگردد (جدول 4).
شکل(6) نقشهی شدت فرسایش حوضهی آبریز رودخانهی گاوی
به منظور بررسی بیشتر و تعیین میزان فرسایش و رسوبزایی در سطح حوضه از جدول (5)، که در این زمینه تهیه شده است، استفاده میشود.
در نهایت برای اعمال دقت بیشتر و پرهیز از اشتباه در عمل درونیابی و برونیابی برای برآورد فرسایش و تولید رسوب طبق مدل ام پسیاک از رابطه بین درجهی رسوبدهی و میزان تولید رسوب، رابطهی (10)، استفاده
به عمل میآید (صفامنش و همکاران[7]، 2006):
رابطهی (10) 18.6=Qs
در این رابطه QSمیزان رسوبدهی سالانه بر حسب متر مکعب در کیلومتر مربع،e عدد نپرین که تقریباً برابر با 718/2 میباشد وR درجهی رسوبدهی یعنی مجموع امتیازات عوامل مختلف در نظر گرفته شده در مدل MPSIACمیباشد. لازم به ذکر میباشد که وزن مخصوص برای حوضهی مورد مطالعه با توجه به مطالعات انجام شده توسط امور آب استان بر روی رودخانه، 5/1 در نظر گرفته میشود.
برای محاسبهیSDR از روش لارنس[8] رابطهی (11) استفاده شده است و برای تعیین فرسایش کل بایستی فرسایش ویژه را در کل مساحت هر زیر حوضه ضرب کنیم (افسری و قدوسی 1390).
رابطهی (11) SDR =
جدول (4) دادههای لازم جهت محاسبه درجهی رسوبدهی واحدهای هیدرولوژیکی حوضهی آبریز رودخانهی گاوی
|
کل حوضه |
واحدهای هیدرولوژیکی |
عامل |
|||
|
A4 |
A3 |
A2 |
A1 |
||
|
74/5 |
23/5 |
65/6 |
46/5 |
46/5 |
زمینشناسی |
|
44/8 |
16/8 |
58/8 |
38/8 |
66/8 |
خاک |
|
11/5 |
88/2 |
69/4 |
55/6 |
34/6 |
آب و هوا |
|
5/0 |
74/0 |
40/0 |
46/0 |
61/0 |
رواناب |
|
43/11 |
40/13 |
68/10 |
87/11 |
80/9 |
توپوگرافی |
|
41/7 |
05/6 |
07/8 |
48/6 |
33/9 |
پوشش زمین |
|
48/18 |
05/17 |
76/18 |
96/18 |
16/19 |
کاربری اراضی |
|
33/13 |
28/16 |
27/14 |
58/11 |
2/11 |
وضعیت فرسایش فعلی |
|
03/7 |
67/3 |
27/6 |
01/7 |
68/8 |
فرسایش رودخانهای |
|
47/77 |
64/73 |
37/78 |
75/76 |
24/79 |
مجموع امتیازات R |
جدول (5) تعیین میزان تولید رسوب سالانه و کلاس فرسایش خاک در روش MPSIAC
|
کلاس رسوبدهی و فرسایش |
شدت رسوبدهی |
تولید رسوب سالانه |
نمرات نشاندهندهی شدت رسوبدهی |
|
|
متر مکعب در کیلو متر مربع |
تن در کیلومتر مربع |
|||
|
V |
خیلی زیاد |
1429< |
5/2143< |
100< |
|
IV |
زیاد |
1429-476 |
5/2143 - 714 |
100-75 |
|
III |
متوسط |
476-238 |
714 – 357 |
75-50 |
|
II |
کم |
238-95 |
357 – 5/142 |
50-25 |
|
I |
خیلی کم یا جزیی |
95> |
5/142> |
25-0 |
منبع: (رفاهی، 1385)
بحث و نتایج
این پژوهش با هدف برآورد فرسایش و رسوبزایی حوضهی آبریز رودخانهی گاوی به روش ام پسایک و مقایسهی نتایج با برآورد واقعی انجام شده است. نتایج بررسی روش ام پسیاک و 9 پارامتر این روش برای 4 زیرحوضه تعیین شده (جدول 6)، نشان میدهد که با توجه به مجموع امتیازات پارامترهای مؤثر در فرسایش و رسوب، حوضهی مورد مطالعه بـه صورت کلی با درجهی رسوبدهی 47/77 در کلاس فرسایشی زیـاد قرار میگیرد و میزان تولید رسـوب این کلاس 1429-476 متر مکعب در کیلومتر مربع و 5/2143-714 تن در کیلومتر مربع میباشد. با اعمال رابطهی (10)، میزان رسوبدهی سالانه برابر 13/302 متر مکعب در کیلومتر مربع برآورد گردیده که با دخالت دادن وزن مخصوص (5/1)، معادل 20/453 تن رسوب در کیلومتر مربع است.
جدول (6) نتایج مدل MPSIACدر حوضه
|
پارامترهای رسوب و فرسایش |
واحدهای هیدرولوژیکی حوضهی آبریز گاوی |
||||
|
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
کل حوضه |
|
|
مساحت کل Km2 |
97/115 |
51/119 |
96/129 |
83/94 |
27/460 |
|
رسوب ویژه Km2/m3 (Qs) |
10/322 |
79/293 |
27/312 |
45/263 |
13/302 |
|
وزن مخصوص رسوب m/Ton |
5/1 |
5/1 |
5/1 |
5/1 |
5/1 |
|
رسوب ویژه Ton/.Km2.yr |
15/483 |
68/440 |
40/468 |
18/395 |
20/453 |
|
رسوب کل Ton.yr |
11/56031 |
80/52666 |
96/60873 |
31/37475 |
21/208595 |
|
SDR |
38/0 |
38/0 |
37/0 |
40/0 |
29/0 |
|
فرسایش ویژه Ton/.Km2.yr |
44/1271 |
68/1159 |
94/1265 |
95/987 |
75/1562 |
|
فرسایش کل Ton.yr |
75/147449 |
86/138593 |
33/164522 |
29/93687 |
91/719290 |
نتیجهگیری
نتایج حاصله نشان مـیدهد که منطقهی مورد مطالعه از لـحاظ فرسایشپذیری در ردهی فرسایشی زیـاد قـرار میگیرد و طبق تعریف این کلاس میتوان گفت که در این حوضه جابجایی ذرات خاک به میزانی است که اجرای برنامههای حفاظت خاک و آب ضرورت و اولویت داشته و استفاده از اراضی محدودیت زیادی دارد. همچنین مدل MPSIAC در این حوضه به خوبی پاسخ میدهد و فرضیهی اول تأیید میشود، زیرا به عنوان نمونه مقدار رسوب برآورد شده در حوضهی مورد مطالعه با مدل ام پسیاک 20/453 تن رسوب در کیلومتر مربع در سال و رسوب برآورد شده در ایستگاه رسوبسنجی حوضهی مربوطه 23/461 تن رسوب در کیلومتر مربع در سال میباشد، دلیل دقت این روش میتواند این باشد که این روش به عنوان جغرافیاییترین مدل در برگیرندهی 9 پارامتر تأثیرگذار در تولید فرسایش و رسوب میباشد. در مورد فرضیهی دوم قبل از انجام تحقیق با توجه به بازدیدهای به عمل آمده از منطقه مورد مطالعه به نظر میرسید که از بین عوامل مؤثر در فرسایش، لیتولوژی با توجه به سازندهای حساس به فرسایش، بیشترین تأثیر را در فرسایش حوضه داشته باشد، در حالی که نتایج حاصل شده از طریق مدل تجربی عامل کاربری با امتیاز 48/18را به عنوان عوامل مؤثر در فرسایش حوضه در اولویت اول و عامل زمینشناسی با امتیاز 76/5 در اولویت ششم قرار میدهد. بر این اساس فرضیهی فوق رد میشود. در پایان باید اشاره کرد که با توجه به اینکه حوضه از نظر تقسیمبندی واحد اراضی در گروه دشتهای دامنهای با شیب ملایم قرار میگیرد و مناسب کشت غلات به صورت دیم و مرتع آن محل قشلاق عشایر میباشد، در نتیجه این شرایط تأثیر عامل کاربری اراضی را تأیید میکند.
[1]- Hsu et al.,
[2]- Mayer et al.,
1- Unirersal Soil Loss Equation
1- Thematic Mapper
[5]- Burau of Land Management
[6]- Soil Surface Factor
[7]- Safamanesh et al., 2006
2- Larens
مقدمه
زمین از بدو پیدایش، در اثر نیروهای درونی و بیرونی دایماً در حال تحول و دگرگونی بوده است (رجایی، 1373). یکی از عواملی که موجب تغییر و تحول در نقاط مختلف زمین شده پدیدهی فرسایش میباشد که امروزه در تمام جهان به عنوان خطری برای رفاه بشر و بلکه حیات او شناخته شده است. امروزه تعیین بار رسوبی حوضهها برای استفاده در طرحهای توسعهی عمرانی ـ اقتصادی یک ضرورت است. معمولاً سیستم رسوبدهی یک حوضه، بسیار پیچیده و در عین حال دارای تغییرپذیری زمانی و مکانی است و همچنان به منزلهی یک چالش بزرگ پیش روی محققان در این زمینه باقی مانده است (هسو و همکاران[1]، 2012). اگرچه واژهی فرسایش در قرن نوزدهم برای عموم شناخته شده بود، اما واژهی فرسایش خاک بعداً وارد فرهنگ واژگان شد و در قرن بیستم مورد استفاده عمومی قرار گرفت (بیاتیخطیبی، 1382). از لحاظ ژئومورفولوژی حصارهای کوهستانی، محیط شکلزایی در سرزمین ایران را پر انرژی ساخته و در نتیجه به قدرت فرایندهای فرسایشی در این سرزمین افزودهاند (علاییطالقانی، 1388) در ژئومورفولوژی از فرسایش به عنوان یک فرایند نام برده میشود (شایان، 1390). فرآیند فرسایش شامل سه مرحلهی بـرداشت، حمل و رسوبگذاری است (مایر و همکاران[2]، 1969). به طور کلی فرسایش فرایندی است که طی آن ذرات خاک از بستر اصلی خود جابجا شده و به کمک یک عامل انتقال دهنده به مکانی دیگر حمل میشوند. در صورتی که عامل جدا کنندهی ذرات از بستر و انتقال آنها به مکانی دیگر آب باشد به آن فرسایش آبی گفته میشود (علیزاده، 1390). هر ساله بالغ بر 20 تا 52 میلیارد تن رسوب توسط رودخانههای جهان انتقال مییابد و در آبهای ساکن تهنشین میشود (فیضنیا و همکاران، 1381). برآورد رسوب رودخانه نیز از جمله مسایل مهم و کاربردی در مدیریت منابع آب میباشد (احمدی و همکاران، 1391). برآورد صحیح از خطر فرسایش و مشخص کردن مناطق حساس به فرسایش در بهبود توصیههای مدیریت اراضی و مقابله با فرسایش با روشهای مختلف نقش مهمی دارد (ویکتورا و همکاران، 1998).
اولین گزارش نسبتاً کامل در مورد فرسایش خاک و لزوم حفاظت آب و خاک در ایران در سال 1327 توسط داون و ریبن کارشناسان فائو به زبان انگلیسی تهیه و منتشر شد. روش پسیاک برای اولین بار در ایران در سال 1352 در حوضهی آبریز سد دز استفاده شد. سپس با توجه به دقت نسبتاً خوب آن در مقایسه با سایر روشها و مدلهای تجربی در برخی از حوضههای آبریز کشور مانند دوخواهران، کهیر، زاینده رود، هلیل رود، دز، سروان، زیردان و اوزن دره مورد استفاده قرار گرفت. مومیپور (1383)، دو مدل فرسایش MPSIAC، RUSLEبا استفاده از دادهای دورسنجی و GIS در زیرحوضهی اوجان چای را مورد مقایسه قرار داده، نتیجهی نهایی مبین این واقعیت است که مدل MPSIACدر شرایط محیطی حوضه، نتایج قابل قبولتری نسبت به دیگر مدل را دارد. عاقلی کهنهشهری و صادقی (1384)، در مقالهای با مرور بر آثار مستقیم و غیرمستقیم فرسایش خاک، هزینههای فرسایش خاک را محاسبه کردند. علیزاده گرجی (1385)، برآورد فرسایش و رسوب با استفاده از مدل MPSIACدر محیط GIS حوضهی کلیجا نستاق را مورد بررسی قرار داده و به این نتیجه رسید که مدل ام پسیاک کاربرد قابل قبولی برای بررسی فرسایش و رسوب حوضهی مورد مطالعه را داشته است. منصوری دانشور و همکار (1391)، خیام و همکاران (1392)، در مقالهای تحت عـنوان مقایسهی کارایی مدلهای MPSIAC و EP، به این نتیجه رسیدند که مدل MPSIAC با دقت 31/98 درصد رسوب حوضه را برآورد نموده است این در حالی است که مدل EPMتنها 4/75 درصد رسوب مشاهدهای حوضه را با متوسط شدت تولید رسوب 5133/111 تن بر هکتار در سال محاسبه نموده است.
محاسبهی میزان فرسایش در یک حوضهی آبریز در صورت موجود بودن آمار کافی از دبی و رسوب، با بکارگیری روشهای آماری امکانپذیر میباشد. ولی نبود یا کمبود دادهها در زمینهی فرسایش خاک و تولید رسوب در بسیاری از حوضههای کشور کاربرد روشهای تجربی را برای برآورد فرسایش خاک الزامی میکند. بر این اساس، روش تجربی ام پسیاک با لحاظ کردن نه عامل مؤثر در فرسایش و تولید رسوب شامل زمین شناسی، خاک، اقلیم، رواناب، شیب، پوشش گیاهی زمین، کاربری اراضی، وضعیت فعلی فرسایش و فرسایش رودخانهای و حمل رسوب بیش از سایر مدلها در ایران مورد توجه قرار میگیرد. در این پژوهش، نتایج مدل ام پسایک با نتایج ایستگاه رسوبسنجی تنگهی باجک مقایسه شده است. هدف نهایی از این تحقیق بررسی میزان کارایی و دقت مدل تجربی MPSIAC در برآورد میزان رسوب حوضه و شناسایی عوامل مؤثرتر در فرسایش خاک و تولید رسوب حوضهی مورد مطالعه میباشد. لازم به ذکر میباشد که این پژوهش برای نخستین بار حوضهی مورد مطالعه را مورد بررسی قرار داده است. فرضیاتی که در این ارتباط مطرح شده، لیتولوژی بیشترین نقش را در ایـجاد فرسایش حوضهی آبریز دارد و با توجه به ویـژگیهای طبیعی منطقه مدل MPSIAC میتواند برای برآورد فرسایش و رسوب حوضهی مورد مطالعه استفاده شود.
منطقهی مورد مطالعه
حوضهی آبریز رودخانهی گاوی یکی از رودخانههای حوضهی آبریز مهران در جنوبغرب شهرستان ایلام با موقعیت جغرافیایی ¢24°46 تا ¢36°46 طول شرقی و ¢12°33 تا ¢28°33 عرض شمالی واقع گردیده است (شکل 1). این حوضه بین حوضهی آبریز رودخانههای چنگوله و کنجانچم واقع گردیده است. کمترین ارتفاع حوضهی مورد مطالعه 409 متر در تنگ باجک محل احداث سد گاوی و بیشترین ارتفاع نیز در کوه ورزرین 2714 متر واقع در شمال حوضه میباشد. با توجه به آمار و اطلاعات 15سال (1377-1392) ایستگاههای بارانسنجی، بیشینه بارش سالانه در محدودهی مورد مطالعه، بین 515 میلیمتر در ایستگاه کشوری تا 376 میلیمتر در ایستگاه پیرمحمد متغیر است. با توجه به تقسیمبندی که نبوی در سال 1355 انجام داده و پهنهی ایران را به 16 زون تقسیم کردهاند (جداریعیوضی، 1376)، حوضهی آبریز مورد مطالعه در زاگرس چین خورده قرار میگیرد. این زون که کوههای زاگرس را در بر میگیرد، ساخت زمینشناسی آن ساده، ملایم و شامل مجموعه‌ای از رشته تاقدیسهای نزدیک و به هم فشرده با سطح محدودی معمولاً قایم و روند شمال غربی، جنوب شرق است. رسوبات چین‌خوردهی این منطقه به طور متناوب از آهک یا دولومیت همراه با مارن و مارنهای آهکی است که با چینه‌بندی کم و بیش ظریف مشخص‌اند. سنگهای مارنی موجود در سطح حوضه بسیار ضعیف در مقابل عوامل فرسایش بوده و سالانه حجم قابل توجهی از رسوبات ناشی از فرسایش این سنگها به همراه سیلابها از این حوضه خارج میشود.
شکل (1) موقعیت حوضهی آبریز رودخانهی گاوی
مواد و روش
روش مطالعه در این پژوهش شامل برآورد فرسایش و رسوبزایی با استفاده از روش ام پسیاک و سپس مقایسهی نتایج این روش تجربی با برآورد واقعی حاصل شده از طریق دادههای ایستگاه رسوبسنجی منطقهی مورد مطالعه میباشد. دادههای مورد نیاز در این مطالعه شامل، نقشههای توپوگرافی، تصاویر ماهوارهای Land Sat ETM 2014 جهت تهیهی نقشهی پوشش زمین و کاربری اراضی، بازدیدهای صحرایی (جهت بررسی وضعیت فعلی فرسایش و فرسایش رودخانهای) و دادههای آب و هواشناسی سالهای 1377تا 1392 و مطالعات پیشین است. از مطالعات پیشین جهت بررسی پوشش گیاهی و محاسبهی ضریب فرسایشپذیری خاک استفاده شده است. به منظور بالا بردن سرعت و دقت در محاسبات و تهیهی لایههای اطلاعاتی روش MPSIAC، از دانش سنجش از دور و (نرمافزار ArcGIS) جهت ژئورفرنس کردن و رقومی کردن نقشهها و تهیهی نقشههای ثانوی از قبیل نقشههای پوشش زمین، کاربری اراضی، زمینشناسی و شیب مربوط به حوضه استفاده شده است.
در روش مورد مطالعه، تأثیر و نقش نه عامل مهم و مؤثر در فرسایش و تولید رسوب بر اساس جدول استاندارد و رابطههای تعریف شده در مدل، محاسبه شده و سپس نتایج به صورت لایههای اطلاعاتی با فرمت رستر وارد محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی گردیده است.
زمینشناسی (y1) ـ در روش ام پسیاک امتیاز عامل زمینشناسی از رابطهی (1)، جدول (1)، حاصل میشود که بر اساس نوع سنگ، سختی، شکستگی و هوازدگی تعیین میشود. لذا با توجه به مطالعات زمینشناسی حوضهی آبریز رودخانهی گاوی بر اساس سازندهای موجود در این حوضه (شکل2) و همچنین مقاومت آنها در مقابل فرسایش، هر یک از سازندها امتیازدهی شدهاند که کمترین امتیاز در آنها به سازند سروک و بیشترین امتیاز به سازند گورپی نسبت داده شده است (جدول 3).
خاکشناسی (Y2)ـ در روش MPSIAC بـرای تعیین عامـل خاک از رابـطهی (2)، جـدول (1)، استفاده میشود: که در آنX2 امتیاز رسوبدهی خاک در روش پسیاک و k عامل فرسایشپذیری خاک در فرمول جهانی فرسایش میباشد. در فرمول جهانی فرسایش[3](USLE) برای تعیین k از مشخصههای درصد سیلت به اضافهی شن خیلی ریز، درصد شن، درصد مادهی آلی، ساختمان خاک و قابلیت نفوذ استفاده به عمل میآید (رفاهی، 1388). به منظور تعیین مشخصههای درصدی جهت تعیین این عامل از گزارش خاکشناسی حوضه (آنالیز فیزیکی شیمیایی پروفیل خاک حوضهی آبریز مهران) استفاده شده است.
آب و هوا (Y3)ـ جهت تعیین امتیاز عامل آب و هوا با توجه به رابطهی (3)، جدول (1)، نیاز به مقدار بارش 6 ساعته با دوره بازگشت 2 سال بر حسب میلیمتر میباشد. لذا از روش بارش 24 ساعته با استفاده از فرمول تجربی زیر میتوان حداکثر بارش 6 ساعته با دوره برگشت T یا را تخمین زد.
معادلهی (1)
در این معادله t برحسب ساعت و T دوره برگشت بر حسب سال و بر حسب میلیمتر میباشد (علیزاده،1390). برای بدست آوردن بارش 24 ساعته با دور برگشت 2 سال جهت تعیین امتیاز این عامل در حوضهی مورد مطالعه از آمار ایستگاه سینوپتیک ایلام و مهران استفاده شده است.
رواناب (y4) ـ عامل رواناب به عنوان چهارمین پارامتر مندرج در مدل پسیاک اصلاح شده عبارت است از «بازده یک سیستم آبخیز که از نتیجه، عملکرد ساختمان آبخیز بر روی دادههای آن (نزولات آسمانی) پدیدار میگردد (رفاهی، 1388). برای تعیین امتیاز عامل رواناب در روش MPSIAC از رابطهی (4)، جدول (1)، استفاده شده است که در این رابطه R: ارتفاع رواناب سالانه بر حسب میلیمتر، و q دبی ویژه پیک برحسب متر مکعب بر ثانیه در کیلومتر مربع میباشد.
با استفاده از مطالعات هیدرولوژی و منابع آب حوضهی مورد مطالعه پس از مشخص شدن ارتفاع رواناب و دبی حداکثر سالانه در هر یک از واحدهای کاری نسبت به محاسبهی عامل رواناب در روش پسیاک اقدام گردید. جدول (2)، این محاسبات را نشان میدهد.
توپوگرافی (Y5)ـ شیب حوضه نقش اساسی در میزان رواناب، مقدار نفوذ، شدت سیلابها و میزان فرسایش دارد (مهدوی، 1384). در این مطالعه جهت استخراج پارامتر شیب، ابتدا نقشههای توپوگرافی رقومی شده و سپس این خطوط در محیط GISبه نقشهی مدل رقومی ارتفاعی DEM تبدیل شدهاند و آنگاه از این نقشه با دستور Slope در محیط نرمافزار، نقشه درصد متوسط شیب استخراج گردید (شکل3)، سپس امتیاز این عامل تعیین گردیده است.
پوشش زمین (y6)ـ در مدل پسیاک اصلاح شده از رابطهی (6)، جدول (1)، جهت تعیین امتیاز عامل پوشش زمین استفاده گردیده است. در تحقیق حاضر، به منظور تعیین عامل فوق، ابتدا با استفاده از تصویر ماهوارهای لندست از نوع TM[4] اقدام به تهیهی نقشهی پوشش زمین (شکل4)، از نظر مقدار گیاهی گردید و سپس با مطالعهی میدانی و مشاهدات صحرایی تفاوت واحدهای گیاهی مشخص و مرز تیپها اصلاح شده است و درصد اراضی لخت و فاقد پوشش هر واحد محاسبه شد و در نهایت عدد به دست آمده را در رابطهی مربوط قرار داده و امتیاز عامل پوشش زمین برآورد شده است.
نحوهی استفاده از زمین (Y7)ـ در روش ام پسیاک بر مبنای درصد تاج پوشش گیاهی، مشخصهی نحوهی استفاده از زمین محاسبه میگردد. به منظور تعیین امتیاز عامل نحوهی استفاده از اراضی، ابتدا اقدام به تهیهی نقشهی کاربری اراضی (شکل 5) و سپس نقشهی پوشش گیاهی حوضهی آبریز مورد مطالعه با استفاده از تصویر ماهوارهای لندست از نوع TM گردید، سپس مساحت هر تیپ از پوشش گیاهی مشخص شده و در ادامه جهت تعیین وزن برای هر تیپ پوشش گیاهی از نتایج گزارش مطالعات پوشش گیاهی انجام شــده در استان استفاده شده است. در نهایت درصد تاج پوشش گیاهی هر واحد محاسبه و با استفاده از رابطهی (7)، جدول (1)، امتیاز عامل مربوطه تعیین میگردد.
جدول (1) عوامل مؤثر در مدل MPSIAC و نحوهی امتیازدهی به آنها
|
ردیف |
عوامل مؤثر در فرسایش و تولید رسوب |
شرح پارامترها |
نحوهی محاسبهی امتیاز در روش MPSIAC |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
زمینشناسی خاک آب و هوا رواناب پستی بلندی پوشش گیاهی کاربری اراضی وضعیت فعلی فرسایش فرسایش رودخانهای
|
X1: امتیاز حساسیت سنگ به فرسایش (10-0) K: عامل فرسایشپذیری خاک در معادلهی جهانی X3: بارندگی 6 ساعته با دوره بازگشت دو ساله R: ارتفاع رواناب سالانه (mm)وQp دبی ویژه سالانه (K.) S: درصد شیب : در صد اراضی لخت : درصد تاج پوشش گیاهی SSF : امتیاز عامل سطحی خاک در مدل BLM SS.F.G : امتیاز فرسایش خندقی در مدل B.L.M |
رابطهی (1) رابطهی (2) 16.67K= رابطهی (3) 0.2 = رابطهی (4) 0.0006 R+10= رابطهی (5) 0.33 S= رابطهی (6) 0.2 = رابطهی (7) 20–0.2 = رابطهی (8) 0.25 SSF = رابطهی (9) 1.67 SS.F.G=y9 |
منبع: (رفاهی، 1388)
وضعیت فعلی فرسایش در سطح حوضهی (y8)ـ در روش MPSIACبرای تعیین امتیاز عامل وضعیت فعلی فرسایش، از رابطهی (8)، (جدول 1)، استفاده میشود. تعیین این عامل در حوضهی مورد مطالعه با کمک اطلاعات مربوط به دادههای صحرایی، استفاده از نرمافزاز گوگل ارث جهت بررسی مناطق دور از دسترس و با توجه به نوع فرسایش در سطح حوضهی آبریز با استفاده از جدول BLM[5] صورت گرفته است. پس از بررسی 7 عامل، وضعیت سـطح خاک و ارزیابی کـمی، مـجموع نـمرههای داده شـده را با هـم جمع کـرده، سپس بر
مجموع حداکثر نمرات هر عامل تقسیم نموده و حاصل را در 100 ضرب میکنیم.
جدول (2) مشخصات هیدرولوژیکی حوضهی مورد مطالعه بر حسب زیرحوضه
|
زیرحوضه پارامترهای رواناب |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
کل حوضه |
|
مساحت حوضه () |
97/115 |
51/119 |
96/129 |
83/94 |
27/460 |
|
ارتفاع متوسط m |
1975 |
1340 |
1170 |
980 |
1565 |
|
بارش سالانه mm |
74/396 |
87/356 |
20/346 |
26/334 |
09/371 |
|
ارتفاع رواناب mm |
2/330 |
39/485 |
175 |
47/126 |
82/242 |
|
دبی اوجsec / |
47/35 |
72/26 |
03/27 |
52/35 |
91/27 |
|
دبی ویژه پیک/sec |
30/0 |
22/0 |
20/0 |
37/0 |
06/0 |
|
امتیاز عامل رواناب |
61/0 |
46/0 |
40/0 |
74/0 |
61/0 |
جدول (3) نحوهی امتیازدهی به عامل زمینشناسی در مدل MPSIAC
|
|
حساسیت نسبت به فرسایش |
کد فرسایشپذیری |
واحدسنگی |
لیتولوژی |
|
|
کم |
3 |
SV |
سنگ آهک خاکستری تا سیاه تودهای تا نازک لایه چرتدار (سازند سروک) |
|
|
4 |
Qf2 |
رسوبات مخروطه افکنهای دانه درشت |
|
|
|
متوسط |
5 |
II
AS |
سنگ آهک خاکستری تا سفید رنگ متوسط تا نازک لایه و میان لایهی ایشیل (سازند ایلام) سنگ آهک نازک لایه تا تودهای کرم تا سفید رنگ (سازند آسماری) |
|
|
6 |
Sg |
شیل خاکستری تیره پیرتدار ولایههای سنگ آهک زرد رنگ (سازند سروگاه) |
|
|
|
زیاد |
8 |
Qfi |
رسوبات مخروطه افکنهای دانه ریز قدیمی |
|
|
بسیار زیاد |
9 |
Pb
GU |
تناوب شیل خاکستری تا شیری و آهک مارنی و مارن (سازند پابده) تناوب شیل و اهک مارنی و مارن (سازند گورپی) |
منبع: (منابع طبیعی استان ایلام، 1390)
فرسایش رودخانهای (Y9)ـ برای تعیین امتیاز این عامل از رابطهی (9)، (جدول 1)، استفاده شده است. به منظور تعیین امتیاز فرسایش رودخانهای، SSf[6] به عنوان یکی از پارامترهای جدول BLM مد نظر قرار گرفته و در نهایت به صورت لایهای اطلاعاتی با فرمت رستری وارد محیط GISگردیده است.
شکل (2) نقشهی زمینشناسی حوضهی آبریز رودخانهی گاوی
شکل (3) نقشهی شیب حوضه، حوضهی آبریز رودخانهی گاوی
شکل (4) نقشهی پوشش زمین حوضهی آبریز رودخانهی گاوی
شکل (5) نقشهی کاربری اراضی حوضهی آبریز رودخانهی گاوی
تعیین درجهی رسوبدهی واحدهای هیدرولوِژیکی
پس از وزندهی و نهاییسازی لایههای اطلاعاتی که به صورت لایههای وزنی درآمدهاند برای تهیهی نقشهی فرسایش حوضه (شکل 6)، لازم است این عوامل را با هم تلفیق کنیم، لازم به ذکر است لایههای وزنی باید به صورت رستری باشند تا امکان تلفیق آنها وجود داشته باشد.
سپس به منظور تعیین میزان فرسایش هر یک از واحدهای هیدرولوژیکی، شناسایی تأثیرگذارترین عامل در تولید رسوب و نیز تشخیص واحدهای بحرانی از نظر تولید رسوب، محاسبهی درجهی رسوبدهی هر یک از این واحدها ضروری است. برای این منظور مجموع امتیاز عوامل نه گانه در هر واحد محاسبه و درجهی رسوبدهی آن واحد مشخص میگردد (جدول 4).
شکل(6) نقشهی شدت فرسایش حوضهی آبریز رودخانهی گاوی
به منظور بررسی بیشتر و تعیین میزان فرسایش و رسوبزایی در سطح حوضه از جدول (5)، که در این زمینه تهیه شده است، استفاده میشود.
در نهایت برای اعمال دقت بیشتر و پرهیز از اشتباه در عمل درونیابی و برونیابی برای برآورد فرسایش و تولید رسوب طبق مدل ام پسیاک از رابطه بین درجهی رسوبدهی و میزان تولید رسوب، رابطهی (10)، استفاده
به عمل میآید (صفامنش و همکاران[7]، 2006):
رابطهی (10) 18.6=Qs
در این رابطه QSمیزان رسوبدهی سالانه بر حسب متر مکعب در کیلومتر مربع،e عدد نپرین که تقریباً برابر با 718/2 میباشد وR درجهی رسوبدهی یعنی مجموع امتیازات عوامل مختلف در نظر گرفته شده در مدل MPSIACمیباشد. لازم به ذکر میباشد که وزن مخصوص برای حوضهی مورد مطالعه با توجه به مطالعات انجام شده توسط امور آب استان بر روی رودخانه، 5/1 در نظر گرفته میشود.
برای محاسبهیSDR از روش لارنس[8] رابطهی (11) استفاده شده است و برای تعیین فرسایش کل بایستی فرسایش ویژه را در کل مساحت هر زیر حوضه ضرب کنیم (افسری و قدوسی 1390).
رابطهی (11) SDR =
جدول (4) دادههای لازم جهت محاسبه درجهی رسوبدهی واحدهای هیدرولوژیکی حوضهی آبریز رودخانهی گاوی
|
کل حوضه |
واحدهای هیدرولوژیکی |
عامل |
|||
|
A4 |
A3 |
A2 |
A1 |
||
|
74/5 |
23/5 |
65/6 |
46/5 |
46/5 |
زمینشناسی |
|
44/8 |
16/8 |
58/8 |
38/8 |
66/8 |
خاک |
|
11/5 |
88/2 |
69/4 |
55/6 |
34/6 |
آب و هوا |
|
5/0 |
74/0 |
40/0 |
46/0 |
61/0 |
رواناب |
|
43/11 |
40/13 |
68/10 |
87/11 |
80/9 |
توپوگرافی |
|
41/7 |
05/6 |
07/8 |
48/6 |
33/9 |
پوشش زمین |
|
48/18 |
05/17 |
76/18 |
96/18 |
16/19 |
کاربری اراضی |
|
33/13 |
28/16 |
27/14 |
58/11 |
2/11 |
وضعیت فرسایش فعلی |
|
03/7 |
67/3 |
27/6 |
01/7 |
68/8 |
فرسایش رودخانهای |
|
47/77 |
64/73 |
37/78 |
75/76 |
24/79 |
مجموع امتیازات R |
جدول (5) تعیین میزان تولید رسوب سالانه و کلاس فرسایش خاک در روش MPSIAC
|
کلاس رسوبدهی و فرسایش |
شدت رسوبدهی |
تولید رسوب سالانه |
نمرات نشاندهندهی شدت رسوبدهی |
|
|
متر مکعب در کیلو متر مربع |
تن در کیلومتر مربع |
|||
|
V |
خیلی زیاد |
1429< |
5/2143< |
100< |
|
IV |
زیاد |
1429-476 |
5/2143 - 714 |
100-75 |
|
III |
متوسط |
476-238 |
714 – 357 |
75-50 |
|
II |
کم |
238-95 |
357 – 5/142 |
50-25 |
|
I |
خیلی کم یا جزیی |
95> |
5/142> |
25-0 |
منبع: (رفاهی، 1385)
بحث و نتایج
این پژوهش با هدف برآورد فرسایش و رسوبزایی حوضهی آبریز رودخانهی گاوی به روش ام پسایک و مقایسهی نتایج با برآورد واقعی انجام شده است. نتایج بررسی روش ام پسیاک و 9 پارامتر این روش برای 4 زیرحوضه تعیین شده (جدول 6)، نشان میدهد که با توجه به مجموع امتیازات پارامترهای مؤثر در فرسایش و رسوب، حوضهی مورد مطالعه بـه صورت کلی با درجهی رسوبدهی 47/77 در کلاس فرسایشی زیـاد قرار میگیرد و میزان تولید رسـوب این کلاس 1429-476 متر مکعب در کیلومتر مربع و 5/2143-714 تن در کیلومتر مربع میباشد. با اعمال رابطهی (10)، میزان رسوبدهی سالانه برابر 13/302 متر مکعب در کیلومتر مربع برآورد گردیده که با دخالت دادن وزن مخصوص (5/1)، معادل 20/453 تن رسوب در کیلومتر مربع است.
جدول (6) نتایج مدل MPSIACدر حوضه
|
پارامترهای رسوب و فرسایش |
واحدهای هیدرولوژیکی حوضهی آبریز گاوی |
||||
|
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
کل حوضه |
|
|
مساحت کل Km2 |
97/115 |
51/119 |
96/129 |
83/94 |
27/460 |
|
رسوب ویژه Km2/m3 (Qs) |
10/322 |
79/293 |
27/312 |
45/263 |
13/302 |
|
وزن مخصوص رسوب m/Ton |
5/1 |
5/1 |
5/1 |
5/1 |
5/1 |
|
رسوب ویژه Ton/.Km2.yr |
15/483 |
68/440 |
40/468 |
18/395 |
20/453 |
|
رسوب کل Ton.yr |
11/56031 |
80/52666 |
96/60873 |
31/37475 |
21/208595 |
|
SDR |
38/0 |
38/0 |
37/0 |
40/0 |
29/0 |
|
فرسایش ویژه Ton/.Km2.yr |
44/1271 |
68/1159 |
94/1265 |
95/987 |
75/1562 |
|
فرسایش کل Ton.yr |
75/147449 |
86/138593 |
33/164522 |
29/93687 |
91/719290 |
نتیجهگیری
نتایج حاصله نشان مـیدهد که منطقهی مورد مطالعه از لـحاظ فرسایشپذیری در ردهی فرسایشی زیـاد قـرار میگیرد و طبق تعریف این کلاس میتوان گفت که در این حوضه جابجایی ذرات خاک به میزانی است که اجرای برنامههای حفاظت خاک و آب ضرورت و اولویت داشته و استفاده از اراضی محدودیت زیادی دارد. همچنین مدل MPSIAC در این حوضه به خوبی پاسخ میدهد و فرضیهی اول تأیید میشود، زیرا به عنوان نمونه مقدار رسوب برآورد شده در حوضهی مورد مطالعه با مدل ام پسیاک 20/453 تن رسوب در کیلومتر مربع در سال و رسوب برآورد شده در ایستگاه رسوبسنجی حوضهی مربوطه 23/461 تن رسوب در کیلومتر مربع در سال میباشد، دلیل دقت این روش میتواند این باشد که این روش به عنوان جغرافیاییترین مدل در برگیرندهی 9 پارامتر تأثیرگذار در تولید فرسایش و رسوب میباشد. در مورد فرضیهی دوم قبل از انجام تحقیق با توجه به بازدیدهای به عمل آمده از منطقه مورد مطالعه به نظر میرسید که از بین عوامل مؤثر در فرسایش، لیتولوژی با توجه به سازندهای حساس به فرسایش، بیشترین تأثیر را در فرسایش حوضه داشته باشد، در حالی که نتایج حاصل شده از طریق مدل تجربی عامل کاربری با امتیاز 48/18را به عنوان عوامل مؤثر در فرسایش حوضه در اولویت اول و عامل زمینشناسی با امتیاز 76/5 در اولویت ششم قرار میدهد. بر این اساس فرضیهی فوق رد میشود. در پایان باید اشاره کرد که با توجه به اینکه حوضه از نظر تقسیمبندی واحد اراضی در گروه دشتهای دامنهای با شیب ملایم قرار میگیرد و مناسب کشت غلات به صورت دیم و مرتع آن محل قشلاق عشایر میباشد، در نتیجه این شرایط تأثیر عامل کاربری اراضی را تأیید میکند.
)