نوع مقاله : پژوهشی
نویسندگان
1 استاد، دانشکده‌ی مهندسی عمران دانشگاه تبریز، تبریز
2 کارشناسی ارشد سازه‌های هیدرولیکی دانشکده‌ی عمران دانشگاه تبریز، تبریز (نویسنده‌ی مسئول)
چکیده
در این مقاله جهت برآورد میزان فرسایش و رسوب در زیرحوضههای حوضهی آجیچای با توجه به نبود آمار کافی بار رسوب -که یـکی از مسائل اساسی حوضههای کشور میباشد- از مدل تجربی پسیاک اصلاح شده استفاده شده است. از آنجائی که میزان رسوب حاصل از این مدل متوسط سالانه میباشد، لذا در مرحلهی اول جهت محاسبه رسوب برای هر سال چگونگی تغییرات فاکتورهای نهگانه مدل فوق نسبت به زمان مورد بررسی قرار داده شده است. فاکتورهای که ماهانه (مثل بارش و رواناب) و یا سالانه (مثل پوشش گیاهی و کاربری اراضی) دستخوش تغییر هستند، نقش مستقیمی در محاسبه رسوب برای هر سال دارند. در مرحلهی دوم برای ریزمقیاس کردن رسوب سالانهی حاصل از مدلسازی مرحلهی اول و با توجه به اینکه نمیتوان رسوب سالانه را به نسبت مساوی برای تمام ماههای سال توزیع کرد، با استفاده از روش آبشاری میزان رسوب سالانه به ماهانه ریزمقیاس گردید. نتایج حاصل نشان میدهد بین بار رسوب برآورد شده با مدل پسیاک اصلاح شده و ریزمقیاس شده با مدل آبشاری، با نتایج مشاهداتی و ثبت شده همبستگی بالایی وجود دارد. از طرفی همانطوری که انتظار میرفت از بین عوامل نه گانه مدل، دو عامل فرسایش رودخانهای و فرسایش سطحی به ترتیب 6/13 و 4/13 بیشترین امتیاز را دارند همچنین کاربری اراضی و پوشش گیاهی با امتیازهای 4/13 و 5/11 نقش خود را در تولید و یا مهار رسوب به خوبی نشان می دهند. میزان رسوبدهی سالانه در کل حوضه 92/1 تن در هکتار میباشد که زیرحوضه 22 با توجه به شیب تند و پوشش گیاهی کاملا ضعیف با 88/3 تن در هکتار در سال بیشترین و زیرحوضه 1-14 با 0/1 تن در هکتار در سال کمترین مقدار تولید رسوب را در حوضه به خود اختصاص دادند.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Monthly Sediment Load Estimation of Aji Chay Basin Stations Using MPSIAC Model and Cascade Exponential Sub-Scales
نویسندگان [English]
- Vahid Nourani 1
- Saleh Mohsenzadeh 2
1 Ph.D., Professor, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Iran
2 MSc (Hydraulic Structures Engineering), Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Iran,
چکیده [English]
Introduction
In this study, the MPSIAC model was used to consider the effects of the dominant factors in sediment production in order to estimate the rate of the erosion and sediment load in sub-basins of the Aji Chay River. Since the sediment rate of this model is the annual average, the variations of the nine fold factors of this model was examined in order to calculate the sediment for each year. Then, the annual and monthly sediment rates were quantified using a cascading method.
Methodology
In order to estimate the sediment production and the relationship between the degree of the sediment yield and the amount of production, equation (1) which was based on determining the scores of the factors considered in the PSIAC model and obtaining their total scores in each hydrological unit was used
38.77e0.0353R = Equation(1): QS
Qs=sediment yield (m3/km2/year) R= sedimentation rate
The PSIAC model specifies some variations for each factor, which is somewhat selective and requires an expert judgment. Johnson and Gombard (1982) have made the nine-fold factors for this method as numerical equations.
The estimated sediment rate using MPSIAC method is based on the annual average. Therefore, the variations of the factors of MPSIAC model were examined and compared to estimate the sediment for each year. Due to the fact that sediment is not the same throughout the year, it was not possible to equally consider annual sediment for all months of the year. Thus, for the purpose of the quantification of the monthly sediment, the cascading micro-scale was used through verifying the existing data and filling the deficiencies of the data. In the process of disintegration, the sediment, which was the annual sediment in the initial intervals, was sequentially broken into smaller surfaces with specific coefficients and calibrated.
Equation(2): SNij = Sij
Equation(3): SijNky = Sk
Results and discussion
In this paper, the annual sediment rate was estimated using remote sensing, GIS techniques, and the application of the experimental model of MPSIAC in hydrological units and its zoning in the area. Then, by inserting the DEM into the GIS environment and by modifying the ups and downs, the flow direction, the network of waterways, and the primary and secondary sub-basins were produced. As a result, the production rate of the sediment and the scores of the each of the factors in the sub-basins were calculated using the equations presented in the MPSIAC model. The results showed that there was a high correlation between the estimated sediment load with the MPSIAC model and the observed and recorded results.
The results of the MPSIAC model for the estimated sediment rate were based on the annual average, so the existing data and nine-fold factors of MPSIAC model, which were time-consuming, were used for the monthly sedimentation. To measure the amount of the precipitation and runoff for different months of each statistical year and to study the amount and manner of changes in vegetation and land use in the studied area, the annual precipitation and annual erosion were calculated for each statistical year. Then, sub-scaling was done through the calculation of the sub-scale coefficients of annual to monthly sediment.
Conclusion
The estimated sediment rate using MPSIAC model and observational and measured data of the sediment in the hydrometric stations of the Aji Chay basin has high accuracy and acceptable correlation. In addition, by comparing and verifying the available and measured data in the hydrometric stations of the AjiChay basin at low scales with extractive data of this method, it turns out that the sediment values can be estimated at low scales by specifying the sub-scale coefficients and calculating the sediment for each year.
کلیدواژه‌ها [English]
- Sedimentation
- MPSIAC model
- GIS
- Cascade sub-scaling
- Aji Chay River
مقدمه
مدل PSIAC برای هر عامل حدود تغییراتی را مشخص کرده است که تا حدودی انتخابی بوده و متناسب با عامل رسوبدهی نیاز به قضاوت کارشناسی دارد. در سال 1982 طی تحقیقی جانسون و گمبهارتعوامل نهگانه این روش را به صورت معادلات عددی درآورده و مدل اصلاح شده MPSIAC را ارائه نمودند (رفاهی، 1382).
دی ونته[1] و همکاران (2005)، در مطالعهای بر روی یک منطقه به این نتیجه رسیدند که به علت کمبود ایستگاه رسوب سنجی در حوضههای بزرگ، آمار و اطلاعات رسوب با استفاده از مدل MPSIAC قابل برآورد میباشد و این مدل در مقایسه با روشهای اندازهگیری شده از طریق آزمون آماری با درجهی همبستگی حدود 8/0 درصد بهترین روش شناخته شده است. صحرارو و همکاران (1389) در مطالعهی خود به این نتیجه رسیدند که اختلاف اندکی (7درصد) بین نتایج حاصله از مدل و آمار ایستگاه هیدرمتری ملاحظه میشود که این مسئله بیانگر این است که مدل MPSIAC از دقت قابل قبولی برخوردار بوده و بنابراین استفاده از این مدل در ارزیابی فرسایش و رسوب حوضههای فاقد آمار پیشنهاد میشود.
تاکنون مطالعات محدودی در ارتباط با مدل ریزمقیاس کردن آبشاری که بر اساس تئوری فرکتال بنا شده است، در راستای مدلسازی رسوب صورت گرفته است. سیووکومار[2] و همکاران (2002)، با بررسی رفتار دینامیکی بار رسوبات معلق به این نتیجه رسیدند که بار رسوبی دارای خصوصیات غیرخطی قطعی میباشد. در مطالعه دیگر سیووکومار و همکاران (2004)، به بررسی رفتار دینامیکی انتقال بار رسوب در پنچ مقیاس زمانی پیدرپی در مقیاسهای روزانه، 2 روز، 4روز، 8 روز و 16 روز برای رودخانهی میسیسیپی پرداخت. سیووکومار (2006)، تحت مطالعهای برآورد بار رسوب معلق را با دقت بالا کار دشواری دانسته که اولاً) عدم دسترسی به تخلیهی آب با وضوح بالا و اندازهگیری غلظت رسوبات معلق. ثانیاً) هرگونه خطا در اندازهگیری این دو مؤلفه به طور قابل توجهی میتواند دقت برآورد بار معلق رسوب را تحت تأثیر قرار دهد ثالثاً) اندازهگیری مستقیم بسیار گرانقیمت میباشد. بنابراین به دلیل دشواری تخمین رسوبات معلق رودخانه در مقیاسهای ریزتر، امکان وجود رفتار مقیاسگذاری رسوب معلق رودخانه‌ها را مورد بررسی قرار داد. شانگ[3] و همکاران (2009)، در مطالعهی خود مدلسازی سری زمانی غیرخطی را جهت تحلیل دادههای رسوب معلق بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که ویژگیهای آشوب به وضوح در پدیدهی انتقال رسوب دیده میشود.
ـ موقعیت جغرافیایی محدودهی مورد مطالعه
رودخانهی آجیچای در ناحیه شمالغربی ایران در استان آذربایجانشرقی قرار گرفته و شهرهای تبریز، آذرشهر، سراب، بستانآباد، هریس و اسکو نقاط مهم شهری این حوضه بشمار میآیند. این حوضه درمحدوده '۳۰˚۴۵ تا '۴۵˚۴۷ طول شرقی و '۴۵˚۳۷ تا '۳۰˚۳۸ عرض شمالی واقع شده است (شکل1). حوضهی آبریز آجیچای از شمال به حوضهی آبریز اهر چای، از جنوب به حوضهی آبریز شهر چای از شرق به حوضهی آبریز بالخواچای و از غرب به دریاچهی ارومیه محدود میشود. رودخانهی آجیچای در درهای که مابین کوه‌های ارسباران، قوشهداغ و سبلان از شمال و کوه‌های بزقوشداغ و سهند از جنوب قرار گرفته است در جهت عمومی شرقی-غربی جریان می‌یابد. میانگین سالانهی دمای متوسط روزانه در حوضهی مطالعاتی از حدود ١٠ درجه در مناطق اطراف دریاچهی ارومیه تا کمتر از 5/2درجه در سال در ارتفاعات سـهند و سـبلان متغیر است. در ایستگاههای حوضهی مورد مطالعهی دادههای رسوب دارای نواقصی میباشد که این دادهها بعضاً هر ماه یک یا دو بار در شرایط خاص مثل موقع سیلاب و بارش شدید اندازهگیری شده است و در بعضی ایستگاهها دادههای نسبتاً کاملی وجود دارد. دورهی آماری در ایستگاهها متفاوت میباشد طوری که در بعضی ایستگاهها اخیراً ثبت آمار و اطلاعات رسوب و دبی شروع شده است.
شکل (1) موقعیت جغرافیایی حوضه آچیچای
مواد و روشها
در این پژوهش ابتدا با تلفیق دادهها و نقشهها در محیط GIS عوامل مؤثر در مدل MPSIAC محاسبه و رسوب متوسط سالانه برآورد گردید، سپس رسوب سالانه با در نظر گرفتن تغییرات عوامل مدل نسبت به زمان محاسبه و در نهایت با مدل آبشاری رسوب سالانه حاصل از مدل MPSIAC به رسوب ماهانه ریزمقیاس گردید.
ـ مدل MPSIAC
در مدل PSIAC تاثیر و نقش نه عامل مهم و موثر در فرسایش خاک و تولید رسوب در حوضهی آبخیز ارزیابی میگردد. در این روش بسته به شدت و ضعف هر عامل عددی به آن نسبت داده میشود، سرانجام با در نظر گرفتن مجموع اعداد به دست آمده برای عوامل مختلف میزان رسوبدهی حوضه برآورد میشود. هر یک از عوامل نهگانه فرسایش خاک و تولید رسوب در اجزای واحد اراضی یا واحد هیدرولوژیکی یا هر واحد دیگر مورد بررسی و ارزیابی قرار میگیرند.
پس از تعیین امتیاز عوامل در نظر گرفته شده در مدل PSIAC و به دست آوردن مجموع نمرات آنها در هر یک از واحدهای هیدرولوژیکی، برای برآورد تولید رسوب از رابطه بین درجه رسوبدهی و میزان تولید به صورت رابطهی (1) استفاده میگردد (رفاهی، 1382).
رابطهی (1) 38.77e0.0353R=QS
:Qs میزان رسوبدهی سالانه بر حسب مترمکعب در کیلومترمربع :Rدرجه رسوبدهی
رابطهی (2) LogSDR = 1. 8768 – 0. 1491 Log 10 A
|
رابطهی (3) |
SDR= نسبت تولید رسوب بر حسب درصد، A= مساحت حوضه برحسب مایل مربع، Sy= میزان رسوبدهی بر حسب تن در کیلومتر مربع در سال، Er= میزان فرسایش ناخالص بر حسب تن در کیلومترمربع در سال
مدل PSIAC برای هر عامل حدود تغییراتی را مشخص کرده است که تا حدودی انتخابی بوده و متناسب با عامل رسوبدهی نیاز به قضاوت کارشناسی دارد. جانسون و گمبهارت[4](1982)، عوامل نه گانه این روش را به صورت معادلات عددی درآورده (جدول 1).
جدول (1) عوامل موثر در فرسایش خاک و تولید رسوب در مدل PSIAC و MPSIAC(جانسون و گمبهارت، 1982)
|
ردیف |
عامل |
نمرات مشخصکننده |
معادلهی پارامترها |
|
1 |
زمینشناسی سطحی |
10 - 0 |
X1= Y1 |
|
2 |
خاک |
10 - 0 |
X2=16/ 67K |
|
3 |
آب وهوا |
10 - 0 |
X3=0/ 2P1 |
|
4 |
رواناب |
10 - 0 |
X4=0/ 006R+10QP |
|
5 |
پستی و بلندی |
20 - 0 |
X5=0/ 33S |
|
6 |
پوشش زمین |
10- تا 10+ |
X6=20-0/ 2Pb |
|
7 |
کاربرای اراضی |
10- تا 10+ |
X7=20-0/ 2Pc |
|
8 |
وضعیت فعلی فرسایش |
25 - 0 |
X8=0/ 25 S. S. F |
|
9 |
فرسایش رود خانهای |
25 - 0 |
X9=1/ 67 S. S.F. g |
ـ ریزمقیاس کردن
میزان رسوب برآورد شده با استفاده از روش MPSIAC متوسط سالانه بوده و از طرفی با توجه به وسعت حوضهها و عدم وجود کافی آمار رسوب بخصوص در مقیاسهای کوچکتر، از اینرو در گام اول مقالهی حاضر برآورد رسوب برای هر سال با تکیه بر چگونگی تغییرات فاکتورهای مدل MPSIAC نسبت به زمان مورد بررسی قرار گرفت. از میان عوامل نهگانه مدل MPSIAC عواملی از جمله بارش و رواناب تغییرات روزانه داشته، لیکن وضعیت پوشش گیاهی و کاربری اراضی سالانه و یا در مدت زمانی نسبتاً طولانی دستخوش تغییر میباشند. ولی تغییرات عواملی همچون زمینشناسی و یا خاک در طول مدت زمان خیلی طولانی صورت میگیرد که برای مدلسازی این تحقیق قابل صرفنظر بود. بنابراین برای عواملی که در طول زمان دستخوش تغییرات زیادی هستند، مقادیر این عوامل برای هر سال محاسبه شد و برای پوشش گیاهی و کاربری اراضی میانگین وضعیت این عوامل در حوضه برای طول دوره آماری در نظر گرفته شد. درنتیجه میزان رسوب هر زیرحوضه برای هر سال آماری جداگانه محاسبه گردید.
با توجه به شرایط جوی، میزان بارش‌ها و استفاده از آب در اراضی کشاورزی و غیره، در نتیجه میزان تولید رسوب در تمام فصلهای سال یکسان نبوده لذا نمیتوان رسوب سالانه را به نسبت مساوی برای تمام ماههای سال در نظر گرفت، از اینرو برای ریزمقیاس کردن رسوب سالانه به ماهانه با صحتسنجی دادههای موجود و پر کردن نواقص دادهها، مدل ریزمقیاس کردن آبشاری مورد استفاده قرار گرفت.
در فرآیند گسستهسازی رسوب در زمان مطابق (شکل 2 و رابطههای 4 و 5) بازهی اولیه مورد نظر که رسوب سالانه (1S) میباشد به صورت متوالی و آبشاری با ضرایب مشخص (Ni) به سطح‌های کوچکتر شکسته میشود. به منظور کالیبره کردن و بالا بردن دقت ضرایب، ابتدا رسوب سالانه برای دو بازهی شش ماهه سپس برای چهار بازهی سه ماهه ریزمقیاس میگردد طوری که مقدار ضرایب متعلق به هر بازه متأثر از میزان تولید رسوب در هر فصل میباشد. به عنوان مثال میزان تولید رسوب در سه ماه اول سال نسبت به سایر فصلها بیشتر میباشد در نتیجه مقادیر Ni برای این فصلها حداکثر خواهد بود. سپس با توجه به تاثیر مستقیم دبی (Q) و بارش (R) در تولید رسوب مقادیـر Ni نسبت بـه تغییرات دبی ماهانـهی کالیبره میگردد.
رابطهی (4) SNij =Sij و رابطهی (5) SijNky = Sky
|
S |
N1 N2
|
S N1=S1 |
SN2 = S2 |
N6 N5 N4 N3
|
S2 N6=S6 |
S2 N5=S5 |
S1 N4=S4 |
S1 N3=S3 |
N7,N8,N9 N10,N11,N12 N13,N14,N15 N16,N17, N18
|
S7 |
S8 |
S9 |
S10 |
S11 |
S12 |
S13 |
S14 |
S15 |
S16 |
S17 |
S18 |
تأثیر دادن دبی (Q) و بارش (I) ماهانه
|
Sshah |
Smor |
Stir |
Skho |
Sord |
Sfarv |
Sesf |
Sbah |
Sdey |
Saza |
Saba |
Smeh |
شکل (2) فرآیند ریزمقیاس کردن مقدار رسوب سالانه به ماهانه
بحث و نتایج
در این مقاله ابتدا برآورد میزان رسوب سالانه با استفاده از تکنیکهای سنجش از دور و GIS و اعمال مدل تجربی MPSIAC در واحدهای هیدرولوژیکی و پهنهبندی آن در وسعت صورت گرفت. جهت انجام این مهم، ارزیابی محیطی هر یک از واحدها ضروری بود. از اینرو تهیه دادههای مورد نیاز مدل MPSIAC برحسب واحدهای کاری صورت گرفت تا اولاً، نقش هر یک از عوامل موثر در میزان رسوبزایی زیرحوضهها مشخص گردد ثانیاً، بحرانیترین زیرحوضهها از نظر فرسایش پذیری و تولید رسوب معین شود، ثالثاً بعد از برآورد رسوب سالانه در زیرحوضهها اقدام به ریزمقیاس نمودن و صحتسنجی با دادههای موجود، نواقص دادههای آماری آنها پر شود.
ـ برآورد رسوب سالانه با مدل MPSIAC
با واردکردن DEM به محیط GIS و با اصلاح پستی و بلندی و ناهمواریهای غیرمتعارف DEM، جهت جریان، تراکم جریان، شبکهی آبراههها و زیر حوضهها تولید گردید. با توجه به موقعیت بعضی از ایستگاههای هیدرومتری حوضه جهت استفاده و مقایسه دادههای دبی، رسوب و رواناب در این ایستگاهها، زیرحوضههای منتهی به این ایستگاهها استخراج شد (شکل 3، الف وب). در نتیجه بااستفاده از تصاویر ماهوارهای و هوایی، پوشش گیاهی،کاربری زمین و... استخراج و پس از تلفیق این نقشهها و سایر دادهها، هر یک از عوامل مؤثر در تولید میزان رسوب و فرسایش در واحدهای کاری مورد ارزیابی قرار گرفت و در نهایت با میانگینگیری به صورت وزنی، امتیاز هر یک از عوامل در منطقه و زیرحوضهها با استفاده از معادلات ارائه شده در مدل MPSIAC محاسبه شد. در ادامه برای هر واحد کاری درجه رسوبدهی حاصل، جمع امتیازات عوامل نهگانه محاسبه و برای هر یک از واحدهای هیدرولوژیکی میزان تولید رسوب و شدت فرسایشپذیری محاسبه شد (شکل 4 و جدول 2). نتایج حاصل نشان میدهد بین بار رسوب برآورد شده با مدل MPSIAC و نتایج مشاهداتی و ثبت شده همبستگی بالایی وجود دارد (شکل 5).
|
(الف) |
|
(ب) |
شکل (3) الف)زیرحوضههای اصلی و فرعی و ایستگاهها ب) شبکهی آبراههی حوضه در محیطGIS
شکل (4) امتیاز عوامل نهگانهی مدل در حوضه
شکل (5) رابطهی همبستگی و نموادر بین رسوب مشاهداتی و محاسباتی
جدول (2) میزان تولید رسوب و فرسایش واحدهای هیدرولوژیکی و کل حوضه
|
زیر حوضه |
مساحت KM2 |
شدت رسوبدهی |
مجموع امتیازاتR |
فرسایش ton/km2/Y |
S.D.R درصد |
رسوب Ton/Y |
رسوب ton/km2/Y |
|
1 |
78/803 |
III |
7/74 |
5/1687 |
16/0 |
217021 |
270 |
|
1-1 |
23/89 |
III |
2/67 |
6/640 |
32/0 |
18354 |
205 |
|
2 |
23/196 |
III |
4/69 |
2/822 |
27/0 |
43620 |
222 |
|
3 |
32/448 |
III |
7/66 |
808 |
25/0 |
90561 |
202 |
|
1-3 |
33/128 |
III |
8/68 |
6/726 |
30/0 |
27951 |
218 |
|
4 |
65/83 |
III |
4/66 |
7/838 |
31/0 |
16730 |
260 |
|
5 |
89/53 |
III |
6/74 |
8/925 |
29/0 |
14471 |
5/268 |
|
6 |
08/61 |
III |
1/72 |
875 |
28/0 |
14943 |
245 |
|
7 |
51/114 |
III |
70 |
7/840 |
27/0 |
5/25991 |
227 |
|
8 |
02/135 |
III |
66 |
5/761 |
26/0 |
26692 |
198 |
|
9 |
5/114 |
III |
2/68 |
2/819 |
26/0 |
24400 |
213 |
|
10 |
11/201 |
III |
1/71 |
5/987 |
24/0 |
47663 |
237 |
|
11 |
42/139 |
III |
6/72 |
1000 |
25/0 |
34855 |
250 |
|
12 |
38/547 |
III |
3/71 |
3/1133 |
21/0 |
130325 |
238 |
|
13 |
98/238 |
IV |
5/77 |
1250 |
24/0 |
71700 |
300 |
|
14 |
45/113 |
III |
3/64 |
8/688 |
27/0 |
21064 |
186 |
|
1-14 |
9/169 |
III |
8/61 |
680 |
25/0 |
28900 |
170 |
|
15 |
59/251 |
III |
7/67 |
875 |
24/0 |
52836 |
210 |
|
16 |
18/546 |
IV |
2/77 |
2/1795 |
21/0 |
205917 |
377 |
|
1-16 |
72/565 |
III |
6/73 |
1231 |
21/0 |
146050 |
5/258 |
|
17 |
75/508 |
III |
5/69 |
894 |
25/0 |
113700 |
5/223 |
|
18 |
23/154 |
IV |
8/78 |
1/1196 |
26/0 |
48015 |
311 |
|
19 |
36/375 |
IV |
4/85 |
4/1795 |
22/0 |
148348 |
395 |
|
20 |
9/230 |
IV |
6/77 |
1250 |
24/0 |
69300 |
300 |
|
21 |
39/460 |
III |
2/74 |
5/1204 |
22/0 |
121487 |
265 |
|
22 |
71/134 |
IV |
94 |
5/2011 |
26/0 |
70448 |
523 |
|
23 |
97/184 |
IV |
2/81 |
1360 |
25/0 |
62900 |
340 |
ادامه جدول (2)
|
زیر حوضه |
مساحت KM2 |
شدت رسوبدهی |
مجموع امتیازاتR |
فرسایش ton/km2/Y |
S.D.R درصد |
رسوب Ton/Y |
رسوب ton/km2/Y |
|
||||
|
1-23 |
16/199 |
IV |
7/83 |
1514 |
24/0 |
73830 |
371 |
|||||
|
24 |
13/99 |
IV |
1/82 |
3/1296 |
27/0 |
34680 |
350 |
|||||
|
25 |
13/179 |
IV |
2/81 |
1356 |
25/0 |
60681 |
339 |
|||||
|
1-25 |
222 |
IV |
6/81 |
3/1433 |
24/0 |
76418 |
344 |
|||||
|
26 |
87/451 |
IV |
5/75 |
6/1263 |
22/0 |
125656 |
278 |
|||||
|
27 |
78/540 |
IV |
8/77 |
5/1428 |
21/0 |
162300 |
300 |
|||||
|
1-27 |
38/136 |
IV |
2/80 |
5/1261 |
26/0 |
44772 |
328 |
|||||
|
28 |
25/391 |
IV |
6/78 |
1409 |
22/0 |
121365 |
310 |
|||||
|
29 |
52/308 |
IV |
9/76 |
5/1269 |
23/0 |
90082 |
292 |
|||||
|
30 |
43/188 |
III |
7/72 |
1420 |
25/0 |
66918 |
355 |
|||||
|
31 |
44/478 |
III |
4/69 |
4/1071 |
21/0 |
107775 |
225 |
|||||
|
کل حوضه |
6/10426 |
III |
4/74 |
8/1942 |
14/0 |
2787075 |
272 |
|||||
ـ ریزمقیاس نمایی بار رسوب
نتایج حاصل از مدل MPSIAC برای میزان رسوب برآورد شده، متوسط سالانه میباشد لذا برای ماهانه کردن رسوب از دادههای موجود و عوامل نهگانه مدل MPSIAC که زمانمند هستند، استفاده شد. با لحاظ میزان بارش و رواناب برای ماههای مختلف هر سال آماری و بررسی میزان و نحوهی تغییرات پوشش گیاهی و کاربری زمین در منطقهی مورد مطالعه میزان رسوبدهی و فرسایش سالانه برای هر سال آماری محاسبه گردید (جدول3) سپس با استخراج ضرایب ریزمقیاس رسوب سالانه به ماهانه عمل ریزمقیاس کردن صورت گرفت محاسبه میزان رسوب تولید شده سالانه و ریزمقیاس کردن ماهانه برای تمامی ایستگاههای حوضهی مورد مطالعه انجام یافت که در اینجا فقط به گزارش نتایج ایستگاه بستانآباد بسنده شد (جدول 4).
جدول (3) میزان رسوب سالانه ایستگاه بستانآباد
|
سال آبی
|
رواناب سالانه (m3/yer) |
دبی پیک (m3/se) |
دبی پیک ویژه (m3/sec*km2) |
بارش (6ساعته) (mm/h)
|
عمق رواناب (mm) |
R نهایی
|
رسوب سالانه (m3/km2) |
میزان رسوب ویژه (ton/km2/yer)
|
|
61-60 |
32/48 |
64 |
114/0 |
72/3 |
3/86 |
1/73 |
5/258 |
15/336 |
|
62-61 |
17/86 |
64 |
114/0 |
78/3 |
9/153 |
6/73 |
9/262 |
9/341 |
|
63-62 |
29/56 |
64 |
114/0 |
43/2 |
5/100 |
9/71 |
6/247 |
9/321 |
|
64-63 |
54/63 |
3/31 |
055/0 |
33/2 |
4/113 |
3/71 |
2/242 |
9/314 |
|
65-64 |
47 |
1/13 |
023/0 |
7/2 |
84 |
1/71 |
1/241 |
5/313 |
|
66-65 |
1/41 |
5/10 |
018/0 |
16/2 |
4/73 |
5/70 |
5/235 |
2/306 |
|
67-66 |
74 |
6/24 |
044/0 |
29/2 |
15/132 |
2/71 |
242 |
6/314 |
|
68-67 |
2/46 |
27 |
048/0 |
5/2 |
5/82 |
2/71 |
5/241 |
9/313 |
|
69-68 |
3/29 |
2/11 |
02/0 |
7/2 |
35/52 |
9/70 |
2/239 |
311 |
|
70-69 |
2/42 |
4/18 |
032/0 |
53/2 |
3/75 |
71 |
1/240 |
1/312 |
|
71-70 |
9/86 |
5/36 |
065/0 |
91/2 |
3/155 |
2/72 |
6/250 |
8/325 |
|
72-71 |
3/48 |
64 |
114/0 |
6/3 |
28/86 |
73 |
4/257 |
7/334 |
|
73-72 |
3/48 |
64 |
114/0 |
2/2 |
28/86 |
6/71 |
8/244 |
25/318 |
|
74-73 |
3/48 |
64 |
114/0 |
27/2 |
28/86 |
6/71 |
45/245 |
05/319 |
|
75-74 |
53 |
7/36 |
065/0 |
71/2 |
6/94 |
8/71 |
5/245 |
17/319 |
|
76-75 |
4/44 |
8/43 |
078/0 |
2/2 |
33/79 |
2/71 |
4/241 |
8/313 |
|
77-76 |
1/37 |
12 |
021/0 |
6/4 |
4/66 |
9/72 |
3/257 |
4/334 |
|
78-77 |
9/18 |
64 |
114/0 |
1/3 |
75/33 |
2/72 |
250 |
1/325 |
|
79-78 |
6/18 |
8/5 |
014/0 |
7/2 |
2/33 |
7/70 |
4/237 |
6/308 |
|
80-79 |
7/16 |
8/3 |
007/0 |
3/2 |
8/29 |
3/70 |
6/233 |
7/303 |
|
81-80 |
6/20 |
3/10 |
018/0 |
5/2 |
8/36 |
6/70 |
5/236 |
4/307 |
|
82-81 |
5/53 |
64 |
114/0 |
7/5 |
6/95 |
2/75 |
2/279 |
9/362 |
|
83-82 |
6/31 |
1/28 |
05/0 |
5 |
4/56 |
5/73 |
9/262 |
7/341 |
|
84-83 |
1/22 |
9/11 |
021/0 |
8/2 |
5/39 |
71 |
7/239 |
7/311 |
|
85-84 |
1/23 |
9/15 |
028/0 |
6/6 |
2/41 |
8/74 |
6/275 |
2/358 |
ادامهی جدول (3)
|
سال آبی
|
رواناب سالانه (m3/yer) |
دبی پیک (m3/se) |
دبی پیک ویژه (m3/sec*km2) |
بارش (6ساعته) (mm/h)
|
عمق رواناب (mm) |
R نهایی
|
رسوب سالانه (m3/km2) |
میزان رسوب ویژه (ton/km2/yer)
|
|
86-85 |
8/42 |
9/33 |
06/0 |
4/3 |
5/76 |
2/72 |
3/250 |
4/325 |
|
87-86 |
3/52 |
64 |
114/0 |
78/3 |
4/93 |
732 |
6/259 |
5/337 |
|
88-87 |
1/11 |
8/47 |
085/0 |
6/3 |
9/19 |
9/71 |
2/248 |
7/322 |
|
89-88 |
4/9 |
5/18 |
033/0 |
6/2 |
8/16 |
8/70 |
2/238 |
6/309 |
|
90-89 |
9/14 |
4/15 |
027/0 |
9/2 |
6/26 |
71 |
2/240 |
4/312 |
|
91-90 |
4/17 |
64 |
114/0 |
9/7 |
16/31 |
77 |
4/297 |
7/386 |
جدول (4) ضریب مدل آبشاری، سری زمانی دبی و رسوب ماهانه در ایستگاه بستانآباد
|
سال آبی |
مهر |
آبان |
آذر |
دی |
||||||||
|
رسوب |
دبی |
ضریب |
رسوب |
دبی |
ضریب |
رسوب |
دبی |
ضریب |
رسوب |
دبی |
ضریب |
|
|
61-60 |
03/4 |
2/0 |
1/0 |
5/12 |
18/0 |
44/0 |
64/17 |
18/0 |
63/0 |
28/22 |
18/0 |
8/0 |
|
62-61 |
05/6 |
5/0 |
2/0 |
47/13 |
29/1 |
5/0 |
94/17 |
71/1 |
63/0 |
05/18 |
72/1 |
65/0 |
|
63-62 |
67/16 |
1/1 |
6/0 |
87/14 |
1 |
55/0 |
33/26 |
76/1 |
1 |
09/36 |
42/2 |
35/1 |
|
64-63 |
02/7 |
5/0 |
2/0 |
11/15 |
16/1 |
57/0 |
94/16 |
3/1 |
65/0 |
34/28 |
24/2 |
08/1 |
|
65-64 |
13/2 |
1/0 |
08/0 |
02/18 |
99/0 |
7/0 |
9/29 |
65/1 |
15/1 |
63/24 |
36/1 |
1 |
|
66-65 |
71/4 |
2/0 |
2/0 |
75/19 |
007/1 |
77/0 |
41/25 |
3/1 |
1 |
07/33 |
68/1 |
3/1 |
|
67-66 |
14/3 |
2/0 |
7/0 |
39/16 |
475/1 |
6/0 |
3/17 |
5/1 |
66/0 |
58/22 |
03/2 |
86/0 |
|
68-67 |
26/4 |
5/0 |
16/0 |
36/11 |
3/1 |
45/0 |
77/12 |
45/1 |
5/0 |
32/17 |
97/1 |
66/0 |
|
69-68 |
45/0 |
01/0 |
02/0 |
03/18 |
65/0 |
7/0 |
72/17 |
63/0 |
68/0 |
66/18 |
66/0 |
72/0 |
|
70-69 |
09/1 |
05/0 |
042/0 |
71/6 |
35/0 |
25/0 |
89/11 |
61/0 |
45/0 |
91/14 |
77/0 |
57/0 |
|
71-70 |
07/1 |
1/0 |
04/0 |
91/4 |
5/0 |
2/0 |
7 |
71/0 |
25/0 |
66/8 |
88/0 |
32/0 |
|
72-71 |
01/4 |
2/0 |
14/0 |
21/12 |
55/0 |
44/0 |
5/17 |
79/0 |
63/0 |
09/22 |
1 |
8/0 |
|
73-72 |
81/3 |
18/0 |
14/0 |
83/11 |
56/0 |
45/0 |
8/14 |
7/0 |
55/0 |
25/21 |
0/1 |
8/0 |
|
74-73 |
02/4 |
2/0 |
15/0 |
06/12 |
6/0 |
45/0 |
1/16 |
8/0 |
6/0 |
11/16 |
2/1 |
1 |
ادامهی جدول (4)
|
سال آبی |
مهر |
آبان |
آذر |
دی |
||||||||
|
رسوب |
دبی |
ضریب |
رسوب |
دبی |
ضریب |
رسوب |
دبی |
ضریب |
رسوب |
دبی |
ضریب |
|
|
75-74 |
53/4 |
3/0 |
17/0 |
26/11 |
73/0 |
42/0 |
5/13 |
87/0 |
5/0 |
96/20 |
36/1 |
87/0 |
|
76-75 |
55/4 |
24/0 |
17/0 |
59/14 |
78/0 |
55/0 |
7/15 |
84/0 |
6/0 |
35/16 |
88/0 |
63/0 |
|
77-76 |
0 |
0 |
0 |
85/6 |
27/0 |
25/0 |
16/20 |
8/0 |
72/0 |
16/37 |
47/1 |
33/1 |
|
78-77 |
87/17 |
4/0 |
6/0 |
6/23 |
53/0 |
87/0 |
99/28 |
64/0 |
1/1 |
88/26 |
59/0 |
1 |
|
79-78 |
5/0 |
01/0 |
02/0 |
04/9 |
21/0 |
35/0 |
47/17 |
4/0 |
7/0 |
07/34 |
78/0 |
32/1 |
|
80-79 |
36/1 |
028/0 |
05/0 |
02/27 |
57/0 |
07/1 |
19/32 |
68/0 |
3/1 |
56/36 |
77/0 |
45/1 |
|
81-80 |
0 |
0 |
0 |
86/0 |
022/0 |
03/0 |
11 |
28/0 |
45/0 |
81/24 |
63/0 |
1 |
|
82-81 |
0 |
0 |
0 |
12/1 |
065/0 |
04/0 |
06/13 |
73/0 |
45/0 |
64/13 |
76/0 |
45/0 |
|
83-82 |
1/0 |
003/0 |
004/0 |
38/7 |
23/0 |
25/0 |
25/10 |
31/0 |
36/0 |
1/15 |
47/0 |
53/0 |
|
84-83 |
7/0 |
019/0 |
03/0 |
92/5 |
162/0 |
22/0 |
71/13 |
37/0 |
53/0 |
6/29 |
8/0 |
15/1 |
|
85-84 |
6/1 |
038/0 |
054/0 |
68/13 |
336/0 |
45/0 |
05/17 |
42/0 |
57/0 |
4/22 |
55/0 |
75/0 |
|
86-85 |
35/0 |
018/0 |
013/0 |
97/7 |
401/0 |
3/0 |
22/11 |
56/0 |
41/0 |
83/6 |
34/0 |
25/0 |
|
87-86 |
36/2 |
047/0 |
08/0 |
9/12 |
261/0 |
46/0 |
02/24 |
48/0 |
85/0 |
92/31 |
64/0 |
13/1 |
|
88-87 |
8/16 |
224/0 |
65/0 |
5/23 |
31/0 |
88/0 |
64/18 |
24/0 |
7/0 |
55/23 |
31/0 |
88/0 |
|
89-88 |
88/1 |
022/0 |
07/0 |
57/19 |
22/0 |
75/0 |
67/21 |
24/0 |
85/0 |
06/23 |
26/0 |
9/0 |
|
90-89 |
46/0 |
009/0 |
018/0 |
15/5 |
093/0 |
2/0 |
49/10 |
19/0 |
4/0 |
27/17 |
31/0 |
66/0 |
|
91-90 |
58/0 |
013/0 |
018/0 |
6/14 |
327/0 |
45/0 |
39/31 |
7/0 |
1 |
4/17 |
38/0 |
55/0 |
نتایج حاصل نشان میدهد که دو عامل پوشش گیاهی و کاربری اراضی بیشترین نقش را در مهار و تولید رسوب دارند و به تبع این دو عامل، عوامل فرسایش سطحی و فرسایش رودخانهای نیز تغییر میکند. در زیرحوضهی شمارهی 22 حوضهی مورد مطالعه با توجه به اینکه پوشش گیاهی ضعیف و کاربری اراضی مناسب نیست، بیشترین مقدار رسوب را در میان سایر زیرحوضهها تولید نموده است. همچنین در زیرحوضههای 19، 1، 23 و 24 نیز با توجه به وضعیت نامناسب پوشش گیاهی بیشترین مقدار رسوب تولید شده است و در مقابل، در بالادستهای حوضه علیرغم شیب زیاد با عنایت به پوشش گیاهی مناسب رسوب کمتری تولید میشود. محاسبه مقدار رسوب تولید شده با مدل MPSIAC با استفاده از دادههای موجود برای رسوب سالانه در ایستگاههای هیدرومتری کالیبره و گپ دادههای موجود پر گردید همچنین ضرایب برای ریزمقیاس کردن رسوب با استفاده از مدل آبشاری در بازههای شش ماههی اول و دوم سال، چهار ماههی اول، دوم و سوم و نهایتاً برای دوازده ماه محاسبه و سپس رسوب سالانه به ماهانه تحت این ضرایب برآورد گردید و در آخر با استفاده از اندک دادههای موجود ماهانه در ایستگاههای هیدرومتری، دادههای محاسباتی صحتسنجی شده است که نتایج نشان میدهد همبستگی بالایی میان دادههای محاسباتی و مشاهداتی وجود دارد.
نتیجهگیری
با توجه به اهمیت رسوب در مهندسی آب و مدیریت حفاظت حوضههای آبریز، برآورد دقیق مقدار بار رسوب بخصوص در حوضههای فاقد آمار مشاهداتی و اندازه گیری شده بسیار حائز اهمیت میباشد. از طرفی با توجه به عدم وجود امکانات نوین در ایستگاههای هیدرومتری جهت اندازهگیری رسوب در زمانهای مشخص، نیاز به مطالعات و ابزاری است که بتوان از داده‌هاى با گام زمانى بزرگ، دادهها با گام زمانى کوچکتر تولید نمود.
در این مطالعه میزان رسوب برآورد شده با استفاده از مدل MPSIAC با دادههای مشاهداتی و اندازهگیری شده رسوب در ایستگاههای هیدرومتری حوضهی آجیچای مقایسه و مورد ارزیابی قرار گرفت و این نتیجه حاصل گردید که در حوضههای با وسعت بالا به علت کمبود ایستگاه رسوب سنجی آمار و اطلاعات رسوب حاصل از مدل فوق که بیشترین عوامل موثر را در فرسایش و تولید رسوب لحاظ میکند، از دقت بالایی برخوردار بوده است و همبستگی قابل قبولی را با نتایج مشاهداتی و ثبت شده در ایستگاههای هیدرومتری نشان داد. با توجه به عدم سهولت در مدیریت زمانی و مکانی ایستگاههای هیدرومتری در حوضهها، بخصوص حوضههای با وسعت بسیار بالا مقادیر حاصل از این مدل در طرحهای جامع قابل استفاده است. با مقایسه و صحتسنجی دادههای موجود و اندازهگیری شده در ایستگاههای هیدرومتری حوضهی آجیچای در مقیاسهای پایین با دادههای استخراجی از این روش مشخص میگردد که با تعیین ضرایب ریزمقیاس و محاسبه رسوب برای هر سال میتوان مقادیر رسوب در مقیاسهای پایینتر را برآورد نمود. در راستای کاهش تولید رسوب و اندازهگیری دقیق پیشنهاد میگردد ابتدا به عدم تخریب وضعیت زمین اعم از تغییر کاربریهای غیرمجاز و غیرکارشناسی و یا قطع پوشش گیاهی و سایر موارد که منجر به تولید رسوب میگردد، مبادرت نمود سپس جهت آگاهی از میزان تولید رسوب در ایستگاههای هیدرومتری علاوه بر اندازهگیری دستی که امکان انجام دادنش در هر لحظه وجود ندارد، با استفاده از سایر روشهای در صورت امکان مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد و نتایج با این مدل ترکیبی MPSIAC و آبشاری مورد بحث و ارزیابی قرار گیرد.
)