ارزیابی دقت و صحت شاخص های ژئومورفولوژیکی با استفاده از داده های ژئودینامیکی( مطالعه موردی : حوضه آبریز جاجرود در شمال شرق تهران )

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد ژئومورفولوژی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 استادیار ژئومورفولوژی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

4 دانشیار ژئومورفولوژی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

  حوضه آبریز جاجرود به عنوان یکی از حوضه‌های کوهستانی کشور در شمال شرق استان تهران واقع شده است. وجود دو سیستم گسلی اصلی مشاء – فشم به طول تقریبی ۱۷۰ کیلومتر و گسل شمال تهران به طول ۷۵ کیلومتر و گسل‌های فرعی متعدد، نشان دهنده ظهور پدیده‌های مهم زمین ساختی در این منطقه است. بنابراین، هدف از این پژوهش بررسی وضعیت نو زمین‌ساخت در این حوضه با استفاده از شاخص‌های ژئومورفولوژیکی و ارزیابی صحت و دقت نتایج حاصل از این شاخص‌ها با استفاده از داده‌های ژئودینامیکی است. برای دستیابی به این هدف از هفت شاخص ژئومورفولوژیکی: عدم تقارن حوضه زهکشی ( AF )، نسبت پهنای کف دره به ارتفاع دره ( VF )، شکل حوضه ( Bs )، تقارن توپوگرافی عرضی ( T )، منحنی هیپسومتری حوضه ( Hc )، پیچ و خم رود ( S ) و گرادیان طولی رود ( SL ) و همچنین داده‌های ژئودینامیکی ایستگاه دائمی GPS حوضه، به عنوان ابزارهای اصلی پژوهش بهره گرفته شده است. داده‌های مورد استفاده در ارزیابی شاخص‌های ژئومورفولوژیکی، نقشه‌های توپوگرافی، نقشه‌های زمین‌شناسی و تصاویر راداری بوده و در تحلیل داده‌ها و تهیه نقشه‌های مربوطه از سیستم اطلاعات جغرافیایی و نرم افزار9.3 ArcGis استفاده شده است، داده‌های ژئودینامیکی حوضه نیز از بانک مشاهدات ایستگاه‌های دائمی GPS اداره کل نقشه برداری زمینی سازمان نقشه برداری ایران تهیه و با استفاده از نرم افزار GLOBK پردازش شد. نتایج حاصل از شاخص‌های ژئومورفولوژیکی و داده‌های ژئودینامیکی حاکی از آن است که حوضه مورد مطالعه این پژوهش از نظر نو زمین‌ساختی فعال، اما میزان فعالیت حرکات نو زمین ساخت در همه جا یکسان نبوده و مناطق بالادست حوضه از این لحاظ فعال‌تر است.  

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Accuracy and Correctness Assessment of Geomorphologic Indices by Geodynamic Data (Case Study: Jajroud Catchment Basin, NW Tehran)

نویسندگان [English]

  • M. H. Ramesht 1
  • H. Ara 2
  • S. Shayan 3
  • M. Yamani 4
1 Professor of Geomorphology, University of Isfahan, Isfahan, Iran
2 Ph.d Student of Geomorphology, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor of Geomorphology, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
4 Associate Professor of Geomorphology, Tehran University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Extended abstract
1- Introduction
Earth is a dynamic system that changes and evolutions are among its adherent characteristics (Ramesht & et al., 2002: 30). Almost during of a few recent thousand years, any regions on the earth’s surface are affected byneo-tectonic activities. In fact, today neo-tectonic is changing the earth's surface (Wallace, 1977). Neo-tectonic activity deals with studying the active processes and effective dynamic that are building the earth and landscapes (Keller and Pinnter, 2002: 80). Therefore, using geomorphologic indices of neotectonic activities, studying tectonic activities will be accomplish within a short time and

also are usable for more accurate researches in the future. Geomorphologic indicesareuseful tools for assessment of neo-tectonic activities, because of using these indices, identify the areas, with fast or slow neo-tectonic activities in the past (Ramirez and Herrera, 1998: 317). These indicators are used for studying the active tectonics particularly.Geomorphologic indicators in the study of neo-tectonic activities was used by Bull and McFadden (1977) for first time and followed by other researchers such as Rockwell et al (1985); Wells et al.(1988); Silva et al ( 2003); Guarnieri& Pirrotta (2008). In Iran , Khayam and Mokhtari (2003); Madady & et al(2003); Vahdati Daneshmand & et al (2005); Gorabi and Nohegar (2006); Yamani et al (2007); Maghsodi and Kamrani (2007); Karami (2008); Bayati Khatibi (2008); Rameshat et al (2008); Roustaei et al (2008); Seif and Khosravi (2009) used these indices for determining the neo-tectonic activities. Major or minor active fault systems, several alluvial terraces in the margin of Jajroud River and its sub- branches, waterfalls, widening or narrowing bed channels, changing in flood channel and longitude and width of river profiles indicate that neo-tectonic is active in these regions. Thus, due to the importance of fully evaluating the tectonic activities, especially the young and contemporary tectonic movements and their hazards such as non equilibrium slopes, the present study was designed to determine the neo-tectonic activities in Jajroud Basin in the NE Tehran province (Iran). Further, has been tried for innovating in the methodology, judge about the neotectonic activities in their case study area based on results of calculating and measuring these indices and geodynamic data.
 
2- Methodology
In order to achieve the goals of this research, documentary information, 1:50000 topographic maps (5 sheets) and 1:100000 geological map of Tehran province (in order to drawing the region's fault layers), Palsar radar images (for producing of DEM) and geodynamics data of permanent stations of Jajroud basin have been the important research tools. For the analysis of neo-tectonic activities in the case study area, have been used such geomorphologic indices as Drainage Basin Asymmetry Factor, the Ratio of Valley-Floor width to Valley Height, Basin Shape Factor, Transverse Topographic Symmetric, Hypsometric Integral, River Sinuosity IndexandStream Length-Gradient index. Arc GIS software was used to digitize the topographic mapsand drawing of river networks for calculating these indices, also in order to measure the Stream Length- Gradient Index, have been draw the longitudinal Jajroud river profile using DEM (derived from the Pulsar radar satellite images). GPS observations of the permanent station of Jajroud basin in distinctive time span (from 2006 until 2010) were analyzed by the GAMIT- GLOBK software on daily basis. Then the analyzed times series for the E, N, H elements were drawn. The Basis method of this research is the analysis subsequent of geomorphologic indices and confirmation of them by the analysis of time series obtained from the GPS observations data of the permanent station in the case study catchment.
 
3– Discussion
Results of the calculation of geomorphologic indices Drainage basin asymmetry factor: Based on the results of drainage basin measurements, in the equation; Af=100(212.73/696.830=29.11, we can say that the drainage basin is of active neotectonic movements and the east side of the basin is more active than its west side. Lengths of the runoffs in the east side are longer than of in the west side, which is the result of the tilting towards the west of the basin (western bank of the river).
Ratio of valley–floor width to the valley height: 15 longitudinal cross-sections and calculated the VF indices using 1:50000 topographic maps for each cross-section have been draw. Regarding the mean values obtained in the upper, middle and lower sections of river, was concluded that tectonic activities with more than activity in the apex of the basin compare in lower parts and outlet .Uplifts are more in the upper parts and the valleys are narrower, showing that Mosha-Fasham Fault is active in these parts of the basin.
Basin shape factor: the extended shape and high value of the basin shape factor that is about 1/22 show that this basin is very active in terms of neo-tectonic activities.
Transverse topographic symmetric: 8 cross-sections on the basin have been determined and were calculated their values, as 0.33 on average. This value shows the activation of neo- tectonic in the basin and river is eroding.
Hypsometric integral: Hypsometric integral of the basin shows that it is in its young stage. The curves in non-dimensional curving show the domination of neotectonic activities over erosion activities in the study catchment basin, meanwhile the concave in non-dimensional curving shows that erosion activities are active in the basin.
River sinuosity index: The value of this index is S= 6.4/3.4 = 1.35.
Stream length- gradient index: For evaluation of this index in the basin area, have been used a 100 m DEM and were calculated its value in 100 m distances. The obtained value was 0.16 to 48.63. The maximum values were for the 1600 and 1800 m, and the lowest value was for the 3400 m high. By referring the geologic map of the basin, were found that the longitudinal gradient of the river has a close relation to the lithologic situations of the basin and its faults activities.
Behavioral analysis of the permanent station of Garmabdar's GPS records: In this research, were considered and analyzed the GPS records of Garmabdar geodynamic station in Jajroud basin based on 5 years records (2006 to 2010) in order to determine earth crust deformations, and the main faults of the region movements and also to evaluate the results obtained from the indices calculations. All of the recorded data of the GPS station were processed based on the daily records and the time series were calculated for the three trajectories of E (east-west), N (north – south) and H (for height). The calculations showed that the speed of changes in relation to the Eurasia plate in Garmabdar station for the N-S trajectory is 10.86 mm/ year and0.61 mm /year for the E-W trajectory.
According to these changes, it was concluded that the direction of changes in the basin is towards the NE, which can be related to the seduction of oceanic crust of the Caspian sea beneath the north of Iran (Elbruz), which have a considerable role in the crustal movements of the earth and motivation of the main faults of the region .These activities probe tectonic active movements of the study area, correspondingly.
 
4– Conclusion
The geomorphologic indicators are very important in the assessment of neo-tectonic activities, since using these indicators, were easily identified the areas that have experienced fast or slow tectonic activities. The Jajroud basin with two major fault systems, including Masha-Fasham and North of Tehran faults, is one of these active regions. All of the major or minor active fault systems, several alluvial terraces in the margins of Jajroud River and its sub- branches, waterfalls, widening or narrowing of the bed channel, changing in flood channel and in the longitude and widthwise river profiles show that the region is active one. The results of shape analysis in this research also showed that the region is an active area for neotectonic movements, but values of activities are not the same in all parts of it; the upper parts are more active than the other parts (table 1). On the other hand, sinuous changes in  the height direction, and linear changes in both the E-W and N-S directions in the time series resulted from the GPS station data in Garmabdar show the northward changes in the study area, and approve faults activities and active tectonic movements in the region, too.

 
 
Table 1: Results of the assessment of geomorphic indices of active tectonic in Jajoud catchment basin (Source: Authors)





Index


Symbol


Quantitative description


Qualitative description




Drainage basin asymmetry factor


Af


29/11


Active




Ratio of valley – floor width to   valley height


Vf


0/69


Active




Basin shape factor


Bs


1/22


Active




Transverse   topographic symmetric


T


0/33


Active




Hypsometric integral


HC


-


Young stage




River sinuosity index


S


1/35


Active




Stream length- gradient index


SL


0/16-48/63


Active

کلیدواژه‌ها [English]

  • Neotectonic
  • Jajroud catchment basin
  • geomorphologic indices
  • Geodynamic data
  • Geographic Information System
اصغری سراسکانرود، صیاد، ( 1387 )، ارزیابی توان سیل خیزی حوضه رودخانه جاجرود در ایجاد سیلاب، به راهنمایی منوچهر فرج زاده، پایان نامه کارشناسی ارشد جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم انسانی، دانشگاه تربیت مدرس تهران، 126 صفحه.
بیاتی خطیبی، مریم، (1388)، تحلیل اثرات نئوتکتونیکی در نیمرخ طولی رودخانه‌های حوضه قرنقوچای واقع در دامنه‌های شرقی سهند، مجله فضای جغرافیایی اهر، شماره 27، ص79- ص113.
جمور، یحیی، نانکلی، حمید رضا و توکلی، فرخ، (1384)، بررسی و تجزیه و تحلیل رفتارسنجی ایستگاه دائم GPS تهران، ماهنامه علمی فنی سازمان نقشه برداری، شماره 69، ص14- ص25.
جنت دوست، نادر، (1372 )، بررسی فرسایش و انتقال رسوب در حوزه جاجرود و انباشتگی آن در مخزن سد لتیان، به راهنمایی علی بهادری، پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی هیدرولوژی، دانشکده عمران، دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی، 250 صفحه.
خیام، مقصود، مختاری، داود، ( 1382 )، ارزیابی عملکرد فعالیت‌های تکتونیکی بر اساس مرفولوژی مخروط افکنه ها : مورد نمونه مخروط افکنه های دامنه شمالی میشو داغ، پژوهش‌های جغرافیایی، شماره 44، ص 1- ص10.
رامشت، محمد حسین، سیف، عبدا...، شاه زیدی، سمیه و انتظاری، مژگان، (1388)، تاثیر تکتونیک جنبا بر مورفولوژی مخروط افکنه درختنگان در منطقه شهداد کرمان، جغرافیا و توسعه، شماره 16، ص 29- ص46.
روستایی، شهرام، رجبی، معصومه، زمردیان، محمد جعفر و مقامی مقیم، غلامرضا، (1388 )، نقش فعالیت های تکتونیکی در شکل گیری و گسترش مخروط افکنه های دامنه های جنوبی آلاداغ، مجله جغرافیا و توسعه، شماره 13، ص 137- ص156.
سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح، (1376 )، نقشه های توپوگرافی تهران به مقیاس 1:50000.
سازمان زمین شناسی ایران، ( 1387 )، نقشه زمین شناسی شرق تهران به مقیاس 1:250000، اسم تهیه کننده.
سیف، عبدالله و خسروی، قاسم، ( 1389 )، بررسی تکتونیک فعال در قلمرو تراست زاگرس منطقه فارسان، پژوهش های جغرافیایی، شماره 42، ص 125 – ص146.
علیزاده، امین، (1380)، اصول هیدرولوژی کاربردی، انتشارات آستان مقدس رضوی، چاپ نوزدهم، مشهد، 872 صفحه.
کی نژاد، آناهیتا، (1379)، بررسی نو زمین ساخت دره جاجرود، پایان نامه کارشناسی ارشد زمین شناسی، به راهنمایی محمدرضا قاسمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، ‌450 صفحه.
کرم، امیر، عبدالهی فوزی، حسین و محمودی، مهران، ( 1389 )، ارزیابی و پهنه بندی حساسیت به زمین لغزش، با استفاده از مدل شبکه های عصبی مصنوعی مطالعه موردی : حوضه آبریز جاجرود - شمال شرق تهران. محیط جغرافیایی. شماره یک، ص 49 – ص 66.
کرمی، فریبا، ( 1388)، ارزیابی نسبی فعالیت‌های تکتونیکی با استفاده از تحلیل‌های شکل سنجی مورد نمونه: حوضه اوجان چای، شمال شرقی کوهستان سهند، مجله جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، شماره 3، صفحه 149.
گورابی، ابوالقاسم، نوحه گر، احمد، ( 1386)، شواهد ژئومورفولوژیکی تکتونیک فعال حوضه آبخیز درکه، پژوهش‌های جغرافیایی، شماره 60، ص 178 - ص196.
مددی، عقیل، رضائی مقدم، محمد حسین، رجایی، عبدالمجید، ( 1383)، تحلیل فعالیت‌های نئوتکتونیک با استفاده از روش‌های ژئومورفولوژی در دامنه‌های شمال‌غربی تالش، باغرو داغ، پژوهش‌های جغرافیایی، شماره 48، ص123 – ص138.
مقصودی، مهران، کامرانی دلیر، حمید، (1387)، ارزیابی نقش تکتونیک فعال در تنظیم کانال رودخانه ها، مطالعه موردی : رودخانه تجن، پژوهش های جغرافیای طبیعی، شماره 66، ص 37- ص55.
وحدتی داشمند، بهارک، قاسمی، محمد رضا، قریشی، منوچهر، حقی پور، نگار، ( 1386 )، نو زمین ساخت سپیدرود و دشت گیلان، فصلنامه علوم زمین، شماره 65، ص 12- ص25.
یمانی، مجتبی، مقیمی، ابراهیم، تقیان، علیرضا، ( 1387 )، ارزیابی تاثیرات نو زمین‌ساخت فعال در دامنه‌های کرکس با استفاده از روش‌های ژئومورفولوژی، فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، شماره 23، ص 117 – ص136.
Bull W.B., Mcfadden, L.D., (1977), Tectonic geomorphology north and south of the Garlock fault, California; In: Doehring, D.O. (Ed.), Geomorphology in arid regions. Proceedings of the 8th annual geomorphology symposium. State University of New York, Binghamton, Pp.115-138.
Guarnieri, P., Pirrotta, C., (2008), The response of drainage basins to the late Quaternary tectonics in the Sicilian side of the Messina Strait (NE Sicily). Geomorphology, 95, Pp.260-273.
Keller Edward, A. & Pinter, Nicholas, (2002), Active tectonics earthquake, uplift, and
landscape. Prentice Hall Publisher, New Jersey.
Ramirez- Herrera, M.T., (1998), Geomorphic assessment of active tectonic in the Acambay Graben, Mexican volcanic belt. Earth surface and landforms, 23, Pp.317-322.
Rockwell, T. k. & et al. (1984), A late Pleistocene-Holocene soil chronosquence in the Ventura basin southern California, U.S.A., Allen and Unwin, London, Pp.309-327.
Silva, P.G., Goy, J.L., Zazo, C., Bardji, T., (2003), Fault generated mountain fronts in southeast Spain: geomorphologic assessment of tectonic and seismic activity. Geomorphology 50, Pp.203-225.
Wallace, R.E., (1977), Profiles and ages of young fault scarps north central Nevada, Geological society of America bulletin: 6, Pp.114-132.
Wells, S.G., Bullard, T.F., Menges, C.M., Drake, P.G., Karas, P.A., Kelson, K.I., Ritter, J.B., and Wesling, J.R.,( 1988), Regional variations in tectonic geomorphology along a segmented convergent plate boundary, Pacific Coast of Costa Rica. Geomorphology: 1, Pp. 239–265.