نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 استادیار، دانشکدة علوم زمین، دانشگاه دامغان، دامغان، ایران
2 دانشآموختة کارشناسی ارشد ژئومورفولوژی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران
3 دانشآموختة کارشناسی ارشد ژئومورفولوژی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Soil erosion is one of environmental problems in northern Khorasan province and Badranloo basin. Surveys show that about 461574 tons of soil are eroded from the loess fertile lands of the Badranloo basin annually which has led to a decrease in soil fertility and accumulation of sediment. The sediment resulting from erosion reduces the useful life of dams and water structures in the low stream of basin. The aim of this study was quantitative evaluation of water erosion in the Badranloo basin and the Experimental erosion Potential Method (EPM) has been used in this regard. In this study, within evaluating the water erosion, the specific sediment value for sub-basins and the whole of Badranloo watershed is calculated by ILWIS 3.3 software and specific sediment yield map (GSp) was prepared. ANOVA method was used in SPSS software for analyzing the geological and escalation erosion, along with for statistical analysis of the role of topographic factors in the severity of soil erosion. The results indicate the alarming state of ecological instability in the basin area. So, the annual average water erosion of soil in the basin is about 23.73 ton / ha. Among sub-basins, the sub-basin No. 4 located in the center of the basin with an annual concentration of about 63.89 ton / ha has the highest soil erosion. Groove and mass erosion are common water erosions at the basin level. In addition to lithology conditions and land-use change, among topographic factors, slope and direction of gradient have the greatest effect on the severity of the soil erosion of the basin due to the high correlation.
کلیدواژهها [English]
مقدمه
فرسایش به فرایندی گفته میشود که طی آن ذرات خاک از بستر اصلی خود جدا و به کمک عامل انتقالدهنده به مکانی دیگر حمل میشوند؛ به طوری که بسته به نوع عامل انتقال، انواع فرسایشهای آبی، بادی، یخچالی و فرسایش ناشی از نیروی ثقل وجود دارد (رفاهی، 1394: 3). امروزه به دلیل رشد تکنولوژی و فشار بیش از حد به منبع طبیعی خاک، فرسایش خاک به عاملی بحرانساز در سطح جهان مبدل شده است. کشور ایران به دلیل شرایط جغرافیایی و نحوة مدیریت و بهرهبرداری از خاک، با میزان 15 تن در هکتار رتبة نخست فرسایش خاک را در سطح جهان و بین کشورهای در حال توسعه دارد. براساس پژوهشهای انجامشده، نزدیک به 125 میلیون هکتار از 165 میلیون هکتار زمینهای کشور در معرض فرسایش قرار دارند (مؤسسة تحقیقات خاک و آب، 1383: 224). استان خراسان شمالی به دلیل دیمکاری وضعیت بسیار نامطلوبی در سطح کشور دارد و رتبة نخست را در این زمینه به خود اختصاص میدهد.
فرایندهای فرسایشی در حوضههای آبی، نتیجة تأثیر عوامل پیچیدهای است که شناسایی آنها نیاز به بررسیهای دقیق و همهجانبهای دارد. اقلیم و توپوگرافی از مهمترین عوامل مؤثر در فرسایش به شمار میروند. ویژگیهای توپوگرافی مانند طول، شیب، انحنا و جهت شیب دامنه با تأثیر در الگوی بارش و دما، میکرواقلیم خاصی را به وجود میآورند و ضمن تأثیرگذاری بر بسیاری از ویژگیهای خاک، در میزان فرسایش آبی خاک تأثیر میگذارند. شیب، یکی از ویژگیهایی است که همبستگی زیادی با فرسایش و بهویژه با نوع رخسارة فرسایشی دارد (فاستر[1]،1982: 2، مکول[2]،1987: 10، چرخبارتی[3]، 1992: 25، بتنی و کریسمر[4]، 2000: 7، رنگآور، 1384: 12 و دادرسی سبزوار، 1384: 17). شیب دامنه، عامل توپوگرافی، با افزایش فعالیت عوامل مورفوژنیک در بیلان مورفوژنز - پدوژنز به نفع مورفوژنز عمل میکند (رجایی، 1373: 217). در شرایط آب و هوایی و زمینشناسی یکسان، عوامل توپوگرافی آثار متفاوتی را از خود نشان میدهند. با این شرایط میتوان توپوگرافی را اساس تخریب و فرسایش به حساب آورد (جداری عیوضی و جوکار، 1380: 73)؛ از این رو مسئلة اصلی پژوهش این است که نوع کاربری، تغییرات ارتفاع، شیب و آزیموت جغرافیایی دامنه چه نقشی در شدت فرسایش دارند و تأثیر آنها چگونه است.
علاوه بر شرایط طبیعی، عامل اصلی دیگر در فرسایش آبی خاک «افزایش جمعیت» و «استفادة بیش از حد از زمین» است. امروزه کمتر منطقهای در سطح زمین دیده میشود که در معرض تخریب و فرسایش قرار نگرفته باشد (احمدی، 1390: 195)؛ با وجود این انسان یکی از عوامل و فرایندهای ژئومورفیک است. در بین تمام عوامل و فرایندهایی که در پیدایش و تحول اشکال ناهمواریهای زمین نقش و دخالت تعیینکنندهای دارند، نباید نقش جوامع انسانی را در آمایش سرزمین و محیط طبیعی نادیده گرفت. امروزه پژوهشگران علوم زمین با بهرهگیری از ابزارهای GIS و سنجش از دور در قالب مدلهای تجربی اقدام به برآورد کمّی فرسایش و رسوب میکنند (هاشمی و خدری، 1386: 45). اشکال فرسایش، مؤلفهها و فرایندهای مؤثر بر آن در یک منطقه، استفاده از مدلهایی را الزامی میسازد. در این پژوهش برای برآورد فرسایش آبی خاک از مدل EPM با تأکید بر عواملی چون وضعیت توپوگرافی، سنگشناسی، خاک و نحوة استفاده از اراضی و عوامل اقلیمی استفاده شده است.
پیشینة پژوهش
مطالعات گستردهای در ایران و جهان دربارة مدل EPM صورت گرفته است؛ برای نمونه رنگزن و همکاران (1387) دو مدل EPM و MPSIAC را در برآورد فرسایش و رسوب حوضة پگاه سرخ گتوند مقایسه کردند. پژوهش نشان میدهد نتایج بهدستآمده از دو مدل در بیشتر مناطق انطباق زیادی با هم دارند؛ اما نتایج مدل EPM برای شناسایی مناطق دارای فرسایش زیاد به اندازة مدل MPSIAC مطمئن نیست.
نتایج مطالعات بتنی وکریسمر (2000) نشان داد افزایش درصد شیب بین 4 تا 16 درصد تأثیر مثبت و معناداری بر میزان هدررفت خاک دارد.
دادرسی سبزوار (1384) اثر تغییرات عمق خاک و شیب را بر میزان تولید رسوب بررسی کرد و دریافت بین میزان تولید سالیانة رسوب با زاویه و طول شیب دامنه رابطة همبستگی مستقیمی وجود و میزان تولید سالیانة رسوب با عمق خاک همبستگی معکوس دارد.
عابدینی (1385) عامل ﺷﻴﺐ را مسبب اﻓﺰاﻳﺶ ﻧﻴﺮوی ﺛﻘﻞ و ﻗﺪرت ﻓﺮﺳﺎﻳﻨﺪﮔﻲ میداند ﻛﻪ پیرو آن ﻣﺴﺎﺋﻞ ﻣﻮرﻓﻮدﻳﻨﺎﻣﻴﻚ، ﻣﻮرﻓﻮژﻧﺰ و ﺗﺤﻮل و ﺗﻨﻮع اﺷﻜﺎل ﻣﺨﺘﻠﻒ بر ﻓﺮﺳﺎﻳﺶ در ﺣﻮﺿﻪ ﺗﺄﺛﻴﺮ میگذارد. حوضة آبخیز بدرانلو از مناطقی است که به دلیل شرایط طبیعی، دیمکاری و عملیات خاکورزی غیراصولی طی سالهای اخیر بهشدت متأثر از فرسایش آبی خاک قرار گرفته و آثار فرسایش خاک از قبیل فرسایش گالی[5]، زمینلغزش و سولیفلوکسیون در آن مشهود است.
باگرلو و همکاران[6] (2011) با استفاده از مدلهای تجربی هدررفت خاک را در شیبهای متوسط برآورد کردند و به این نتیجه رسیدند که غلظت رسوب با توان روانآب افزایش مییابد.
هادیان و همکاران (1386) در مقایسة دو روش MPSIAC و EPM در برآورد فرسایش و رسوب در زیرحوضة لاسم از حوضة آبخیز هراز به این نتیجه رسیدهاند که روش MPSIAC دقیقتر و شدت رسوبدهی حوضه با این روش در حد متوسط است.
محمدیان (1386) در پژوهشی با عنوان «روشهای برآورد فرسایش و رسوب براساس مدلهای رایج تجربی (EPM ،MPSIAC وPSIAC)» در حوضة گوهررود رشت به این نتیجه رسیده است که مقادیر حاصل از مدل EPM با مقدار رسوب واقعی حوضه بسیار نزدیک و همسان است. بدین لحاظ این روش برای محاسبة فرسایش در حوضههای مشابه گوهررود مناسبتر است که ایستگاههای رسوبسنجی ندارند.
هدف از انجام این پژوهش، ارزیابی کمّی فرسایش آبی خاک در حوضة آبخیز بدرانلوست؛ بنابراین انجام پژوهشی در این رابطه ضروری به نظر میرسد که ضمن بررسی علل و درک درستتر از فرایند فرسایش و ارزیابی کمّی فرسایش آبی خاک، به منظور اقدامات کنترلی و پیشگیرانه از روند تخریب پیشنهادهایی را ارائه دهد.
پرسشهای پژوهش
پرسشهای این پژوهش عمدتاً دربارة مقدار رسوب ویژه سالیانة زیرحوضهها و کل حوضه، فرسایشپذیرترین زیرحوضهها و راهکارهای حفاظتی هریک و مهمترین عوامل مؤثر در فرسایش آبی خاک حوضه است. شواهد موجود این فرضیهها را تداعی میکند که حوضة بدرانلو و زیرحوضههای آن مقدار رسوب ویژة زیادی نسبت به حوضههای مجاور دارند و تفاوت در ویژگیهای سطح حوضه سبب شده است تا بعضی از زیرحوضهها فرسایشپذیری زیادی داشته باشند؛ همچنین بعضی از عوامل توپوگرافی با فرسایش آبی خاک همبستگی زیادی دارند و در افزایش آن نقش ایفا میکنند.
روششناسی پژوهش
در این پژوهش برای برآورد میزان رسوب و تأثیر عوامل توپوگرافی در شدت فرسایش خاک حوضة بدرانلو از نقشة توپوگرافی 1:50000 بجنورد، زمینشناسی 1:100000 و1:250000 بجنورد و عکسهای هوایی 1:50000 استفاده شد. روش بهکاررفته در این پژوهش تحلیلی - توصیفی مبتنی بر تکنیکهای میدانی، ابزار GIS و آنالیز آماری است. در ارزیابی فرسایش آبی خاک، روش پتانسیل فرسایش یا مدل EPM به کار رفته است. این مدل ابتدا به صورت کیفی ارائه شد و روش طبقهبندی کمّی فرسایش موسوم به [7]MQCE بود که در سال 1952 در کشور یوگسلاوی سابق شکل گرفت. پس از نزدیک به 40 سال پژوهش و واسنجی برای نخستین بار در سال 1988 در کنفرانس بینالمللی رژیم رودخانه، گاوریلوویچ[8] فرمول محاسبة فرسایش و برآورد رسوب را نیز به آن افزود که EPM نام گرفت (رفاهی، 1394: 308). در این مدل که از نوع تجربی، پارامتری و متریک است، تعیین شدت کیفی فرسایش (Z) با سه عامل کاربری زمین، ضریب حساسیت خاک به فرسایش و شیب صورت میگیرد و میزان دقیق آن (W) با احتساب عوامل اقلیمی بارش و دما مشخص میشود و درنهایت برآورد رسوب (G) با استفاده از ضریب ژئومورفیک (R) انجام میگیرد. به منظور ارزیابی کمّی فرسایش آبی خاک ابتدا هریک از نقشههای پایة مورد نیاز به محیط نرمافزار ILWIS 3.3 وارد شدند و اقدامات زیر روی آنها انجام شد:
پس از رقومیکردن نقشة توپوگرافی و درونیابی منحنیهای تراز، نقشة شیب به درصد تهیه و توان 5/0 آن محاسبه شد.
با رسم نقشة ژئومورفولوژی حوضه تا حد رخساره یا واحد کاری و با استفاده از جدول مربوط به ضریب فرسایش در رخساره یا لندفرمها، نقشة ضریب فرسایش (ϕ) در رخساره یا واحد کاری تهیه شد.
با اعمال رابطة (1) و استفاده از نقشة ضریب فرسایش (ϕ)، نقشة ضریب استفاده از زمین (Xa) تهیه شد.
|
رابطة 1 |
(Xa= (ϕ+I0.5 |
از روی نقشههای زمینشناسی، خاکشناسی، باندهای تصاویر ماهوارهای و با اطلاعات اکتسابی از بررسی میدانی و با استفاده از جدول مربوط به مقادیر ضریب حساسیت خاک به فرسایش (Y)، نقشة ضریب حساسیت خاک به فرسایش حوضه تهیه و با اعمال رابطة (2) نقشة ضریب شدت فرسایش (Z) حاصل شد.
|
رابطة 2 |
YZ= Xa. |
برای تهیة نقشة حاصلضرب ضریب استفاده از زمین (Z1)، ابتدا با تهیة همة باندهای سنجندة ETM+ ماهوارة لندست و ایجاد ترکیب رنگی کاذب با استفاده از باندهای 5-4-3، انجام عملیات طبقهبندی نظارتشدهو کنترل زمینی نقشة کاربری اراضی
(شکل 1) حاصل و با اختصاص مقادیر ضریب کاربری اراضی به هریک از کاربریها، از حاصلضرب نقشة کاربری اراضی با نقشة ضریب شدت فرسایش (Z)، نقشة حاصلضرب ضریب استفاده از زمین (Z1) از رابطة (3) تهیه شد.
|
رابطة 3 |
Z1= Landuse.Z |
سپس با اعمال رابطة (4) در نرمافزار، نقشة ضریب فرسایش حوضه ((Z2 تهیه شد.
|
رابطة 4 |
Z2= Z1. Z |
با توجه به رابطة (5) و با به توان 5/0 رساندن نقشة میانگین دمای سالیانة حوضه (Temp)، نقشة رستری ضریب دمای سالیانه (t) تهیه شد؛ سپس با قراردادن نقشة رستری ضریب دمای سالیانه (نقشة t) در رابطة (6)، نقشة ضریب دمای حوضه (T) و ضریب دما برای هر پیکسل به دست آمد.
|
رابطة 5 |
t= pow(Temp. 0.5) |
|
رابطة 6 |
T=( + 0.1)0.5 |
از حاصلضرب نقشة ضریب دمای حوضه
(نقشة T)، نقشة میانگین بارش سالیانة حوضه (H)، عدد π و با به توان 5/1 رساندن نقشة ضریب فرسایش حوضه (Z2)، نقشة متوسط سالیانة فرسایش ویژه(WSP) برحسب (Km3/Km2) از رابطة (7) به دست آمد (شکل 2).
|
رابطة 7 |
Wsp = T.H.ᴫ.Z21.5 |
سپس با درج رابطة (8) ضریب رسوبدهی حوضه (RU) محاسبه شد که برابر با 059/0 است.
|
رابطة 8 |
T= |
در این رابطه P محیط حوضه برحسب (Km)،
D اختلاف ارتفاع بین ارتفاع متوسط و نقطة خروجی حوضه برحسب (Km) و L طول حوضه برحسب (Km) است.
درنهایت از حاصلضرب نقشة متوسط سالیانة فرسایش ویژه (WSp) و ضریب رسوبدهی حوضه (RU) و استفاده از رابطة (9)، نقشة مقدار رسوب ویژة حوضه (GSp) تهیه شد که در آن مقدار رسوب برای هر پیکسل به نمایندگی از هر هکتار محاسبه شده است (شکل 3).
|
رابطة 9 |
Gsp= Wsp . Ru |
با توجه به اینکه یکی از اهداف این پژوهش، محاسبة مقدار رسوب ویژه برای هر زیرحوضه است، با انقطاعدادن نقشة رستری زیرحوضههای منطقه (شکل 4) با نقشة مقدار رسوب ویژه و با استفاده از توابع تجمع و بهکارگیری دستورهای Aggregation و Aggregate Column در جدول حاصل از عمل انقطاع در نرمافزار ILWIS 3.3، مقدار رسوب ویژه برای هر زیرحوضه برحسب Tone/Hec/Year حاصل و نقشة میزان شدت رسوبدهی 7 زیرحوضه از بسیار کم تا بسیار شدید تهیه شد (شکل 5).
شکل 1. نقشة کاربری اراضی حوضة آبخیز بدرانلو
منبع: تصاویر باندهای 3، 4 و 5 ماهوارة لندست و بررسی میدانی نویسندگان
شکل 2. نقشة متوسط سالیانة فرسایش ویژه (WSp) حوضة آبخیز بدرانلو
منبع: نقشههای ضریب دما، میانگین بارش سالیانة حوضه، نقشة ضریب فرسایش حوضه و محاسبات نویسندگان
شکل 3. نقشة رسوب ویژه (GSp) حوضة آبخیز بدرانلو
منبع: نقشههای متوسط سالیانة فرسایش ویژه، ضریب رسوبدهی حوضه و محاسبات نویسندگان
شکل 4. نقشة زیرحوضههای هفتگانة حوضة آبخیز بدرانلو
منبع: نقشة توپوگرافی 1:50000 ورقة بدرانلو چاپ سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح
شکل 5. نقشة میزان شدت رسوبدهی زیرحوضههای هفتگانة حوضة آبخیز بدرانلو
منبع: نقشههای زیرحوضهها و مقدار رسوب ویژة حوضه و محاسبات نویسندگان
ضمن تحلیل نقش لیتولوژی در فرسایش خاک با استفاده از نتایج آزمایشگاهی و تکنیک سیستم اطلاعات جغرافیایی در بررسی نقش عوامل توپوگرافی در فرسایش آبی خاک، با درنظرگرفتن مقدار رسوب ویژه بهعنوان متغیر وابسته و ویژگیهای توپوگرافی کمیتپذیر نظیر میزان شیب، جهت شیب و ارتفاع بهمنزلة متغیر مستقل، تجزیهوتحلیلهای لازم با روش ANOVA در محیط نرمافزار آماری SPSS انجام شد. برای بررسی رابطة بین میزان رسوب ویژه با عامل جهت شیب در محیط نرمافزاری SPSS، از طریق منوی Transform و گزینة Recode in to different Variables عمل کُدبندی انجام و برای بررسی ارتباط بین متغیرها از آزمون ONE WAY ANOVA استفاده شد.
معرفی محدودة پژوهش
حوضة آبخیز بدرانلو در عرض جغرافیایی 37 درجه و 24 دقیقه تا 37 درجه و 37 دقیقة شمالی و طول جغرافیایی 57 درجه و 10 دقیقه تا 57 درجه و
13 دقیقة شرقی واقع شده است. این حوضه از نظر موقعیت نسبی در بخش میانی استان خراسان شمالی، 10 کیلومتری غرب شهر بجنورد و در بخش مرکزی شهرستان بجنورد قرار دارد. مساحت این حوضه 37/300 کیلومتر مربع و محیط آن 6/87 کیلومتر است و از نظر توپوگرافی در منطقهای کوهستانی و از نظر جایگاه زمینشناسی در پهنة رسوبی - ساختاری کُپهداغ قرار دارد. بیشینه و کمینة ارتفاع در این حوضه به ترتیب 2176 و 686 متر است و با جمعیتی بیش از 29100 نفر در قالب 36 روستای دارای سکنه، ساختار اقتصادی- اجتماعی روستایی و کاربری کشاورزی دارد.
جدول 1. بعضی از ویژگیهای فیزیکی حوضة آبخیز بدرانلو
|
کمترین ارتفاع (m) |
بیشترین ارتفاع (m) |
متوسط شیب (%) |
شیب متوسط آبراهة اصلی (%) |
مساحت حوضه (km2) |
محیط حوضه (km) |
|
|
686 |
2176 |
63/57 |
2/4 |
37/300 |
6/87 |
شکل 6. موقعیت محدودة پژوهش
یافتههای پژوهش
بررسی نقشة ضریب فرسایش در واحدهای کاری نشان میدهد نقاط بدون فرسایش و دارای فرسایش بسیار ناچیز در حوضه وجود ندارد و بخش عمدة سطح آن متأثر از فرسایش آبی شدید است. در این بین حدود 63/36 درصد از سطح حوضه را رخسارههای دارای ضریب فرسایش بیش از 7/0 نظیر نقاط با فرسایش سطحی و حرکات تودهای، هدکت و فرسایش شیاری تشکیل میدهد.
جدول 2. ضریب فرسایش (ϕ) در رخسارهها یا واحدهای کاری حوضة آبخیز بدرانلو
|
رخساره یا واحد کاری سنجه |
اراضی کشاورزی با فرسایش ناچیز |
جنگل و مرتع |
هدکت |
هدکت و فرسایش شیاری |
منطقة بدون فرسایش |
منطقة با فرسایش نسبتاً ناچیز |
فرسایش شیاری |
منطقة با فرسایش ناچیز |
منطقة با فرسایش سطحی و حرکات تودهای |
منطقة دارای فرسایش بسیار ناچیز |
منطقة دارای فرسایش آبی |
|
ضریب فرسایش |
1/0 |
1/0 |
1 |
8/0 |
01/0 |
6/0 |
5/0 |
4/0 |
7/0 |
05/0 |
3/0 |
|
مساحت (Hec) |
2056 |
3821 |
951 |
3381 |
0 |
2892 |
1733 |
6907 |
6670 |
0 |
1625 |
بررسی نقشة ضریب حساسیت خاک حوضه به فرسایش نیز حاکی است از مجموع مساحت 37/300 هکتاری حوضه حدود 24/54 درصد را خاکها و سنگهای حساس به فرسایش و با ضریب حساسیت بیشتر از 1 تشکیل میدهند که از نظر شرایط سنگشناسی و خاکشناسی شامل شیل مارنی خاکستری تیره سازند سنگانه، مارن و آهک مارنی سبز و آهک اوربیتولیندار کرمرنگ سازند سرچشمه، نهشتههای لُسی، پادگانهها، مخروطافکنههای جوان و دشتهای آبرفتی و کنگلومرای نئوژن است.
جدول 3. مقادیر ضریب حساسیت خاک به فرسایش (Y) در حوضة آبخیز بدرانلو
|
شماره |
شرایط سنگشناسی و خاکشناسی |
علامت اختصاری |
مساحت (Hec) |
ضریب حساسیت |
|
1 |
پادگانهها، مخروطافکنههای جوان و دشتهای آبرفتی |
Q |
766 |
5/1 |
|
2 |
پادگانهها، مخروطافکنههای قدیمی و دشتهای آبرفتی |
Qt |
1778 |
1 |
|
3 |
کنگلومرای نئوژن |
N |
7686 |
2/1 |
|
4 |
آهک اوربیتولیندار روشن (سازند تیرگان) |
Ktr |
11966 |
9/0 |
|
5 |
شیل مارنی خاکستری تیره (سازند سنگانه) |
Ksn |
210 |
2 |
|
6 |
مارن و آهک مارنی سبز و آهک اوربیتولیندار کرمرنگ |
Ksr |
2968 |
7/1 |
|
7 |
نهشتههای لُسی |
Ql |
4663 |
6/1 |
بررسی نقشة کاربری اراضی حوضه نشان میدهد 97/39 درصد از اراضی ضریب استفادة بیش از 5/0 و سازندهای حساس به فرسایش آبی و دارای هزاردره، اراضی کشاورزی شخمخورده حساس به فرسایش، باغهای میوه و درختان مثمر و جنگلهای مخروبه، بوتهزار و مرتع روی خاک فرسایشیافته دارند.
جدول 4. مقادیر ضریب استفاده از زمین (Xa) در حوضة آبخیز بدرانلو
|
شماره |
شرایط استفاده از زمین |
علامت در راهنمای نقشه |
مساحت (Hec) |
ضریب استفاده از زمین |
|
1 |
سازندهای حساس به فرسایش آبی و دارای هزاردره |
Badlands |
960 |
1 |
|
2 |
باغهای میوه و درختان مثمر ** |
Fruit gardens |
4869 |
8/0 |
|
3 |
مراتع کوهستانی |
Mountain grassland |
7403 |
5/0 |
|
4 |
مزارع دائمی و نباتات علوفهای |
Permanent farms |
10629 |
4/0 |
|
5 |
جنگلهای مخروبه، بوتهزار و مرتع روی خاک فرسایشیافته |
Ruined forest |
4447 |
6/0 |
|
6 |
اراضی کشاورزی شخمخورده حساس به فرسایش |
Sensitive to erosion lands |
1729 |
9/0 |
** بخش عمدهای از باغهای منطقه را باغهای دیم در اراضی شیبدار تشکیل میدهند و از ضریب زیادی برخوردارند.
براساس ارزیابی صورتگرفته با روش EPM، سالیانه درمجموع 95/461573 تن خاک در اثر فرسایش آبی از سطح حوضه خارج میشود. میانگین سالیانة فرسایش خاک زیرحوضهها برابر با 73/23 تن در هر هکتار است. در بین زیرحوضهها، زیرحوضة 4 به دلیل عملیات خاکورزی غیراصولی، شیب زیاد و راهاندازی باغهای انگور دیم در شیبهای تند سالیانه با 89/63 تن فرسایش خاک در هر هکتار، بیشترین مقدار رسوب ویژه را دارد که 33 تن در هر هکتار است. علاوه بر زیرحوضة 4، در زیرحوضههای 1، 2 و 7 نیز فرسایش خاک بسیار زیاد است. به دلایلی چون ارتفاع کمتر، شیب ملایم، خاکورزی اصولی، نوع پوشش - کاربری اراضی و گسترش سازندها و رسوبات نفوذپذیر، کمترین میانگین رسوب ویژة سالیانه در سطح حوضه مربوط به زیرحوضة 5 با 55/5 تن خاک در هکتار است.
جدول 5. مقدار رسوب ویژه برحسب Tone/Hec/Year در هریک از زیرحوضههای حوضة بدرانلو
|
زیرحوضهها |
مساحت (Hec) |
مجموع رسوب ویژه برای زیرحوضهها (Tone) |
مقدار رسوب ویژه (Tone/Hec/Year) |
|
زیرحوضة 1 |
08/4368 |
34/83318 |
07/19 |
|
زیرحوضة 2 |
83/1760 |
14/58761 |
37/33 |
|
زیرحوضة 3 |
26/5503 |
14/71386 |
13 |
|
زیرحوضة 4 |
85/1003 |
44/64141 |
89/63 |
|
زیرحوضة 5 |
92/8344 |
69/46341 |
55/5 |
|
زیرحوضة 6 |
36/5218 |
58/67690 |
13 |
|
زیرحوضة 7 |
77/3836 |
62/69934 |
23/18 |
|
مجموع |
07/30036 |
95/461573 |
- |
|
میانگین |
- |
- |
73/23 |
منبع: انقطاع نقشة مقدار رسوب ویژة حوضه (GSp) با نقشة زیرحوضههای حوضه و محاسبات نویسندگان
شرایط یکسان اقلیمی و پوشش گیاهی حاکم در حوضه نشان میدهد فرسایش آبی خاکهای سطح حوضه منشأ زمینشناسی، توپوگرافی و تشدیدی دارد. شرایط زمینشناسی حوضه به صورت مقادیر ضریب حساسیت خاک به فرسایش (Y) در مدل EPM لحاظ شده است. حدود 24/54 درصد از وسعت حوضه متشکل از شیل مارنی، مارن و آهک مارنی، نهشتههای لُسی، پادگانههای رودخانهای، مخروطافکنهها و رسوبات آواری کنگلومرایی با درصد زیادی از خاکهای سیلتی و رسی غیرکائولینیتی و با ضریب حساسیت بیش از 1 است. وجود کلوئیدها و رسهای آماسپذیر و قطر اندک خاکدانهها سرعت نفوذ ریزشهای جوّی در خاک را کاهش میدهد و کمبود مواد آلی در اثر تخریب پوشش گیاهی سبب میشود تا ظرفیت ذخیرة آب خاک در حوضه کمتر شود. از سوی دیگر وجود مقدار بسیاری سیلت بدون چسبندگی فرسایشپذیریخاکها را افزایش میدهد. تکاملنیافتگی، فزونی کاتیون K، نسبت زیاد سیلیس به اکسیدهای آهن و آلومینیوم در گروه رسهای مونت موریلونیت، درصد کمتر کربن آلی و وجود هوموس نارس در خاک و محدودیت فعالیت میکروارگانیسمها سبب میشود خاکهای حوضه ساختمان پراکنده داشته باشند. مجموع این ویژگیها سبب میشود ذرات خاک ناپایداری نسبی پیدا کنند و در اثر برخورد قطرات باران یا نیروی برشی آبدوی از تودة خاک جدا و منتقل یا دچار حرکات تودهای شوند (شکلهای 7 و 8).
|
الف |
|
ب
|
|
1.5 Meters
|
|
جهت شیب توپوگرافی |
|
شکل 7. الف- شخم در جهت شیب در دیمزارهای حوضه |
ب- آثار و شواهد فرسایش گالی و خندقی خاک در سطح حوضه |
|
عکس از نگارنده (بهار- 1393) |
|
|
ب |
|
الف |
|
شکل 8. الف- عکس تهیهشده با عدسی 10X میکروسکوپ پلاریزان از مقطع نازک سازند شیلی سطح حوضه. در این تصویر دانههای سفیدرنگ ذرات سیلیس و لکههای قهوهای اکسیدهای آهناند. |
ب. حرکات تودهای در دامنههای با پیسنگ حساس، زودفرسا و نفوذناپذیر شیلی موسوم به سازند سنگانه (Ksn) |
علاوه بر فرسایش زمینشناختی و تشدیدی، توپوگرافی که مهمترین عامل در مدل EPM محسوب میشود، در افزایش فرسایش آبی خاک سطح حوضه نقش برجستهای دارد. با افزایش شیب دامنه روانآب سرعت میگیرد و بار بیشتری را با خود حمل میکند؛ همچنین در دامنههای جنوبی به دلیل حاکمیت تخریب مکانیکی، فقر خاک و پوشش گیاهی، اصولاً فرسایش خاک بیشتری حاکم است. با توجه به وقوع بارشهای همرفتی در ارتفاعات حوضه این نقاط نیز فرسایش بیشتری دارند. بدین منظور با درنظرگرفتن میزان رسوب ویژه و ویژگیهای توپوگرافی آزمونپذیر، تحلیلهای آماری با روش رگرسیون چندمتغیره در محیط نرمافزار آماری SPSS انجام گرفت. برای بررسی رابطة بین میزان رسوب ویژه (Gsp) با عامل شیب (Slopepct) و ارتفاع (Elevation) از آزمون تحلیل واریانس استفاده شد. خروجیها حاکی از معناداری و وجود یک همبستگی مستقیم و نسبتاً کامل (ضریب 87/0) بین مقدار رسوب ویژه و میزان شیب دامنه است (جدول 6 و شکل 9). Sig. کوچکتر از 05/0 بدین معناست که با افزایش میزان شیب دامنهها در حوضه، مقدار رسوب ویژه نیز بیشتر میشود.
جدول 6. خروجی آزمون تحلیل واریانس بین متغیرهای مقدار رسوب ویژه و میزان شیب
|
Model |
Sum of Squares |
df |
Mean Square |
F |
Sig. |
|||
|
Regression |
9/662 E9 |
1 |
9/662 E9 |
212/202 |
000* |
|
||
|
Residual |
3/142E9 |
69 |
4/553 E7 |
|
|
|
||
|
Total |
1/280E10 |
70 |
|
|
|
|
||
|
|
a. Predictors: (Constant), Slopepct |
|||||||
|
|
b. Dependent Variable: GSP |
|||||||
شکل 9. نمودار همبستگی متغیرهای مقدار رسوب ویژه و جهت شیب
خروجیهای آزمون ANOVA با توجه به ضریب 025/0 و معناداری 834/0، حاکی از معنادارنبودن و همبستگینداشتن مقدار رسوب ویژه و عامل ارتفاع است (جدول 7 و شکل 10). اساساً ارتفاع با بارش از همبستگی مستقیمی برخوردارند. بدین معنا که با افزایش ارتفاع بر میزان آن افزوده میشود، رژیم آن به رگباری تغییر مییابد و نوع آن با توجه به فصل نیز تغییر میکندSig . بزرگتر از 05/0 بدین معناست که با بیشترشدن ارتفاع در سطح حوضه، فرسایش آبی خاک افزایش نمییابد. با توجه به نتایج بهدستآمده به منظور ایجاد اطمینان از این ویژگی، با استفاده از گزینة Open pixel information، نقشة مقدار رسوب ویژه در نرمافزار ILWIS، نقشههای DEM و سنگشناسی حوضه به محیط آن اضافه و مشخص شد هرجا ارتفاع حوضه بیشتر میشود، لیتولوژی از نوع سنگ آهک است. این سازند که در مناطق نیمهخشک ارتفاعساز است، به دلیل تکتونیزهبودن و انحلالپذیری نسبی، قابلیت نفوذ بیشتری دارد و فرسایش آبی خاک را کاهش میدهد.
جدول 7. خروجی آزمون تحلیل واریانس بین متغیرهای مقدار رسوب ویژه و ارتفاع
|
ANOVAb |
||||||
|
Model |
Sum of Squares |
df |
Mean Square |
F |
Sig. |
|
|
1 |
Regression |
8201777/887 |
1 |
8201777/887 |
044 |
.834a |
|
Residual |
1/279 E10 |
69 |
1/854 E8 |
|
|
|
|
Total |
1/280 E10 |
70 |
|
|
|
|
|
a. Predictors: (Constant), Elevation |
||||||
|
b. Dependent Variable: GSP |
||||||
شکل 10. نمودار همبستگینگار متغیرهای مقدار رسوب ویژه و ارتفاع
ضریب 348/0 و معناداری 000/0 در آزمون ANOVA نشان از معناداربودن و وجود همبستگی مستقیم بین مقدار رسوب ویژه و آزیموت دامنه دارد (جدول 8 و شکل 11)Sig . کوچکتر از 05/0 بدین معناست که در سطح حوضه با افزایش آزیموت جغرافیایی وجه دامنه، فرسایش خاک تغییر مییابد. کمترین فرسایش خاک به ترتیب مربوط به مناطق بدون جهت (Unknown) و دامنههای شمالی، شمال شرقی و شرقی با آزیموت 5/337 تا 360 و 0 تا 5/112 درجه است. شیبهای شمال غربی و غربی با آزیموت 5/247 تا 5/337 درجه بیشترین میزان فرسایش آبی خاک را دارند که نشان از تأثیر سیستمهای بارشی ورودی توأم با باد و برتری عامل آنتروپوژنیک دارد. حال آنکه وضع موجود چنین نیست و طی سالهای اخیر به دلیل تغییر کاربری اراضی مرتعی و جنگلی به زراعی و شخم غیراصولی، فرسایش خاک در این دامنهها تشدید شده است.
جدول 8. خروجی آزمون تحلیل واریانس بین متغیرهای مقدار رسوب ویژه و جهت دامنه
|
ANOVAb |
||||||
|
Model |
Sum of Squares |
Df |
Mean Square |
F |
Sig. |
|
|
1 |
Regression |
1/590 E10 |
1 |
1/590E10 |
24/532 |
.000a |
|
Residual |
1/154 E11 |
178 |
6/483 E8 |
|
|
|
|
Total |
1/313 E11 |
179 |
|
|
|
|
|
a. Predictors: (Constant), Aspslc |
||||||
|
b. Dependent Variable: GSP |
||||||
شکل 11. نمودار همبستگینگار متغیرهای مقدار رسوب ویژه و جهت شیب
نتیجهگیری
یافتههای پژوهش نشاندهندة تأثیر زیاد عوامل زمینشناسی، انسانی و بعضی شرایط توپوگرافی در فرسایش منطقه است. کنش متقابل عوامل اثرگذار در حوضه منجر به تغییر روند فرسایش زمینشناسی از حالت متعارف به حالت «غیرمتعارف» شده و فرسایش به حدی است که با تشکیل و تکامل خاک جبران نمیشود. خروجی حاصل از آزمون ANOVA نیز مؤید تأثیر زیاد نحوة استفاده از زمین در فرسایش خاک سطح حوضه نسبت به عواملی چون لیتولوژی و جهت دامنه است. عملیات خاکورزی غیراصولی، بهرهبرداری زیاد، کشت و کار روی سازندهای سیلتی - رسی حساس به فرسایش آبی، احداث تاکستانهای دیم روی دامنههای شیبدار و تخریب جنگلها و مراتع منجر به فرسایش تشدیدی در خاکهای سطح حوضه شده است؛ به گونهای که حدود 97/39 درصد از سطح حوضه را اراضی با ضریب استفادة بیش از 5/0 تشکیل میدهد.
عوامل فرسایشی با تأثیر منفی در سرعت نفوذ آب، ظرفیت کل و ظرفیت نگهداری آب خاک، میزان آبدوی در خاکهای حوضه را بهشدت افزایش داده و خاکهای سطحی را ناپایدار ساخته است. فرسایش آبی خاک که در سطح حوضة بدرانلو به شکلهای شیاری، خندقی و تودهای وجود دارد، سالیانه حجم بسیار زیادی را به خود اختصاص میدهد. نتایج بهدستآمده از بهکارگیری مدل EPM نشان میدهد در مجموع سالیانه حدود 461574 تن خاک در اثر فرسایش آبی از سطح حوضه خارج میشود. میانگین سالیانة فرسایش خاک زیرحوضههای بدرانلو برابر با 73/23 تن در هر هکتار است. نتایج بهدستآمده از مدل EPM نشان میدهد متأثر از توپوگرافی و لیتولوژی متنوع، میزان رسوب ویژه در حوضه دامنة نوسان زیاد حدود 58 تن خاک در هکتار دارد؛ به گونهای که در زیرحوضة 4 به دلایلی چون شخم نامناسب، شیب زیاد، تغییر کاربری اراضی نیمهجنگلی و مرتعی واقع در دامنههای غربی و شمال غربی و احداث باغهای انگور دیم در شیبهای تند، سالیانه 89/63 تن فرسایش خاک در هکتار وجود دارد و زیرحوضة 5 با 55/5 تن خاک در هکتار کمترین مقدار رسوب ویژه را دارد. آزمون تحلیل واریانس بین مقدار رسوب ویژه و ویژگیهای توپوگرافی شامل میزان شیب، جهت شیب و ارتفاع، دلالت بر وجود همبستگی بین شیب دامنه و جهت آن و نبود همبستگی بین ارتفاع با فرسایش آبی خاک دارد.
نتایج پژوهش نشاندهندة رفتار دوگانة عامل زمینشناسی با فرسایش آبی خاک است. در ارتفاعات زیاد حوضه با وجود افزایش بارش و رژیم رگباری آن، به دلیل رخنمون سنگ آهک اوربیتولیندار موسوم به سازند تیرگان فرسایش خاک اندک است و سیستم آبرفتی پسخورند منفی از خود نشان میدهد که منجر به بهبودی سیستم آبرفتی میشود. برعکس در نقاط شیبدار و دامنههای غربی و شمال غربی که شیل مارنی، مارن و آهک مارنی، نهشتههای لُسی و کنگلومرای با سیمان رسی نئوژن رخنمون پیدا میکند، فرسایش خاک به بیشترین حد میرسد و بقای سیستم آبرفتی را تهدید میکند. آثار ویرانکنندة پدیدة فرسایش خاک در درازمدت از طریق کاهش محصول محسوس خواهد شد که دستیابی به اهداف اقتصادی را با چالش مواجه خواهد ساخت. در مجموع و با استفاده از نتایج این پژوهش و پژوهشهای مشابه به نظر میرسد مدل EPM در مطالعات کوتاه دربارة فرسایش خاک موفقیتآمیز باشد و برای حوضههای بدون آمار بهراحتی اجراشدنی است. علت انتخاب این روش برای برآورد فرسایش و رسوب منطقه سادگی، عملیبودن روش مدنظر و میزان دانش و تجربه در این روش است.
)
