نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشیار گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 دانشجوی دکتری گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران، تهران، ایران
3 دانشجوی دکترای رشته ژئومورفولوژی، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران، تهران، ایران
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Introduction
Aeolian sand transport is a complex process influenced by many variables including wind conditions (Lancaster, 1985; Anderson & Haff, 1988; Gillette et al., 2001; Zou et al., 2001; Liu et al., 2005), grain size and sand surface moisture (Jackson, 1998; Wiggs et al., 2004), surface crusting (Leys & Eldridge, 1991), topography (Iversen & Rasmussen 1994; Hesp et al., 2005), and vegetation cover (Buckley, 1987; Kuriyama et al., 2005). The importance of sand dunes studies is due to their impacts on water and soil resources, flora and fauna, human infrastructure, and roads. Sand drifting can lead to losing agricultural lands, burying residential buildings, railways, highways, and other infrastructures in many areas of the desert (Zhu et al., 1980; Lei et al., 2003; Dong, 2004). Bagnlod (1981) has done the first study on the movement of sand dunes. In recent years, many studies have been done on the cognition of sand dune processes, which include the study of the winds and sands migration in different dunes. Needless to say that significant signs of progress have been obtained. In this regard, there is no doubt that the remote sensing technique and its capabilities, as well as the optimal time sequence of satellite imagery in mapping erg areas, have fundamental performances. Using these images, a substantial area of sand dunes can be examined in a short period of time, and then we can talk about the identification of active dunes, their expansion, and relocation.
Methodology
To study the changes and migration of sand dunes, this study was conducted in two stages. At the first stage, to evaluate changes in the range of sand dunes in the study area, Landsat images were used for the years 2001 and 2019. Moreover, to detect the changes in the Zahak Erg range the ENVI software was used. The results of this section can be important in the overall assessment of the area. Additionally, in order to detect the trend of changes in those parts where significant shifting occurred, we used either Landsat or the Google Earth images with different time intervals. It worth mentioning that for geo-referencing the Google Earth images of recent years (2006-2018) the Stitch Map Software was used. Moreover, to draw the sand rose, the Sand Rose software was used. Sand rose is the Graph of Portable sand by wind energy, which was used by Fryberger and Dean (1979) for the first time. In order to draw this Graph, winds that were faster than the erosion velocity threshold were developed into vector units as sand drift potential.
Discussion
Mobility is the most important characteristic of sand dunes. In this regard, special attention should be paid to the importance of wind in changing the sand dunes morphology. In addition, studies of sand dunes migration provide basic knowledge about wind processes and sand transfer values. In this study, monitoring and detection of the sand dunes relocation rate have been considered based on the use of Landsat images (for the years 2001-2019). At the first stage, the regions that have been faced changes were identified using the change detection technique for the entire range of Erg. Based on the output map, marked areas with the red color experienced the maximum changes, and also, in this section, sand dunes have been more developed. The differences between the two images within the sand dunes area were estimated at about 23 km2. However, the pattern of sand dunes migration represents relocation from the Northwest to the Southeast. At the next stage of the study, to understand the change rate and relocation trend, Google Earth images were used (years 2006 and 2018). Furthermore, the region with significant changes has been selected for a closer look. Moreover, using Stitch Map software, the georeferenced images were extracted. It worth mentioning that, from the five selected zones on the Erg surface, a total of 368 cases of sand dunes were quantitatively analyzed. According to the results, the greatest amount of migration was found for zone 3 with the amount of 24.72 m, in contrast, the lowest value was calculated at about 14.16 m for zone 5. In addition, the migration average rate for a period of 12 years was calculated. Here, the maximum migration belonged to zone 3 which is 2.06 meters per year. While the minimum one allocated to zone 5 was 1.18 meters per year.
Conclusion
In this study, the authors monitored changes in sand dunes using satellite imagery data and wind data of meteorological stations of Zahak Erg. In this regard, the sand dunes activity rate, dunes migration pattern, and also factors affecting their intensity and patterns were identified. The results of the 368 studied sand dunes in different parts of the erg surface indicated displacement with a northwest-southeast trend, which is consistent with the results of data analysis for wind pattern. But the average amount of displacement of 1.53 meters per year for a period of 12 years (2006 to 2018) with the results of data from Zabol wind station showed the amount of sand carrying more than 300 tons per meter for a year. The changes in wind speed at this station were inconsistent and it was shown that the maximum value obtained was before the stabilization of the active sand dunes. In addition, smooth sands move on the surface of the earth, independent of sand dunes, which cannot be measured by images.
Keywords: Sand Dunes, Remote Sensing, Wind Data, Wind erosion, Zahak Erg.
References:
- Ahmadi, H. (2006). Applied Geomorphology Volume 2 Desert- Wind Erosion. Tehran: University of Tehran Press.
- Ahmadian, M. A. (2008). Desert (A Systematic Approach to the Desertification and Desertification Process). Geographical Research Quarterly, 2(53), 146-159.
- Al-Awadhi, J. M., Al-Helal, A., & Al-Enezi, A. (2005). Sand Drift Potential in the Desert of Kuwait. Journal of Arid Environments, 63, 425–438.
- Bagnold, R. A. (1941). The Physics of Blown Sand and Desert Dunes. London: Chapman and Hall, pp. 104–106.
- Baitis, E., Kocurek, G., Smith, V., Mohrig, D., Ewing, R. C., & Peyret, A. P. B. (2014). Definition and Origin of the Dune-Field Pattern at White Sands, New Mexico. Aeolian Research, 15, 269–287.
- Delgado-Fernandez, I., & Davidson-Arnott, R. (2011). Meso-Scale Aeolian Sediment Input to Coastal Dunes: The Nature of Aeolian Transport Events. Geomorphology, 126(1-2), 217-232.
- Dong, Z., Wang, T., & Wang, X. (2004). Geomorphology of the Megadunes in the Badain Jaran Desert. Geomorphology, 60(1-2), 191-203.
- Ebrahimzadeh, I. (2018). A Regional Analysis of Urban-Rural Relationships in Sistan. PhD Thesis in Geography and Urban-Regional Planning, Faculty of Literature and Humanities, University of Isfahan, pp. 85-65.
- Fryberger, S. G., AL‐Sari, A. M., Clisham, T. J., Rizvi, S. A., & ALHinai, K. G. (1984). Wind Sedimentation in the Jafurah Sand Sea, Saudi Arabia. Sedimentology, 31(3), 413-431.
- Fryberger, S. G., & Dean, G. (1979). Dune Forms and Wind Regime. USA: Geological Survey Professional Paper 1052–F, pp. 137–169.
- Gillies, J. A., & Lancaster, N. (2013). Large Roughness Element Effects on Sand Transport, Oceano Dunes, California. Earth Surface Processes and Landforms, 38(8), 785-792.
- Hamdan, M. A., Refaat, A. A., & Wahed, M. A. (2016). Morphologic Characteristics and Migration Rate Assessment of Barchan Dunes in the Southeastern Western Desert of Egypt. Journal of Geomorphology, 257, 57-74.
- Hereher, M. E. (2018). Geomorphology and Drift Potential of Major Aeolian Sand Deposits in Egypt. Journal of Geomorphology, 304, 113-120.
- Hermas, E., Leprince, S., & Abou El-Magd, I. (2012). Retrieving Sand Dune Movements Using Sub-Pixel Correlation of Multi-Temporal Optical Remote Sensing Imagery, Northwest Sinai Peninsula, Egypt. Journal of Remote Sensing of Environment, 121, 51-60.
- Hesp, P. A., Davidson-Arnott, R., Walker, I. J., & Ollerhead, J. (2005). Flow Dynamics Over a Foredune at Prince Edward Island, Canada. Journal of Geomorphology, 65(1-2), 71-84.
- Housing Foundation of the Islamic Revolution of Sistan and Baluchestan Province. (2019). Technical Unit and Rural Development Studies.
- Khosravi, M. (2005). Research Project of Ecological and Environmental Effects of 120-Day Winds in Sistan. Environmental Protection Organization of Sistan and Baluchestan Province, Consultant of Sistan and Baluchestan Institute of Earth Sciences and Geography, p.300.
- Kuriyama, Y., Mochizuki, N., & Nalashima, T. (2005). Influence of Vegetation on Aeolian Sand Transport Rate from a Backshore to a Foreshore at Hasaki, Japan. Journal of Sedimentology, 52(5), 1123–1132.
- Lancaster, N., Nickling, W. G., & Gillies, J. A. (2010). Sand Transport by Wind on Complex Surfaces: Field Studies in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 115(3).
- Latifi, L. (2006). Investigating the Progress of Sand Dunes Using Satellite Images in Recent Droughts in the North and East of Sistan Plain. Master Thesis, Department of Geography, Islamic Azad University, Mashhad Branch.
- Liu, L.Y., Skidmore, E., Hasi, E., Wagner, L., & Tatarko, J. (2005). Dune Sand Transport as Influenced by Wind Directions, Speed and Frequencies in the Ordos Plateau, China. Journal of Geomorphology, 67(3-4), 283–297.
- Maghsoudi, M., Mohammadi, M., Khanbabaei, Z., Mahboubi, S., Baharvand, M., & Hajizadeh, A. H. (2017). Monitoring the Movement of Erg and Barkhans in the West of Lut (Peshouieh). Journal of Quantitative Geomorphological Research, 5(4), 189-176.
- Maghsoudi, M., Navidfar, A., & Mohammadi, A. (2017). The Sand Dunes Migration Patterns in Mesr Erg Region Using Satellite Imagery Analysis and Wind Data. Journal of Natural Environment Change, 3(1), 33-43.
- Mohamed, I. N., & Verstraeten, G. (2012). Analyzing Dune Dynamics at the Dune-Field Scale Based on Multi-Temporal Analysis of Landsat-TM Images. Journal of Remote Sensing of Environment, 119, 105-117.
- Negaresh, H., & Latifi, L. (2008). Geomorphological Analysis of the Progress of Sand Dunes East of the Sistan Plain in Recent Droughts. Journal of Geography and Development, 6(12), 60-43.
- Noroozhi, F. (1993). Investigating the Destructive Effects of Helmand River Floods. MA Thesis, Department of Geography, Sistan and Baluchestan University, p.195.
- Piri, H., Abbaszadeh, M., Rahdari, V., & Maleki Najafabadi, S. (2013). Comparative Assessment of 4 Meteorological Drought Indices Using Cluster Analysis Method (Case Study of Sistan and Baluchestan Province). Journal of Water Resources Engineering, 6(17), 25-36.
- Pye, K., & Tsoar, H. (2009). Aeolian Sand and Sand Dunes. Berlin: Springer-Verlag.
- Salighe, M. (2003). Attention to the Wind in the Construction of the Physical Body of Zabol. Journal of Geography and Development, 1(2), 109-121.
- Sargzi, H. (2005). Origin and Assessment of Severity and Damage of Sand Dunes in Niatak Sistan Desert. Master Thesis, Gorgan University of Natural Resources, p.136.
- Sherman, D. J., & Li, B. (2012). Predicting Aeolian Sand Transport Rates: A Reevaluation of Models. Journal of Aeolian Research, 3(4), 371-378.
- Sparavigna, A. C. (2013). A Study of Moving Sand Dunes by Means of Satellite Images. International Journal of Sciences, 2.
- Tsoar, H. (2005). Sand Dunes Mobility and Stability in Relation to Climate. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 357(1), 50-56.
- Wang, X., Eerdun, H., Zhou, Z., & Liu, X. (2007). Significance of Variations in the Wind Energy Environment over the Past 50 Years with Respect to Dune Activity and Desertification in Arid and Semiarid Northern China. Journal of Geomorphology, 86(3-4), 252-266.
- Wiggs, G. F. S., Atherton, R. J., & Baird, A. J. (2004). Thresholds of Aeolian Sand Transport: Establishing Suitable Values. Journal of Sedimentology, 51(1), 95-108.
- Yao, Z. Y., Wang, T., Han, Z. W., Zhang, W. M., & Zhao, A. G. (2007). Migration of Sand Dunes on the Northern Alxa Plateau, Inner Mongolia, China. Journal of Arid Environments, 70(1), 80-93.
- Yurk, B. P., Hansen, E. C., & Hazle, D. (2013). A Deadtime Model for the Calibration of Impact Sensors with an Application to a Modified Miniphone Sensor. Journal of Aeolian Research, 11, 43-54.
- Zhang, G., Azorin-Molina, C., Shi, P., Lin, D., Guijarro, J. A., Kong, F., & Chen, D. (2019). Impact of Near-Surface Wind Speed Variability on Wind Erosion in the Eastern Agro-Pastoral Transitional Zone of Northern China, 1982–2016. Agricultural and Forest Meteorology, 271, 102-115.
- Zhang, Z., Dong, Z., & Li, C. (2015). Wind Regime and Sand Transport in China’s Badain Jaran Desert. Journal of Aeolian Research, 17, 1-13.
کلیدواژهها [English]
مقدمه
یکی از اصلیترین عوامل مؤثر بر تغییرات مورفولوژی مناطق بیابانی، فراوانی وزش باد به دلیل توپوگرافی نسبتاً هموار و فقر پوشش سطحی و کمبود رطوبت در این مناطق است. حملونقل شن و ماسة بادی، فرایندی پیچیده است که از بسیاری از متغیرها ازجمله ویژگیهای باد (Liu et al., 2005: 285)، اندازة دانه، رطوبت سطح شن و ماسه (Wiggs et al.‚ 2004: 99)، توپوگرافی (Hesp et al., 2005: 74) و پوشش گیاهی (Kuriyama et al., 2005: 1127) تأثیر میپذیرد؛ بر این اساس فعالیت بادها در انجام فرسایش بهطور چشمگیری در ارتباط با شرایط اقلیمی هر منطقه بوده است. شاخصترین لندفرمها در مناطق بیابانی برای پایش این فعالیتها، تپههای ماسهای است که براساس میزان فعالیت به دو دستة فعال و تثبیتشده یا ثابت تقسیم میشوند (Tsoar, 2005: 54). فرایبرگر[1] در سال 1979 انواع تپههای ماسهای را براساس حالتهای باد غالب تقسیمبندی کرد که شامل یونی مدال، بای مدال و پیچیدهاند. بادهای یونی مدال معمولاً موجب شکلگیری تپههای عرضی میشوند، بادهای بای مدال یا دوطرفه موجب تشکیل تپههای خطی و طولی و بادهای پیچیده یا کمپلکس موجب تشکیل تپههای ستارهایشکل میشوند. بهطور کلی رسوبات ناشی از فرسایش بادی در مکانی جابهجا و نهشته میشوند که «ریگ» نام دارد. ریگها، یک محیط فعال برای شکلگیری اشکال ماسهای محسوب میشوند و شرایط لازم برای شکلگیری آنها، وجود ذرات ماسة فراوان، وزش باد مؤثر، توپوگرافی مناسب برای گسترش باد و شرایط آبوهوایی مناسب با رطوبت کم است (Pye and Tsoar, 2009: 112). ماسههای موجود در ریگها ناشی از رسوبات قابل حمل با منشأ محیطهای رودخانهای و دریاچهای و ساحلیاند (Lancaste et al., 2010: 3). به دلیل شرایط آبوهوایی گرم و خشک و بیابانی که در عرضهای 30 تا 35 درجه وجود دارد، بیشتر ریگها نیز در این نواحی شکل میگیرند؛ زیرا دما و تبخیر زیاد موجب کاهش شدید رطوبت در سطح و همین امر موجب افزایش فعالیت ماسهها میشود (Dong et al., 2004: 196; Wang et al., 2007: 257).
ماسههای بادی همواره یکی از مخاطرات محیطی محسوب میشوند؛ زیرا انتقال ماسههای روان تهدیدی جدی برای مناطق مستقر در حاشیة تودههای عظیم ماسهای به شمار میرود (احمدی، 1385: 114). حرکت ماسهها به از دست دادن زمینهای کشاورزی، مدفونشدن ساختمانهای مسکونی، راهآهن، بزرگراهها و زیرساختهای دیگر در بسیاری از مناطق بیابانی منجر میشود (Dong, 2004: 197). اهمیت مطالعة تپههای ماسهای به علت تأثیراتی است که آنها بر منابع آب و خاک، حیات گیاهی و جانوری و تأسیسات و راههای ارتباطی دارند.
اولین مطالعات را دربارة حرکت تپههای ماسهای بگنلود[2] (1941) انجام داد. در سالهای اخیر نیز، پژوهشهای بسیاری درزمینة شناخت فرایند تپههای ماسهای صورت پذیرفته که دربرگیرندة مطالعة بادها و حرکت ماسهها در تپههای مختلف بوده و پیشرفتهای مهمی نیز حاصل شده است. در این زمینه بیگمان سنجش از دور و تواناییهای آن و همچنین توالی زمانی مطلوب این تصاویر در تهیة نقشههای مورد نیاز برای بررسی ریگزارها کارایی زیادی داشته است. با بهکارگیری این تصاویر میتوان وسعت زیادی از تپههای ماسهای را در مدت کوتاهی بررسی و تپههای فعال را شناسایی کرد و دربارة چگونگی گسترش و جابهجایی آنها نیز به نتایج پذیرفتهای دست یافت. در زیر خلاصهای از مطالعات حرکات تپههای ماسهای با کمک سنجش از دور ارائه میشود.
ایهاب و ورسترتن[3] (2012) میدانهای ماسهای را براساس تصاویر لندست TM در دورههای زمانی مختلف بررسی کردند. در این پژوهش باندهای مادون قرمز نزدیک برای RGB تصاویر استفاده شده است.
هرماس و همکاران[4] (2012) حرکات تپههای ماسهای را با استفاده از همبستگی پیکسلهای تصاویر چندزمانی در شمال غربی صحرای مصر بررسی کردهاند. نتیجة مطالعه بیانکنندة جابهجایی تپهها به سمت شرق و جنوب شرقی است.
اسپاراوینا[5] (2013) حرکات تپههای ماسهای را با استفاده از تصاویر گوگلارث مطالعه کرده است. حرکات تپههای ماسهای هرچند کاملاً آهسته به نظر میرسد، ممکن است یک چالش یا حتی تهدید برای فعالیتهای انسانی باشد. در حرکات تپههای ماسهای تغییرات آبوهوا ممکن است عواقب فاجعهباری برای جوامع محلی داشته باشد.
بیتسز و همکاران[6] (2014) با استفاده از تصاویر لیدار الگوی تپههای ماسهای را بررسی کردهاند.
جانگ و همکاران[7] (2015) با استفاده از رژیم باد، الگوی جابهجایی تپههای ماسهای را در بیابان جاران چین بررسی کردهاند.
همدان و همکاران[8] (2016) ویژگیهای مورفولوژیکی و میزان جابهجایی برخانها را در جنوب شرقی بیابان غربی مصر بررسی کردهاند. آنها در این پژوهش با استفاده از تصاویر گوگلارث در بازههای زمانی مختلف جابهجایی تپهها را بررسی کردند. نتیجة مطالعه از جابهجایی 3 تا 82/10 متری در سال حاکی است که این موضوع برای زیرساختها و زمینهای زیر کشت خطر بزرگی محسوب میشود.
مقصودی و همکاران[9] (2017) با استفاده از دادههای ایستگاههای بادسنجی و تصاویر ماهوارهای، الگوی گسترش و توسعة تپههای ماسهای و وضعیت بادهای فعال را در سطح ریگ مصر بررسی کردند. نتایج پژوهش آنها نشان داد این منطقه متأثر از بادهای غالب از جهت شمال غربی- جنوب شرقی طی روزهای سرد سال است و عمدة جابهجاییها در سطح ریگ از این روند پیروی کرده و متوسط جابهجایی در سطح تپهها، 8 متر در سال ارزیابی شده است.
هریهر[10] (2018) در پژوهشی ژئومورفولوژی و پتانسیل فرسایش بادی را در حمل رسوبات ماسهای در ریگهای مصر بررسی کرد. او با محاسبۀ مقادیر پتانسیل حمل ماسه، بردار برآیند مسیر جابهجایی و تعیین انرژی باد در مناطق مختلف مصر به الگوی جابهجایی تپههای ماسهای در ریگهای مصر دست یافت.
ژانگ و همکاران[11] (2019) در پژوهشی تغییرپذیری فرسایش بادی و مقادیر تخریب دینامیکی ناشی از آن را در مناطق کشاورزی شمال چین در بازۀ زمانی 1982 تا 2016 شبیهسازی کردند. نتایج این پژوهش نشان داد سرعت باد نزدیک سطح زمین بهطور سالیانه 0.007 متر بر ثانیه کاهش یافته است. این کاهش در فصل بهار 0.01 متر بر ثانیه و در فصل پاییز 0.009 متر بر ثانیه در سال بوده است.
مقصودی و همکاران (1396) در پژوهشی جابهجایی برخانهای غرب ریگ لوت (پشوئیه) را پایش و با استفاده از سلههای موجود در سطح و مقایسة آن با عکسهای هوایی سالهای مختلف، میزان حرکت و جابهجایی ریگ و برخانها را مشخص کردند؛ بر این اساس مشخص شد ریگ مدنظر به سمت جنوب و جنوب شرق در حال جابهجایی است. این امر در مطالعات میدانی انجامشده نیز تأیید شد.
استان سیستان و بلوچستان با توجه به شرایط خاص هیدرواقلیمی حاکم بر آن بیش از 5 میلیون هکتار بیابان (معادل 26.7 درصد از کل مساحت استان) دارد که 16 درصد از این بیابانها (حدود 800 هزار هکتار) جزو شنزارهای فعال و نیمهفعال محسوب میشود (لطیفی، 1385: 74). این استان با توجه به موقعیت جغرافیایی خاص خود و متأثر از عوامل هیدرواقلیمی، دستخوش بیشترین سوانح طبیعی ناشی از تغییرات اقلیمی در دهههای اخیر ازجمله خشکسالی، سیل و طوفان شن بوده است که در کنار جابهجایی مداوم تپههای ماسهای و طوفانهای شن ناشی از وزش بادهای 120روزه، زندگی شهری و روستایی این استان را بهویژه در دشت سیستان و شهرستان زهک تهدید میکنند؛ بهطوری که ماسهزار فعال و نیمهفعال منطقه با وزش باد جابهجا میشود و با هجوم خود به اراضی کشاورزی، رودخانهها، راههای ارتباطی، شهرها و روستاها، تأسیسات اقتصادی و حیاتی منطقه، مشکلات عدیدهای را برای زیست مردم ایجاد (تصویر 1) و به فعالیتهای زیربنایی منطقه خسارات جبرانناپذیری وارد میکند. چنانکه در چند دهة اخیر، خسارات جبرانناپذیری به محیط زیست انسانی وارد شده است (احمدیان، 1387: 145).
دستگاههای اداری استان ازجمله منابع طبیعی، جهاد کشاورزی و بنیاد مسکن انقلاب اسلامی اقداماتی را درزمینة تثبیت تپههای ماسهای و جمعآوری ماسهها از معابر و محوطة منازل مسکونی روستاها انجام میدهند، اما جابهجایی این ماسهها در کنار خشکسالی همیشه تهدیدی برای ساکنان این منطقه محسوب میشود. یکی از طرحهای اساسی بنیاد مسکن در برخورد با این موضوع، تهیه و اجرای طرحهای هادی روستایی با همکاری سایر دستگاههای اجرایی است؛ بهطوری که از مجموع 141 روستای بالای 20 خانوار براساس سرشماری سال 1395 در شهرستان زهک برای 138 روستا طرح هادی روستایی تهیه شده است (بنیاد مسکن انقلاب اسلامی، 1399)؛ با وجود این به دلیل اجرانشدن مصوبات این طرحها توسط دستگاههای اجرایی ذیصلاح، سکونتگاههای روستایی در طول سال پیوسته با ماسههای روان تهدید شده و این امر به یک معضل دائمی برای مسئولان محلی تبدیل شده است.
یکی از دلایل ناکامی در مهار حرکت ماسهها، آگاهینداشتن دقیق از میزان و جهت جابهجایی تپههای ماسهای است. لازمة برخورد اصولی با این موضوع، پایش تغییرات تپههای ماسهای و نظارت بر آنها و محاسبة میزان حرکت تپههای شنی با استفاده از تصاویر ماهوارهای چندزمانه در منطقة ریگ زهک است که دسترسی به آن از اهداف اصلی این پژوهش محسوب میشود.
تصویر 1. تهدید جادة ارتباطی با ماسههای روان
(مسیر زهک به روستای محمد شاهکرم)؛ (نویسندگان، 1398)
Image 1. Threat of communication road by quicksands
(Zahak route to Mohammad Shahkaram village); (Authors, 2019)
موقعیت و ویژگیهای جغرافیایی منطقة پژوهش
محدودة پژوهش بهمثابة بخشی از دشت سیستان در شمال استان سیستان و بلوچستان در جنوب شرقی ایران در نوار مرزی مشترک ایران و افغانستان واقع شده است. این محدوده از سمت شمال شرق به روستاهای شاهجان بامری و میلک و از سمت غرب به شهرک نارویی و شهر زهک و از سمت جنوب غرب به شهرک کهک و چاه نیمهها محدود شده و بین طولهای جغرافیایی 61 درجه و 40 دقیقه تا 61 درجه و 48 دقیقۀ طول شرقی و عرضهای 30 درجه و 48 دقیقه تا 31 درجه و 5 دقیقة عرض شمالی قرار گرفته است (شکل 1). این محدوده با مساحتی حدود 165 کیلومترمربع با اختلاف ارتفاع کم و شیب کمتر از یک درصد در آبرفتهای رودخانة هیرمند در شرق دشت سیستان واقع شده است. میزان ارتفاع و شیب عمومی آن از شمال به جنوب و از غرب به شرق به سمت بستر رودخانة هیرمند کاهش مییابد.
ازنظر اقلیمی این منطقه در تیپ اقلیمی گرم و خشک قرار دارد و متوسط بارندگی سالیانة آن در ایستگاه زهک کمتر از 47 میلیمتر، حداقل بارش آن 11 میلیمتر و حداکثر سالیانة آن 146 میلیمتر است (پیری و همکاران، 1392: 29). متوسط دمای سالیانة منطقه در ایستگاه زهک 6/22 درجة سانتیگراد و متوسط رطوبت نسبی سالیانه 29 درصد است. شرایط اقلیمی نامساعد، متوسط بارش سالیانة کم، تبخیر بسیار شدید بیش از 5000 میلیمتر و میزان رطوبت نسبی کم (ابراهیمزاده، 1379: 71)، فقر پوشش گیاهی شامل گونههای پراکندة گز و تاغ و همچنین طوفانهای شن و ماسه و حرکت تپههای ماسهای، از عوامل تهدیدکننده و مخرب این منطقه محسوب میشوند که شرایط را برای زیست در آن سخت کردهاند.
وقوع خشکسالی در منطقة سیستان و پیرو آن کاهش پوشش گیاهی و خشکشدن دریاچة هامون و همچنین وجود بادهای 120روزه، بستر مناسبی را برای فرسایش بادی و وقوع طوفانهای گرد و خاک ایجاد کرده است.این عوامل سبب شدهاند حرکت شنهای روان در منطقه با سرعت زیادی انجام و تپههای ماسهای فراوانی بر جای گذاشته شود (نگارش و لطیفی، 1387: 47). سکونتگاههای روستایی شهرک محمد شاهکرم، نادر المخان و امیرنظام در کانون جابهجایی تپههای ماسهای قرار دارند. با وجود انجام اقدامات مؤثر مانند مالچپاشی و کاشت نهال برای تثبیت نسبی تپههای ماسهای با منابع طبیعی استان، این روستاها به علت جابهجایی ماسههای روان همواره در معرض آسیب جدی قرار دارند (بنیاد مسکن انقلاب اسلامی، 1399).
شکل 1. موقعیت محدودة ریگ زهک در دشت سیستان و ایران (نویسندگان، 1398)
Figure 1. Location of Zahak sand area in Sistan and Iran plain (Authors, 2019)
روششناسی پژوهش
بهمنظور بررسی تغییرات و جابهجایی تپههای ماسهای، این مطالعه در دو سطح انجام شده است. در سطح اول، بهمنظور بررسی تغییرات محدودة تپههای ماسهای در منطقة پژوهش از دو تصویر ماهوارهای 23 و 27 ماه می به ترتیب مربوط به LandSat 7 برای سال 2001 (ETM[12]) و Landsat 8 برای سال 2019 با قدرت تفکیک مکانی 30 متر استفاده شد؛ در کنار تصاویر لندست از تصاویر گوگلارث منطقه مربوط به 8 نوامبر 2006 و 5 آگوست 2018 برای بررسی روند تغییرات و جابهجاییها استفاده شد. برای آشکارسازی تغییرات، تصاویر ماهوارهای با کمک نرمافزار 5.3 ENVI پردازش شدند. در ادامة پژوهش در قسمتهایی که تغییرات بارزی وجود داشت، از تصاویر با فواصل زمانی گوگلارث برای آشکارسازی روند استفاده شد. برای زمین مرجع کردن تصاویر گوگلارث با دقت زیاد، نرمافزار Stitch Map به کار رفت.
در سطح دوم، از آمار ایستگاه بادسنجی زابل، نزدیکترین ایستگاه به منطقه، برای اطلاع از رژیم باد و آگاهی از توان فرسایندگی باد استفاده شد. پس از جمعآوری و آمادهسازی دادههای مربوط به سرعت و جهت باد در محیط اکسل با استفاده از نرمافزارهای WR Plot و Sand Rose Graph به ترتیب نمودار گلباد و گلماسه ترسیم و بدین وسیله جهت و سرعت باد غالب و پتانسیل راندگی ماسه در اطراف ریگ مدنظر تعیین و بردار نیروی برآیند در جابهجایی ماسهها و شکلدهی لندفرمهای ریگ زهک تعیین و مشخص شد. اصطلاح پتانسیل حمل ماسه[13] (DP) را نخستینبار فرایبرگر[14] (1979) برای اندازهگیری توان باد سطحی در جابهجایی ماسهها در طول یک بیابان خشک استفاده کرد. این اصطلاح بهطور گسترده برای توصیف فعالیت و جابهجایی ماسه در مناطق بیابانی و ریگها در ارتباط با قدرت باد غالب استفاده میشود (Fryberger et al., 1984: 415; Al-Awadhi et al., 2005: 427; Tsoar, 2005: 52; Yao et al., 2007: 84; Hereher, 2018: 115; Zhang et al., 2015: 3). براساس یافتههای فرایبرگر پتانسیل راندگی ماسه با باد با رابطة زیر محاسبه میشود:
رابطة 1
در این رابطه، پتانسیل جابهجایی ماسة کل، میانگین سرعت باد در ارتفاع 10متری از سطح زمین برحسب کیلونات، آستانة سرعت فرسایش بادی که معمولاً 12 کیلونات در نظر گرفته میشود و t درصد رخداد باد در جهات مختلف است. چنانچه مقدار در یک منطقه کمتر از 200 باشد، باد در آن منطقه ویژگی انرژی کم دارد و تغییرپذیری جهات باد بیشتر میشود؛ در صورتی که مقدار آن بین 200 تا 400 باشد، باد انرژی تغییرپذیری متوسط دارد و چنانچه بیشتر از 400 باشد، باد در منطقه انرژی زیاد دارد و تغییرپذیری جهات باد کمتر است (Fryberger and Dean, 1979: 141).
اصطلاحات دیگری نیز در جابهجایی ماسهها استفاده میشود؛ ازجمله یا برآیند پتانسیل حمل ماسه که میزان پتانسیل جابهجایی ماسه در جهت بردار برآیند باد را اندازهگیری میکند و یا بردار برآیند مسیر حمل ماسه که جهت برآیند حرکت ماسهها را تعیین میکند. بهصورت کمی پتانسیل حمل ماسه برابر با 1 برحسب مقیاس برداری برابر با 0.07 مترمکعب بر متر در سال است؛ همچنین نسبت نیز عددی است که برای تفسیر شکل تپههای ماسهای در بیابان به کار میرود (Zhang et al., 2015: 9). هنگامی که باد غالب بهطور ثابت از یک جهت میوزد، این نسبت به 1 نزدیک است و تپههای ماسهای حاصل مانند برخانهای موجود در صحرای آفریقا از نوع عرضی هستند (Fryberger and Dean, 1979: 142؛ جدول1). در کنار تعیین گلباد در هر ایستگاه، روند تغییرات سرعت باد نیز در طول سالهای 1962 تا 2018 در ایستگاههای مرتبط بررسی شد.
جدول 1. تقسیمبندی قدرت فرسایشی باد و شاخصهای تغییرپذیری جهت آن در محیطهای بیابانی
)Fryberger and Dean, 1979: 142(
Table1. The classification of wind energy environments using drift potential (DP) and directional variability (modified from Fryberger and Dean, 1979: 142)
|
طبقهبندی جهات باد |
تغییرپذیری جهت باد |
RDP/DP |
قدرت فرسایش باد |
DP |
|
بادهای چندجهتة مرکب با زاویة تند |
زیاد |
<3/0 |
کم |
200> |
|
بادهای دوجهته با زاویة منفرجه |
متوسط |
8/0–3/0 |
متوسط |
200-400 |
|
بادهای یکجهته |
کم |
>8/0 |
زیاد |
400< |
شکل 2. فلوچارت مراحل انجام پژوهش (نویسندگان، 1398)
Figure 2. Flowchart of research stages (Authors, 2019)
یافتههای پژوهش
مهمترین ویژگی تپههای ماسهای، پویایی و حرکت تپههاست. در این زمینه باید به اهمیت نقش باد در تغییرات مورفولوژی تپههای ماسهای توجه ویژه داشت. مطالعات حرکت تپههای ماسهای، پایه و اساس شناخت فرایندهای بادی و مقادیر انتقال ماسه را فراهم میکند.
در این مطالعه، پایش و آشکارسازی میزان تغییرات و جابهجایی تپههای ماسهای براساس استفاده از تصاویر لندست بوده است (2001، 2019). در مرحلة اول برای کل محدودة ریگ با استفاده از تکنیک آشکارسازی تغییرات[17]، محدودههای دارای تغییرات مشخص شد (شکل 3). براساس نقشة خروجی، قسمتهایی که با رنگ قرمز مشخص شده، بیشترین تغییرات را داشته و بیشترین گسترش تپههای ماسهای نیز در این بخش بوده است. مقدار اختلاف دو تصویر در محدودة تپههای ماسهای حدود 87/22 کیلومترمربع برآورد شد. الگو و روند حرکت تپههای ماسهای بیانکنندة حرکت تپهها در جهت شمال غرب به جنوب شرق است.
شکل 3. تغییرات صورتگرفته در محدودة ریگ زهک بین سالهای 2001- 2019 و موقعیت تپههای بررسیشده
(نویسندگان، 1398)
Figure 3. Changes in the range of drainage sand between years of 2001-2019 and the location of the studied hills (Authors, 2019)
در مرحلة بعدی پژوهش برای آگاهی از میزان تغییرات و روند جابهجاییها با کمک تصاویر گوگلارث (8 نوامبر 2006 و 5 آگوست 2018)، بخشهایی از منطقه که تغییرات زیادی داشته است برای بررسی دقیقتر انتخاب شد. تصاویر جدید و قدیمیتر محدودة ریگ زهک با استفاده از نرمافزار Stitch Map بهصورت زمین مرجع شده استخراج شد (شکل 3). از پنج محدودة دارای بیشترین تغییرات مشخصشده در سطح ریگ، تعداد 368 تپة ماسهای ارزیابی کمی شد. براساس نتایج این بخش جهت جابهجاییها در سطح ریگ شمال غربی- جنوب شرقی است. براساس ستون جابهجایی، بیشترین میزان جابهجایی برای محدودة 3، 72/24 متر به دست آمد و کمترین میزان برای محدودة 5، 16/14 متر محاسبه شد. میزان جابهجایی براساس 12 سال تصاویر استفادهشده برای هر سال برآورد شده است؛ بر این اساس بیشترین و کمترین میزان جابهجایی به ترتیب به محدودة 3 به میزان 06/2 متر در سال و محدودة 5 به میزان 18/1 متر در سال مربوط است. میانگین میزان جابهجایی درمجموع 368 تپه در سال، 53/1 متر محاسبه شد (جدول 2، شکل 4).
جدول 2. مقادیر حرکت تپههای ماسهای در محدودة ریگ زهک (نویسندگان، 1398)
Table 2. Moving values of sand dunes in the area of Zahak sand (Authors, 2019)
|
محدوده |
تعداد تپة بررسی شده |
مساحت (مترمربع) |
اختلاف مساحت (مترمربع) |
جهت جابهجایی |
میزان جابهجایی (متر) |
متوسط میزان جابهجایی در سال (متر) |
|
|
2006 |
2018 |
||||||
|
1 |
23 |
9694 |
12552 |
1430 |
شمال غربی- جنوب شرقی |
72/18 |
56/1 |
|
2 |
63 |
52068 |
59898 |
3915 |
شمال غربی- جنوب شرقی |
12/18 |
51/1 |
|
3 |
146 |
192935 |
211081 |
9073 |
شمال غربی- جنوب شرقی |
72/24 |
06/2 |
|
4 |
77 |
69721 |
79291 |
4785 |
شمال غربی- جنوب شرقی |
84/15 |
32/1 |
|
5 |
59 |
51476 |
58809 |
3666 |
شمال غربی- جنوب شرقی |
16/14 |
18/1 |
شکل 4. الگوی حرکتی تپههای ماسهای در بازة زمانی 2006 تا 2018 (نویسندگان، 1398)
Figure 4. Movement pattern of sand dunes in the period 2006 to 2018 (Authors, 2019)
رژیم باد و حمل ماسه
بیتردید اصلیترین عامل فرسایش بادی در منطقة سیستان، وقوع طوفانهای ماسه براثر وزش بادهای 120 است. این بادها که با شدت بیشتر از 70 و گاهی 148 کیلومتر در ساعت (سرگزی، 1384: 29) در دورههای زمانی نزدیک به هم و در مدت بیش از 6 ماه از سال و در حالت نرمال به وقوع میپیوندند، عامل اصلی فرسایش بادی در منطقهاند (سلیقه، 1382: 110) و گاهی چالههایی به عمق 2 تا 3 متر و عرض 6 تا 9 متر ایجاد میکنند (نوروزهی، 1372: 13). حداکثر سرعت باد محتمل در دورة بازگشت 200ساله، نشاندهندة تندی بادی با سرعت 165 کیلومتر در ساعت است که حکایت از اهمیت سرعت زیاد بادها در این منطقه دارد (خسروی، 1384: 170). بهمنظور امکانسنجی انرژی باد پس از آمادهسازی دادههای ساعتی، سرعت و جهت باد مربوط به ایستگاه زابل در محیط اکسل با استفاده از نرمافزار WR PLOT، گلباد ایستگاه ترسیم شد (شکل 5).
شکل 5. نمودار گلباد در ایستگاه زابل (نویسندگان، 1398)
Figure 5. Flower diagram at Zabol station (Authors, 2019)
برمبنای شکل مربوط به گلباد در هر ایستگاه جهتوزش باد غالب به یک سمت مشخص است؛ با توجه به گلباد ایستگاه زابل، بیش از 7 درصد بادهای غالب این ایستگاه سرعتی مساوی با 6 متر بر ثانیه یا بیشتر از آن دارند که بیانکنندة عبور از سرعت آستانة فرسایش بادی است. در کنار اطلاعات مربوط به دادههای باد غالب در این ایستگاه، بررسی روند تغییرات سرعت باد در این ایستگاه در بازههای زمانی موجود نشان میدهد در طول 56 سال گذشته متوسط سرعت باد در ایستگاه زابل رو به افزایش بوده است؛ بهطوری که میانگین سرعت باد از 5/2 متر بر ثانیه در ماه در سال 1962 به حدود 8/4 متر بر ثانیه در ماه در سال 2018 رسیده است که افزایش 3/2 متر بر ثانیه را در این مدت نشان میدهد (شکل 6).
شکل 6. نمودار تغییرات سرعت باد در ایستگاه زابل (نویسندگان، 1398)
Figure 6. Diagram of wind speed changes in Zabol station (Authors, 2019)
رخداد حمل ماسه، کوچکترین بخش از فرایند حمل ماسه است (Lancaster et al., 2010: 3; Delgado et al., 2011: 221; Gillies and Lancaster, 2013: 787; Yurk et al., 2013: 46). مطالعة رخداد حمل ماسه بهمثابة نخستین قدم در درک فرایندهای حمل شن و ماسه در نظر گرفته شده است؛ بر این اساس با استفاده از نرمافزار Sand Rose Graph ویژگیهای حمل ماسه در ایستگاه زابل بررسی شد؛ نتایج پارامترهای آماری برای ایستگاه زابل در شکل 7 آمده است.
شکل 7. نمودار گلماسه در ایستگاه زابل (نویسندگان، 1398)
Figure 7. Golmaseh diagram at Zabol station (Authors, 2019)
با توجه به نتایج بهدستآمده، مقدار پتانسیل حمل ماسه (DPt) در ایستگاه زابل 8/2079 است که براساس تقسیمبندی فرایبرگر و دین[18] (1979؛ ارائهشده در جدول 1) انرژی باد در این ایستگاه زیاد ارزیابی شده است؛ ستون بردار توان حمل ماسه با علامت RDP نشان داده شده است. دادههای این ستون بیانکنندة این است که بیشترین مقدار توان حمل ماسه برای این ایستگاه برابر با 9/1681 بوده و شاخص تغییرپذیری جهتهای باد (UDI) یا همگنی جهت حمل ماسه که نسبت مقدار نهایی حمل ماسه به کل توان حمل ماسه است. براساس این شاخص، تغییرپذیری جهات باد برای ایستگاه زابل در گروه تغییرپذیری کم با طبقهبندی بادهای یکجهته و بیانکنندة شکلگیری تپههای ماسهای عرضیشکل است. دادههای ستون جهت خالص حرکت ماسه با علامت اختصاری RDD نشان داده شده است. با توجه به دادههای ستون RDD برای ایستگاه زابل به نظر میرسد تأثیر مستقیم بر روند جابهجایی تپههای ماسهای در سطح ریگ زهک داشته است. مجموع ماسة جابهجاشده (DSF) براساس رابطة لتو- لتو که پیشفرض نرمافزار هم این رابطه است، بیشترین مقدار ماسة جابهجاشده در ایستگاه زابل، 8/300 تن بر متر در سال و دبی خالص جریان ماسه (RQS)، 103 کیلوگرم بر متر در سال برآورد شده که بیانکنندة مقدار حمل زیاد ماسه در منطقه است. استفاده از دادههای این ایستگاه، اطلاع از سمت و سوی بادهایی است که بر الگوی حرکتی تپههای ماسهای سطح ریگ تأثیر میگذارند. بیشترین سرعت آستانه برای این ایستگاه در جهت شمال غربی- جنوب شرقی و روند حرکت تپههای ماسهای نیز شمال غربی- جنوب شرقی در تطابق با بادهای 120روزة سیستان بوده است.
نتیجهگیری
در این مطالعه تلاش شده است با استفاده از دادههای تصاویر ماهوارهای و دادههای باد ایستگاه بادسنجی، میزان فعالیت و الگوی جابهجایی تپههای ماسهای در محدودة ریگ زهک مشخص شود. نتایج بررسی 368 تپه در بخشهای مختلف سطح ریگ نشاندهندة جابهجایی با روند شمال غربی- جنوب شرقی است. این نتیجه با نتایج تحلیل دادههای جهت الگوی باد همخوانی و مطابقت دارد؛ همچنین میانگین مقدار جابهجایی 53/1 متر در سال برای بازة زمانی 12ساله (2006 تا 2018) به دست آمده است. این نتیجه با نتایج دادههای ایستگاه بادسنجی زابل که مقدار حمل ماسه را بیش از 300 تن در متر برای یک سال نشان میدهد و بررسی روند تغییرات سرعت باد که افزایش سرعت متوسط باد را در طول 56 سال گذشته در این ایستگاه نشان میدهد، همخوانی نداشته و بیانکنندة واقعیتی بسیار بیشتر از این مقدار جابهجایی است؛ بر این اساس و با توجه به تصاویر گوگلارث سال 2018 که تثبیت ماسههای روانشده را نشان میداد، حداکثر این مقدار حاصلشده به پیش از تثبیت تپههای ماسههای فعال مربوط بوده است و علاوه بر آن ماسههای روان در سطح زمین و مستقل از تپههای ماسهای حرکت میکنند که با تصاویر قابل اندازهگیری نیستند.
[1]. Fryberger
[2]. Bagnlod
[3]. Ihab and Verstraeten
[4]. Hermas et al.
[5]. Sparavigna
[6]. Baitis et al.
[7]. Zhang et al.
[8]. Hamdan et al.
[9]. Maghsuodi et al.
[10]. Hereher
[11]. Zhang et al.
[12]. Enhanced Thematic Mapper Plus
[13].Drift Potential.
[14]. Fryberger
[15].Resultant Drift Potential
[16].Resultant Drift Direction
[17]. change detection
[18]. Fryberger and Dean
)
