Investigating the Erosion of the Haft Cheshmeh River Banks in Qazvin Using the Near Bank Stress Model (NBS)

Document Type : Research Paper

Authors

1 Associate Professor, Department of Physical Geography, Faculty of Earth Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

2 MSc, Department of Physical Geography, Faculty of Earth Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

Abstract

 
 
Introduction:
The flow of water and rivers is the most important phenomenon in the crustal processes that not only plays a role in the overall appearance of the earth but also determines the form of human life on the planet. As a dynamic system, a river always changes its morphological location and characteristics according to time, geomorphic, geological-hydrological factors, and sometimes due to the human intervention. Bank erosion of rivers could cause a lot of damage to agricultural lands, buildings, riverside structures, roads, bridges, etc. every year. Inaddition, it could cause significant amounts of sediment to be transferred to dam reservoirs. The Haft Cheshmeh River basin is located in the Rozjerd region, in the northeast of Qazvin province and on the southern slope of Alborz. In the present study, the Haft Cheshmeh River in the area from Rozjerd to Shinqar villages has been studied for approximately 11 km. The pattern of the river in this sinusoidal range with an average curvature coefficient is 1.17.
 
Methodology:
In order to obtain the required data, the Haft Cheshmeh River was divided into 4 sections and 10 cross-sections, and from these cross-sections, a cross-sectional profile of the channel was prepared during 7 field works. To investigate the erosion of the Haft Cheshmeh River using the near bank stress model (NBS), the estimation of the stress applied to the shore is related to the slope flow, in which seven methods can be used in accordance with the conditions of the region.
According to the characteristics of the Haft Cheshmeh river, in this study, three methods of the ratio of the radius of curvature to the width of the bankfull (Rc/Wbkf), the ratio of the maximum depth of the near bank to the depth bankfull (dnb/dbkf), and the ratio of the shear stress of the near bank to the shear stress of the bankfull ) were used.
After obtaining the data by field sampling and calculations, according to the measured parameters, the degree of lateral erosion in different classes was classified from very low to severe.
 
Results:
To investigate the erosion of the Haft Cheshmeh River, the Near Bank Stress Model (NBS) was used. At the second level, which measures the ratio of the radius of curvature to the width of the bank, all sections, with the exception of cross-section 9, have severe erosion. Only in cross-section 9, very little erosion has been observed. At the fifth level, which is the ratio of the maximum depth of the near bank to the depth of the bankfull, low and very low erosion from the first to the eighth sections on both sides of the shore were observed. Only the ninth and tenth sections have high and severe erosion; however, even on the right bank of the tenth section, erosion is low. At the sixth level, which is the ratio of the shear stress of the near bank to the shear stress of the bankfull, the erosion has low and very low values in all cross-sections.
 
Conclusion:
The use of the ratio of the radius of curvature to the width of the bankfull is appropriate for a time when a narrow radius has the maximum effect on the bend of the river. Therefore, the results obtained from the cross-sections that were harvested at the site of the bend of the stream were consistent with the reality of the region and showed the instability of the sides. The results of the shear stress of the near bank to the shear stress of the bankfull did not correspond to reality. According to field observations and data obtained using the above-mentioned three methods, the ratio of the radius of curvature to the width of the bankfull is close to reality. Although the results of the near bank stress model show the erosive cross-sections with less intensity, if it is necessary to provide a quick and low-cost estimate of river intervals, it is reasonable to use the near bank stress model.
 
Keywords: Bank Erosion, the NBS Model, Haft Cheshmeh River.
 
References:
- Akhtar, M. P., Sharma. N., & Ojha, C. S. P. (2011). Braiding Process and Bank Erosion in the Brahmaputra River. International Journal of Sediment Research, 26(4), 431-444.
- Bandyopadhyay, S., Ghosh, K., & De, S. K. (2014). A Proposed Method of Bank Erosion Vulnerability Zonation and Its Application on the River Haora, Tripura, India. Geomorphology, 16, 111-121.
- Ghosh, K. G., Pal, S., & Mukhopadhyay, S. (2016). Validation of BANCS Model for Assessing Stream Bank Erosion Hazard Potential (SBEHP) in Bakreshwar River of Rarh Region, Eastern India. Journal of Modeling Earth Systems and Environment, 95(2), 1-15.
- Islam, M. (2000). River Bank Erosion and Sustainable Protection Strategies. Fourth International Conference on Scour and Erosion 2000.
- Kwan, H., & Swanson, Sh. (2014).Prediction of Annual Streambank Erosion for Sequoia National Forest, California. JAWRA Journal of the American Water Resources Association, 50(6), 112-114.   
- Lawlor, S. M. (2004). Determination of Channel-Morphology Characteristics, Bankfull Discharge, and Various Design-Peak Discharges in Western Montana. Journal of Scientific Investigations Report, 52, 1-19.
- Rosgen, D. L. (2001). A Practical Method of Computing Streambank Erosion Rate. Journal of Modeling Earth Systems and Environment, 95(2), 1-15.
- Rosgen, D. L. (2011). Watershed Assessment of River Stability and Sediment Supply (WARSSS). Journal of Wildland Hydrology, 32, 69-93.
 
 
 

Keywords

Main Subjects

Full Text

مقدمه

جریان آب‌ها و رودخانه‌ها مهم‌ترین پدیده در فرایندهای پوستة زمین است که هم در سیمای کلی زمین نقش دارد و هم شکل زیستن انسان را در کرة زمین تعیین می‌کند (جلیلوند و همکاران، 1393: 398). رودخانه به‌مثابة دستگاهی پویا، مکان و خصوصیات مورفولوژیکی خود را همواره برحسب زمان، عوامل ژئومورفیک، زمین‌شناختی، هیدرولوژیک و گاه در اثر دخالت بشر تغییر می‌دهد (رضایی مقدم و پیروزی‌نژاد، 1393: 110). فرسایش کناره‌ای در رودخانه‌ها هرساله خسارات زیادی را به زمین‌های کشاورزی، ساختمان‌ها، سازه‌های کنار رودخانه‌ها، جاده‌ها، پل‌ها و... وارد می‌کند و به‌علاوه باعث انتقال مقادیر زیادی رسوب به مخازن سدها می‌شود (حبیبی و حقی آبی، 1381: 48).

فرسایش کناره‌ای رودخانه یک فرایند پیچیدة طبیعی است که در مقیاس کانال عمل می‌کند. فرسایش بیشتر، میزان رسوب‌گذاری را تسریع و منابع آب را آلوده می‌کند. تقریباً تا 80 درصد کل بار رسوب در سیستم‌های رودخانه‌ای به فرسایش کناره‌ای رود بستگی دارد (Gopal Ghosh et al., 2016: 1). ژئومورفولوژی رودخانه‌ای، اشکال رودخانه‌ای و فرایندهای تشکیل‌دهندة آنها را تحلیل و تفسیر می‌کند. این اشکال و فرایندها در مقیاسی فضایی از سطح حوضة آبریز تا واحدهای ژئومورفیک کانال و در مقیاس‌های زمانی مختلف بررسی می‌شوند (حسین‌زاده و اسماعیلی، 1394: 2).

فرسایش کناری معمولاً در دیواره‌های نهرها و رودخانه‌ها رخ می‌دهد. در این نوع فرسایش، قسمت‌های خارجی خمیدگی‌ها به‌شدت فرسایش می‌یابند؛ زیرا نیروی برشی آب در آن قسمت زیاد است. عمل این فرسایش متفاوت با انواع دیگر فرسایش است. این فرسایش در امتداد کناره‌ها و بستر رودخانه‌های دائمی همواره فعال است؛ در حالی که انواع دیگر فرسایش فقط در حین بارندگی یا کمی پس از شروع آن فعال‌اند. فرسایش کناره، تخریب کنارة رودخانه و ناپایداری مجرای رودخانه را به دنبال دارد و هنگامی تشدید می‌شود که مجرا و بستر رودخانه آبرفتی باشد (رضایی مقدم و پیروزی‌نژاد، 1393: 109).

ایسلام[1] (2000) در پژوهش‌های خود درزمینة حل مشکل سیل، پایداری کناره‌های رودخانه‌ها را ازنظر فرسایش بررسی کرده است.

راسن[2] (2001) در پژوهشی مدل‌های پایداری کانال رود را در منطقة چشمة پاگوسا اسپرینگ کلرادو[3] در آمریکا برای ارزیابی و پیش‌بینی فرسایش کناره‌ای و نیز میزان رسوب بررسی کرده و با بهره‌گیری از متغیرهایی چون تغییرات در شاخص‌های کنترل فرم کانال در درجة اول و رژیم رسوب، پوشش گیاهی و تغییرات فیزیکی این محدوده در درجة دوم، اعتبار این سیستم طبقه‌بندی را سنجیده است.

باندی اپادهی و همکاران[4] (2014) فرسایش کناره‌ای را با استفاده از RS-GIS بررسی کردند. آنها با بهره‌گیری از هشت پارامتر فرسایندگی باران، پوشش گیاه، فاکتور سنگ‌شناسی، شیب کناره‌ای، پیچان‌رودی، شیب رودخانه، فرسایش خاک و فعالیت‌های انسانی، میزان آسیب‌پذیری رودخانة هاورا و تیپورا[5] را اندازه‌گیری و منطقه را ازنظر مخاطره به پنج ناحیة خیلی زیاد، زیاد، متوسط، کم و خیلی کم تقسیم‌بندی کرده‌اند.

گوپال گوش و همکاران[6] (2016) در پژوهشی که در امتداد رودخانة بکریش وار[7] در شرق هند انجام دادند، منبع رسوب و فرسایش کناره‌ای را با استفاده از مدل پتانسیل مخاطرة فرسایش کناره‌ای (SBEHP) تخمین زدند.

اختر و همکاران[8] (2011) فرسایش کرانه‌ای را در رودخانة براهماپوترا[9] در درة آسام هند بررسی کردند. نتایج مطالعه نشان داد قدرت جریان کم رودخانه باعث تشدید الگوی شریانی می‌شود که ممکن است احتمال بیشتری از فرسایش کرانه‌ای را نشان دهد.

سیمون و همکاران[10] (2010) در پژوهشی فرسایش کرانه‌ای را با استفاده از مدل BSTEM مدل‌سازی کرده‌اند. نتایج نشان داد مدل BSTEM، ابزاری مناسب و کارا برای تعیین و تشخیص شرایط حاکم بر کرانة رودخانه با هدف حفاظت از رود و ارزیابی اهمیت فرسایش رودخانه‌ای و ویژگی‌های پوشش گیاهی و فشار آب منفذی نزدیک کرانه است.

یمانی و شرفی (1391) عوامل مؤثر بر ناپایداری و فرسایش کناری رودخانة هررود استان لرستان را مطالعه کردند. آنها عکس‌های هوایی سال 1334 و تصویر ماهواره‌ای  IRSسال 1386 را به‌مثابة ابزار مقایسة زمانی تغییرات به کار بردند. نتایج کلی نشان می‌دهد برخلاف معمول، تغییرات مورفولوژی و فرسایش کناری رودخانة مطالعه‌شده از بالادست به طرف پایین‌دست کاهش یافته است؛ همچنین یافته‌ها نشان داد ساختمان زمین‌شناسی و لیتولوژی بستر و کنارة رودخانه، مهم‌ترین عوامل تغییر پایداری بستر به شمار می‌روند.

خالقی و ملکانی (1393) در پژوهشی فرسایش کنارة رودخانة لیقوان چای را با استفاده از شاخص تنش برشی نزدیک کنارة[11] راسگن برآورد کرده‌اند.

حسین‌زاده و همکاران (1396) برای بررسی فرسایش کرانة رودخانة گلالی قروه به‌مثابة یک رودخانة ناپایدار، از شاخص تنش برشی نزدیک کرانة (NBS)[12] رودخانة راسگن استفاده و پارامترهای مورفولوژی کانال و میزان فرسایش کرانة رودخانه را اندازه‌گیری کردند.

هدف این مطالعه، بررسی وضعیت فرسایش‌پذیری کناره‌های رودخانة هفت‌چشمة قزوین است؛ زیرا در سال‌های اخیر بارها تخریب زمین‌ها و تأسیسات ساخته‌شده در حاشیة رودخانه مشاهده شده است و مالکان و ساکنان روستاهای منطقه به روش‌های مختلف تلاش کرده‌اند خسارات‌ را کاهش دهند. ارزیابی تنش نزدیک کناره در پیش‌بینی فرسایش بسیار مهم است؛ به طوری که نشان‌دهندة توزیع انرژی جریان در مقطع عرضی مجرا به‌ویژه کنارة مجراست و این توزیع نامتناسب انرژی ممکن است به فرسایش کناره منجر شود.

منطقة پژوهش

حوضة آبخیز رودخانة هفت‌چشمه در منطقة رزجرد در شمال شرقی استان قزوین و در دامنة جنوبی البرز در طول جغرافیایی "48 ´19 ﹾ50º و عرض جغرافیایی "30 ´19 ºﹾ36 قرار دارد. از نگاه زمین‌شناسی، استان قزوین در فصل مشترک البرز باختری و لبة شمالی ایران مرکزی واقع است؛ به بیان دیگر بلندی‌های شمال استان به حاشیة جنوبی البرز و بخش بیشتر استان شامل دشت قزوین و ارتفاعات جنوب به پهنة ساختاری‌رسوبی ایران مرکزی تعلق دارد و به نظر می‌رسد مرز این دو پهنه بر راندگی شمال قزوین منطبق است که ارتفاعات شمال را از دشت قزوین جدا می‌کند.

گسترة قزوین در دامنة جنوبی رشته‌کوه البرز واقع است و از دیدگاه ریخت‌شناسی همانندی بسیار با گسترة تهران دارد و بیشتر پهنه‌های ریخت‌شناسی تهران را می‌توان در این منطقه نیز به‌خوبی مشاهده کرد. اختلاف ارتفاع ناگهانی میان شهر قزوین که روی رسوبات آبرفتی کواترنر بنا شده با نزدیک‌ترین قله به آن در فاصلة 30کیلومتری شمال شرقی قزوین (قلة قیزلار قلعة سی بابلندی 2700)، یکی از بارزترین ویژگی‌های توپوگرافی گسترة قزوین است.

میانگین بارش سالانة استان از ٢١٠ میلی‌متر در مناطق شرقی تا بیش از ٥٥٠ میلی‌متر در ارتفاعات شمال شرقی متغیر است. حداکثر بارش استان در دامنه‌های شمال شرقی الموت و بیش از ٥٥٠ میلی‌متر است. ارتفاعات شمال شرقی و شمالی استان و ارتفاعات آوج در جنوب غرب استان کمینة درجه‌حرارت و مناطق مرکزی دشت قزوین و اطراف دریاچة سد منجیل بیشینة درجه‌حرارت دارد. متوسط آب‌دهی سالانة منطقة مطالعه‌شده در ایستگاه امیرآباد 42/0 مترمکعب در ثانیه و در ایستگاه باراجین 5/0 مترمکعب در ثانیه است. در هر دو ایستگاه بیشترین مقدار دبی متوسط به فروردین مربوط است که برای ایستگاه امیرآباد 73/1 مترمکعب و برای ایستگاه باراجین 02/2 مترمکعب است. شکل 1 حوضه و بازة مطالعه‌شده و موقعیت مقاطع بررسی‌شده را نشان می‌دهد.

 

شکل 1. حوضه و بازة مطالعه‌شده و موقعیت مقاطع بررسی‌شده

(نویسندگان، 1398)

Figure 1. The studied basin and reach and the location of the studied cross sections (Authors, 2019)

مواد و روش‌ها

در این پژوهش به‌طور تقریبی 11 کیلومتر از رودخانة هفت‌چشمه در محدودة روستای رزجرد تا روستای شینقر مطالعه شده است. میانگین ضریب خمیدگی این بازه 17/1 است که الگوی سینوسی را نشان می‌دهد. برای به‌دست آوردن داده‌های مورد نیاز و با توجه به مورفولوژی، پلان هوایی و الگو، رودخانة هفت‌چشمه به 4 بازه و براساس ویژگی بستر رودخانه، نوع پوشش گیاهی و شرایط محیطی و بررسی بصری کناره به 10 مقطع تقسیم شد. برای به‌دست‌آوردن و تکمیل داده‌هایی نظیر دبی لبالبی، عمق آب، ضریب خمیدگی، شاخص گودافتادگی، عرض بستر و مساحت مقطع عرضی لازم شد از منطقه در چند نوبت بازدید میدانی شود تا تمامی داده‌های مدنظر به‌طور کامل جمع‌آوری و نیمرخ عرضی کانال تهیه شد. بازدید اول در مهر 97 با هدف تعیین صحت تفکیک بازه‌ها و مقاطع و بازدیدهای بعدی در آذر، دی و بهمن 97 به‌منظور اندازه‌گیری پارامترهای مطالعه‌شده و بازدید نهایی در اردیبهشت 98 با هدف تعیین صحت یافته‌ها صورت گرفت.

برای بررسی فرسایش کنارة رودخانة هفت‌چشمه با استفاده از مدل تنش نزدیک کناره (NBS)، تخمین تنش اعمال شده بر کناره در ارتباط با جریان دبی لبالبی[13] است که در آن از هفت روش استفاده می‌شود و باید روش مناسب را منطبق با شرایط منطقه انتخاب کرد (حسین‌زاده و همکاران، 1396: 143).

با توجه به ویژگی‌های رودخانة هفت‌چشمه در این پژوهش از سه روش نسبت شعاع انحنا به عرض دبی لبالبی[14] (Rc/Wbkf)، نسبت حداکثر عمق نزدیک کناره به عمق دبی لبالبی[15] (dnb/dbkf) و نسبت تنش برشی نزدیک کناره به تنش برشی دبی لبالبی[16] ( ) استفاده شده است.

تنش برشی اعمال‌شده بر کانال ( ) به‌صورت یک نیرو بر واحد سطح بستر یا کناره و برحسب نیوتن بر مترمربع ( ) یا پوند بر فوت مربع (Ib/ ) بیان می‌شود. حرکت یک ذره در کانال نیازمند تنش برشی بحرانی است. با استفاده از رابطة 1، تنش برشی مورد نیاز برای حرکت یک ذره با قطر معین تخمین زده می‌شود.

رابطة 1                                 

: تنش بحرانی (N/m2)، d: اندازة ذرات رسوبی بستر (این عدد تقریباً نشان‌دهندة قطر d50 رسوبات بوده است؛ یعنی 50 درصد رسوبات از این مقدار بزرگ‌تر یا کوچک‌ترند) و : چگالی رسوب است که تقریباً 2650 کیلوگرم در مترمکعب در نظر گرفته می‌شود؛ : یک مقدار ثابت بی‌بعد است که تابع شکل ذره، ویژگی‌های سیال و آرایش ذرات سطح است. با استفاده از رابطة تنش برشی در بستر رود می‌توان بزرگ‌ترین ذره‌ای را محاسبه کرد که رود در شرایط هیدرولیک خاص و با سرعتی مشخص حمل می‌کند و در اصطلاح «توانش» نام دارد.

اندازه‌گیری مقطع دبی لبالبی با توجه به آثار کنارة رودخانه ازجمله زیربری رودخانه، تغییرات جنس کنارة رودخانه، آثار خزه‌ها و گل‌سنگ‌ها، تغییرات رنگ سنگ‌ها و در محل‌هایی که دشت سیلابی وجود دارد، لبة دشت سیلابی دبی لبالبی را مشخص می‌کند (شکل 2).

 

شکل 2. طرح شماتیک اندازه‌گیری دبی لبالبی (لاولر، 2004)

Figure 2. Schematic diagram of bankfull discharge measurement (Lawler, 2004)

 

برای اندازه‌گیری متوسط عمق آب و حداکثر عمق نزدیک کناره با استفاده از شاخص نقشه‌برداری در نقاط مختلف کانال در شرایط دبی لبالبی، عمق اندازه‌گیری می‌شود. میانگین عمق‌های هر مقطع به‌مثابة عمق متوسط و بیشترین عمق در یک‌سوم هر دو طرف رودخانه به‌مثابة حداکثر عمق نزدیک کناره در نظر گرفته می‌شود (شکل 3).

 

شکل 3. پارامترهای پروفیل مقطع عرضی کانال (نویسندگان، 1397)

Figure 3. Channel cross-sectional profile parameters (Authors, 2019)

 

شعاع انحنا در هر مقطع با استفاده از تصاویر گوگل‌ارث در محیط نرم‌افزار GIS محاسبه شد. به‌منظور تعیین شعاع قوس‌های پیچان‌رودی، پس از اینکه مسیر رودخانه ترسیم شد، بر هریک از قوس‌های رودخانه دوایری برازش داده می‌شود که بیشترین و بهترین تطابق را با قوس‌ها داشته باشند. پس از ترسیم دوایر، اندازة شعاع دوایر اندازه‌گیری شد. ضریب خمیدگی نیز با استفاده از نسبت طول کانال به طول دره در محیط نرم‌افزار GIS محاسبه شد. پس از به‌دست آوردن داده‌ها با برداشت میدانی و محاسبات صورت‌گرفته، براساس پارامترهای اندازه‌گیری‌شده، میزان فرسایش‌پذیری کناره در کلاس‌های مختلف از خیلی کم تا شدید تعیین شد (شکل 4).

نسبت شعاع انحنا به عرض دبی لبالبی (Rc/Wbkf)

نسبت حداکثر عمق نزدیک کرانه به متوسط عمق دبی لبالبی (dnb/dbkf)

نسبت تنش برشی نزدیک کرانه به تنش برشی دبی لبالبی

میزان فرسایش‌پذیری کرانه (NBS)

بیشتر از 3

کمتر از 1

کمتر از 80/0

خیلی کم

3-21/2

5/1-1

05/1-80/0

کم

20/2-02/2

80/1-51/1

14/1-06/1

متوسط

2-81/1

50/2-81/1

-15/1 19/1

زیاد

80/1-50/1

3-51/2

60/1-20/1

خیلی زیاد

کمتر از 50/1

بیشتر از 3

بیشتر از 60/1

شدید

شکل 4. حدود تغییرات شاخص‌های مؤثر بر میزان فرسایش کناره

(راسگن، 2011: 78)

Figure 4. Limits of changes in effective indicators in the rate of bank erosion (Rosgen, 2011: 78)

یافته‌های پژوهش

در این پژوهش به‌طور تقریبی 11 کیلومتر از رودخانة هفت‌چشمه در محدودة روستای رزجرد تا روستای شینقر مطالعه شده است. میانگین ضریب خمیدگی این بازه 17/1 و نشان‌دهندة الگوی سینوسی است. برای به‌دست‌آوردن داده‌های مورد نیاز و با توجه به مورفولوژی، رودخانة هفت‌چشمه به 4 بازه و 10 مقطع تقسیم شد.

مقطع 1: اولین مقطع رودخانة هفت‌چشمه در بالادست این رودخانه قرار دارد و رسوبات آن بیشتر از ماسه تشکیل شده است؛ همچنین پوشش گیاهی باغ و درخت دارد. این مقطع پس از یک قوس بزرگ قرار گرفته است (شکل 5).

 

 

 

شکل 5. نیمرخ عرضی و تصویر راستای طولی مقطع اول (نویسندگان، 1397)

Figure 5. Transverse profile and longitudinal direction image of the first cross section (Authors, 2019)

مقطع 2: دومین مقطع ارزیابی‌شده نیز در بالادست رودخانه پس از یک قوس و در نزدیک روستای رزجرد قرار دارد. بیشترین رسوبات تشکیل‌دهندة این قسمت رودخانه ماسة درشت تا ریز است. در قسمت کرانة چپ مقطع، تخریب شدید دیواره وجود دارد که باعث شده است در قسمت‌هایی از آن سنگ بستر دیده شود. این مقطع پوشش گیاهی از نوع بوته و علف دارد (شکل 6).

 
 

شکل 6. نیمرخ عرضی و تصویر راستای طولی مقطع دوم (نویسندگان، 1397)

Figure 6. Transverse profile and longitudinal direction image of the second cross section (Authors, 2019)

 

مقطع 3: سومین مقطع در بازة اول و در حدفاصل باغ‌های رزجرد قرار دارد و ماسه‌های متوسط تا ریز رسوبات این قسمت رود را تشکیل می‌دهد و بستر رودخانه یک چالاب دارد. پوشش گیاهی این مقطع درختان پراکنده است (شکل 7).

 
 

شکل 7. نیمرخ عرضی و تصویر راستای طولی مقطع سوم (نویسندگان، 1397)

Figure 7. Transverse profile and longitudinal direction image of the third cross section (Authors, 2019)

مقطع 4: چهارمین مقطع نیز در بازة اول و در باغ‌های رزجرد قرار گرفته است و رسوبات این قسمت بیشتر از نوع ماسة درشت است. این قسمت پوشش گیاهی زیادی دارد که بیشتر از نوع بوته‌های تمشک و درخت است (شکل 8).

 
 

شکل 8. نیمرخ عرضی و تصویر راستای طولی مقطع چهارم (نویسندگان، 1397)

Figure 8. Transverse profile and longitudinal direction image of the fourth cross section (Authors, 2019)

 

مقطع 5: مقطع پنجم در قسمت بالادست رودخانه و در باغ‌های رزجرد قرار گرفته است. رسوبات این مقطع بیشتر از نوع ماسة متوسط تا درشت است. پوشش گیاهی این مقطع، درخت است (شکل 9).

 
 

شکل 9. نیمرخ عرضی و تصویر راستای طولی مقطع پنجم (نویسندگان، 1397)

Figure 9. Transverse profile and longitudinal direction image of the fifth cross section (Authors, 2019)

مقطع 6: مقطع ششم در بازة اول قرار دارد که ماسة ریز تا متوسط بیشترین رسوبات این قسمت از رودخانه را تشکیل می‌دهد. پوشش گیاهی این مقطع، کم و مرتع است (شکل 10).

 
 

شکل 10. نیمرخ عرضی و تصویر راستای طولی مقطع ششم (نویسندگان، 1397)

Figure 10. Transverse profile and longitudinal direction image of the sixth cross section (Authors, 2019)

 

مقطع 7: هفتمین مقطع در انتهای بازة اول قرار گرفته و رسوبات این قسمت بیشتر متشکل از ماسة درشت است. این مقطع پوشش گیاهی زیاد از نوع درخت دارد (شکل 11).

 
 

شکل 11. نیمرخ عرضی و تصویر راستای طولی مقطع هفتم (نویسندگان، 1397)

Figure 11. Transverse profile and longitudinal direction image of the seventh cross section (Authors, 2019)

مقطع 8: هشتمین مقطع در بازة دوم و در باغ‌های رشتقون قرار گرفته و ماسه‌های درشت بیشترین نوع رسوبات این قسمت است. پوشش گیاهی در این قسمت از نوع باغ است که درخت‌های فراوان دارد (شکل 12).

 
 

شکل 12. نیمرخ عرضی و تصویر راستای طولی مقطع هشتم (نویسندگان، 1397)

Figure 12. Transverse profile and longitudinal direction image of the eighth cross section (Authors, 2019)

 

مقطع 9: نهمین مقطع در بازة سوم قرار گرفته و رسوبات آن از نوع ماسة ریز تا متوسط است. این مقطع پوشش گیاهی بسیار کم و بوته‌های پراکنده دارد (شکل 13).

 
 

شکل 13. نیمرخ عرضی و تصویر راستای طولی مقطع نهم (نویسندگان، 1397)

Figure 13. Transverse profile and longitudinal direction image of the ninth cross section (Authors, 2019)

مقطع 10: دهمین مقطع در بازة چهارم قرار دارد و ماسة ریز و خیلی ریز رسوبات این قسمت را تشکیل می‌دهد. این قسمت پوشش گیاهی بسیار کم و بوته‌های پراکنده دارد (شکل 14).

 
 

شکل 14. نیمرخ عرضی و تصویر راستای طولی مقطع دهم (نویسندگان، 1397)

Figure 14. Transverse profile and longitudinal direction image of the tenth cross section (Authors, 2019)

 

همان‌طور که اشاره شد، برای بررسی فرسایش کنارة رودخانة هفت‌چشمه با استفاده از مدل تنش برشی نزدیک کناره، از سه روش نسبت شعاع انحنا به عرض دبی لبالبی، نسبت حداکثر عمق نزدیک کناره به عمق دبی لبالبی و نسبت تنش برشی نزدیک کناره به تنش برشی دبی لبالبی استفاده شد. متغیرهای مؤثر در مدل‌سازی روش‌های یادشده به شرح شکل 15 است و بخش اصلی برپایة برداشت‌های میدانی برای مقاطع مطالعه‌شده اندازه‌گیری و محاسبه شده است. در ادامه براساس داده‌های شکل 15 و مدل فرسایش کناره، وضعیت ناپایداری و فرسایش‌پذیری برای 10 مقطع در سه روش بیان‌شده محاسبه شد (شکل 16).

شکل 15. متغیرهای مؤثر بر میزان فرسایش‌پذیری کنارة رودخانة هفت‌چشمه براساس مدل تنش نزدیک کناره (نویسندگان، 1397)

Figure 15. Effective variables in the erodibility of Haft Cheshmeh river bank based on the near-bank stress model (Authors, 2019)

مقطع عرضی

شعاع انحنا

شیب (درصد)

عرض دبی لبالبی (متر)

عرض دشت سیلابی (متر)

متوسط عمق دبی لبالبی (متر)

تنش برشی دبی لبالبی

تنش برشی نزدیک کرانه (راست)

تنش برشی نزدیک کرانه (چپ)

حداکثر عمق نزدیک کرانه

1

09/57

01/0

59/47

18/95

78/847

13.55

7.75

12.44

0.36

2

93/19

02/0

20/419

838

4/20171

78.74

73.60

42.42

0.70

3

46/33

01/0

44/90

180

1/2994

28.06

14.91

11.1

0.38

4

10/77

01/0

82/111

223

72/2587

27.38

24.01

21.8

0.38

5

58/30

02/0

32/393

786

23/6329

44.05

42.58

37.23

0.76

6

32/32

02/0

50/711

1422

52/10619

66.63

35.99

65.80

0.55

7

05/37

03/0

82/86

172

46/3834

38.64

22.1

35.4

0.23

8

51/3

03/0

09/39

78

54/535

9.28

7.6

8.9

0.50

9

71/10

03/0

12/2

24/4

70/216

7.29

6.24

6.55

0.5

10

29/7

60/0

34/195

390

19/6854

45.94

37.4

38.08

0.60

 

شکل 16. میزان فرسایش‌پذیری کنارة رودخانة هفت‌چشمه براساس مدل تنش نزدیک کناره (نویسندگان، 1397)

Figure 16. Erodibility rate of Haft Cheshmeh river bank based on the near-bank stress model (Authors, 2019)

مقطع عرضی

نسبت شعاع انحنا به عرض دبی لبالبی

امتیاز NBS

نسبت حداکثر عمق نزدیک کناره به عمق دبی لبالبی

نسبت تنش برشی نزدیک کناره به تنش برشی دبی لبالبی

کرانة راست

امتیاز NBS

کرانة چپ

امتیاز NBS

کرانة راست

امتیاز NBs

کرانة چپ

امتیاز NBS

1

19/1

شدید

1

کم

8/1

متوسط

57/0

خیلی کم

92/0

کم

2

04/0

شدید

1

کم

1

کم

93/0

کم

54/0

خیلی کم

3

36/0

شدید

76/0

خیلی کم

1

کم

53/0

خیلی کم

39/0

خیلی کم

4

68/0

شدید

1

کم

95/0

خیلی کم

87/0

کم

8/0

کم

5

07/0

شدید

1

کم

08/1

کم

96/0

کم

84/0

کم

6

04/0

شدید

1

کم

17/1

کم

54/0

خیلی کم

99/0

کم

7

42/0

شدید

41/0

خیلی کم

43/0

خیلی کم

57/0

خیلی کم

92/0

کم

8

08/0

شدید

1

کم

31/1

کم

82/0

کم

96/0

کم

9

05/5

خیلی کم

1/4

شدید

5/2

زیاد

85/0

کم

9/0

کم

10

03/0

شدید

27/1

کم

5/8

شدید

81/0

کم

83/0

کم

 

در مدل تنش برشی نزدیک کناره که سطح دوم، پنجم و ششم آن در این پژوهش مدنظر قرار گرفته است، در سطح دوم که نسبت شعاع انحنا به عرض دبی لبالبی است، تمامی مقاطع به‌استثنای مقطع 9 فرسایش شدید دارند و فقط در مقطع 9 فرسایش خیلی کم مشاهده شده است؛ درواقع شعاع انحنا نشان‌دهندة شعاع قوس‌های پیچان‌رودی رودخانه است که عدد به‌دست‌آمده نسبت به عرض رودخانه است و هرچه این نسبت کمتر باشد، فرسایش بیشتری در حاشیة رودخانه روی می‌دهد. پوشش گیاهی مقطع 9 بیشتر از نوع بوته و این مقطع به‌صورت دشت سیلابی و با پادگانه‌های متفاوت و شیب متوسط است. در این مقطع بستر رودخانه بیشتر به‌صورت مستقیم است؛ بنابراین شعاع قوس پیچان‌رودی کمی را نسبت به مقاطع دیگر دارد که باعث کاهش فرسایش در این مقطع شده است (شکل 17).

در سطح پنجم که نسبت حداکثر عمق نزدیک کناره به عمق دبی لبالبی است، هرچه حداکثر عمق نزدیک کناره به عمق دبی لبالبی کمتر باشد، از فرسایش جلوگیری می‌شود؛ بنابراین شاهد فرسایش کم و خیلی کم از مقاطع 1 تا 8 در دو سمت کرانه‌ایم و فقط مقاطع 9 و 10 فرسایش زیاد و شدید دارند؛ اگرچه حتی در کرانة راست مقطع 10 نیز فرسایش کم است. نتایج نشان داد مقاطع 9 و 10 به دلیل عرض کم و عمق زیاد امتیاز بیشتری کم کرده‌اند. امتیاز زیاد بیان‌کنندة افزایش فرسایش و ایجاد ناپایداری در این دو مقطع است؛ اگرچه در کرانة راست مقطع 10 به دلیل وجود پوشش گیاهی بیشتر نسبت به کرانة چپ فرسایش کمتری مشاهده می‌شود (شکل 18).

 در سطح ششم که نسبت تنش برشی نزدیک کناره به تنش برشی دبی لبالبی است، فرسایش در تمامی مقاطع مقادیر کم و خیلی کم دارد. تنش برشی از حرکت آب به سمت پایین‌دست رود بر بستر کانال وارد می‌شود که هر زمان میزان این تنش کمتر باشد، به همان میزان نسبت فرسایش کناره کاهش می‌یابد؛ درواقع به دلیل اینکه توزیع انرژی در این رودخانه در منطقة نزدیک کناره به‌صورت متجانس وجود داشته و باعث شده است تغییرات تنش برشی نزدیک کناره سریع نباشد، در بررسی این سطح در تمامی مقاطع پایداری بیشتری را شاهدیم (شکل 19).

 

شکل 17. نمودار نسبت تنش برشی نزدیک کرانه به تنش برشی دبی لبالبی (نویسندگان، 1397)

Figure 17. Diagram of the ratio of shear stress near bank to shear stress of bank full discharge (Authors, 2019)

 

شکل 18. نمودار نسبت شعاع انحنا به عرض دبی‌ لبالبی (نویسندگان، 1397)

Figure 18. Graph of the ratio of the radius of curvature to the width of the bank full discharge (Authors, 2019)

 

شکل 19. نمودار نسبت حداکثر عمق نزدیک کرانه به متوسط عمق دبی لبالبی  (نویسندگان، 1397)

Figure 19. Diagram of the ratio of maximum depth near bank to the average depth of bank full discharge (Authors, 2019)

 

نتیجه‌گیری

فرسایش کناره‌ای در رودخانه‌ها هرساله خسارات زیادی را به زمین‌های کشاورزی، سازه‌های کنار رودخانه و... وارد می‌کند و باعث انتقال مقادیر زیادی رسوب به مخازن سدها می‌شود؛ از این رو در این پژوهش وضعیت فرسایش کناره‌ای مناطق آسیب‌پذیر و دارای مخاطره و عوامل ایجاد و تشدید فرسایش را در حاشیة کناره‌ای رودخانة هفت‌چشمة قزوین بررسی کردیم. نتایج به‌دست‌آمده با استفاده از سه سطح مدل تنش برشی نزدیک کناره نشان داد در روش نسبت شعاع انحنا به عرض دبی لبالبی، تمامی مقاطع به‌جز مقطع 9 فرسایش شدید همراه با ناپایداری کرانه دارند. مقطع 9 به دلیل داشتن الگوی مستقیم و ضریب پیچان‌رودی کم، فرسایش کمتری داشته است و بقیة مقاطع فرسایش شدید دارند؛ در نسبت حداکثر عمق نزدیک کناره به عمق دبی لبالبی، بیشتر مقاطع فرسایش کم تا متوسط داشته‌اند؛ به‌جز مقطع 9 در دو کناره و مقطع 10 در کرانة چپ که فرسایش زیاد و شدید داشته‌اند و علت آن، پوشش گیاهی کم و رسوبات ریزدانه در این مقاطع نسبت به سایر مقاطع است. در نسبت تنش برشی نزدیک کناره به تنش برشی دبی لبالبی به دلیل توزیع انرژی متجانس این رودخانه در منطقة نزدیک کناره و سریع‌نبودن تغییرات تنش برشی نزدیک کناره، تمامی مقاطع فرسایش خیلی کم و کم داشته‌اند. در مقاطع 1، 2، 4 و 7 قوس‌هایی در کنار مقاطع، و در اطراف مقاطع 3 و 5 زمین‌های کشاورزی مشاهده شده است و مقطع 6 و 8 بافت انسانی داشته‌اند؛ همچنین مقاطع 9 و 10 ارتفاع کرانة زیاد دارند که باعث فرسایش زیاد در مقاطع می‌شود؛ درنهایت بازدیدهای میدانی و برداشت میدانی و همچنین بررسی نتایج به‌دست‌آمدة داده‌ها در سه سطح مدل NBS این نتیجه را دربرداشت که سطح اول، که اندازه‌گیری فرسایش با توجه به نسبت شعاع انحنا به عرض دبی لبالبی است، با ویژگی‌های منطقه تناسب بیشتری دارد و با واقعیت منطقه منطبق است.


[1].Islam

[2].Rosgen

[3].Pagosa Springs, Colorado

[4].Bandyopadhyayet al.

[5].Haora and Tripura

[6].Gopal Ghosh et al.

[7].Bakreshwar

[8].Akhtaret al.

[9].Brahmaputra

[10].Simonet al.

[11].Shear stress near bank

[12].Near Bank Stress

[13].Bankfull

[14].ratio of the radius of curvature to the width of the bankfull

[15].ratio of the maximum depth near bank to the depth bankfull

[16].ratio of the shear stress near bank to the shear stress of bankfull

References

منابع
جلیلوند، رضا، حافظی مقدس، ناصر، سلوکی، حمیدرضا، (1393). مروری بر روش‌های مختلف طبقه‌بندی رودخانه‌ها و کاربرد آنها برای رودخانة سیستان، همایش یافته‌های نوین در محیط‌زیست و اکوسیستم‌های کشاورزی، تهران.
حبیبی، مهدی، حقی‌آبی، امیرحمزه، (1381). بررسی آزمایشگاهی آستانة ایجاد کانال‌های پیچان‌رودی، نشریة پژوهش و سازندگی، دورة 15، شمارة 3-4، 55-48.
حسین‌زاده، محمدمهدی، اسماعیلی، رضا، (1394). ژئومورفولوژی رودخانه‌ای مفاهیم، اشکال و فرایندها، چاپ اول، تهران، انتشارات دانشگاه شهید بهشتی.
حسین‌زاده، محمدمهدی، خالقی، سمیه، رستمی، میلاد، (1396). مقایسة روش‌های برآورد خطر فرسایش کرانه‌ای با استفاده از مدل NBS؛ مطالعة موردی: رودخانة گلالی قروه، مجلة مخاطرات محیط طبیعی، دورة 6، شمارة 14، 152-141.
خالقی، سمیه، ملکانی، لیلا، (1393). برآورد فرسایش کرانة رودخانة لیقوان چای با استفاده از شاخص تنش برشی نزدیک کرانة راسگن، شمارة 48، 605-589.
رضایی مقدم، محمدحسین، پیروزی‌نژاد، نوشین، (1393). بررسی تغییرات مجرا و فرسایش کناره‌ای در رودخانة گاماسیاب از سال 1334 تا 1389، نشریة علمی‌پژوهشی جغرافیا و برنامه‌ریزی، دورة 18، شمارة 47، 132-109.
یمانی، مجتبی، شرفی، سیامک، (1391). ژئومورفولوژی و عوامل مؤثر در فرسایش کناری رودخانة هررود در استان لرستان، مجلة پژوهش‌های علوم انسانی دانشگاه اصفهان، دورة 23، شمارة 1، 32-15.
Akhtar, M.P., Nayan, SH., Ojha, C., (2011). Braiding process and bank erosion in the Brahmaputra River, International Journal of Sediment Research, Vol 26: 431-444
Bandyopadhyay, S., Ghosh, I., kumar, D., (2014). A proposed method of bank erosion vulnerability zonation and its application on the river haora, tripura, india, Vol 16: 111-121.
Gopal Ghosh, K., Pal, S., Mukhopadhyay, S., (2016). Validation of BANCS model for assessing stream bank erosion hazard potential (SBEHP) in Bakreshwar river of Rarh region, Eastern India, Modeling Earth Systems and Environment, Vol 95 (2): 1-15
Islam, M., (2000). RIVER BANK EROSION AND SUSTAINABLE PROTECTION STRATEGIES, Fourth International Conference on Scour and Erosion 2000.
Kwan, H., Swanson, SH., (2014). Prediction of Annual Streambank Erosion for Sequoia National Forest, California, JAWRA Journal of the American Water Resources Association, Vol 50 (6): 112-114.  
Lawlor, S.M., (2004). Determination of Channel-Morphology Characteristics, Bankfull Discharge, and Various Design-Peak Discharges in Western Montana, Scientific Investigations Report 2004, Vol 52: 1-19.
Rosgen, D.L., (2001). A PRACTICAL METHOD OF COMPUTING STREAMBANK EROSION RATE, Modeling Earth Systems and Environment, Vol 95 (2): 1-15.
Rosgen, D.L., (2011). Watershed assessment of river stability and sediment supply (WARSSS), Wildland Hydrology, Fort Collins, Colorado, Vol 32: 69-93.
Simon, A., Bankhead, N., Thomas, R., (2010). Iterative Bank-Stability and Toe-Erosion modeling for predicting streambank loading rates and potential load reductions, 2nd Joint Federal Interagency Conference, Las Vegas, NV, June 27 - July 1.

Files

History

  • Receive Date: 30 June 2020
  • Revise Date: 16 April 2021
  • Accept Date: 10 May 2021

Share

How to cite

Statistics