بخشی از مقاله
چکیده
سیلاب مخاطرهای است که از دیرباز تا کنون جوامع بشری با آن روبهرو است و خسارات اقتصادی و اجتماعی چندی به همراه دارد. یکی از تأثیرات مخرب سیلاب هدررفت خاک است که این امر نیز به نوبه خود باعث کاهش راندمان تولید محصولات زراعی و تبدیل اراضی مرغوب به اراضی بایر میشود. هدف از این تحقیق شناسایی تأثیرات منفی وقوع سیلاب بر فرسایش خاک و در همین راستا ارئه راهکارهای مناسب جهت تقلیل این تأثیرات مخرب میباشد. در راستای دستیابی به هدف مورد نظر حوضه رزین به زیرحوضههایی تقسیم شده و در هر یک از زیرحوضهها به تعیین دبی سیلاب با استفاده از روش جاستین پرداخته شد.
جهت تعیین رسوبدهی در زیرحوضهها نیز، از مدل هیدروفیزیکی با تأکید بر عوامل مساحت، پوشش گیاهی، هیدرولوژی، توپوگرافی و قابلیت فرسایش استفاده شده. سپس نتایج کمی مدل هیدروفیزیکی و روش جاستین با هم انطباق داده شده و به بررسی میزان سیلخیزی در ارتباط با مقادیر رسوبدهی در هر یک از زیرحوضهها پرداخته شده. نتایج حاکی از این است که در زیرحوضههایی که بیشترین مقادیر دبی سیلابی وجود دارد، با تأثیرپذیری از عوامل تشدید کننده توپوگرافی، تراکم پایین پوشش گیاهی و هیدرولوژی ، بیشترین میزان رسوبدهی و در نتیجه هدر رفت خاک وجود دارد.
کلمات کلیدی: فرسایش، سیلاب، مدل جاستین، مدل هیدروفیزیکی، حوضه رزین
مقدمه
سیلاب مخاطرهای است که از دیرباز تا کنون جوامع بشری با آن روبهرو است و خسارات اقتصادی و اجتماعی چندی به همراه دارد.علت وقوع سیلاب در عوامل ژئولوژیکی و انسانی خلاصه میشود. اما اساساً مهمترین دلیل وقوع سیلاب دخالتهای انسانی در تغییرات کاربریاراضی، بدون در نظر گرفتن توانایی اراضی است. مجموعه عوامل زیست محیطی ناشی از دخالتهای انسانی در عرصههای طبیعی از طریق تخریب پوشش گیاهی در حوضههای آبخیز، کاربری غیراصولی اراضی و توسعه سطوح غیر قابل نفوذ و امثال آن اعمال شده است - . - Louka et al, 2000; Tabacchi et al,2000 افزایش جمعیت همراه با ضعف برنامه ریزیبرای بهره وری از زمین سبب شده تا جنگل ها و مراتع تخریب یابند و در نتیجه نفوذ آب کمتر شده و خطر سیلاب به علت افزایش اوج و حجم دبی بیشتر شده و زمان رسیدن دبی به اوج نیز کاهش یابد - - Saghafian& et al; 2008،
بدین ترتیب سیل در زمانی کوتاهتر و با قدرتی بیشتر به وقوع می پیوندد. تأثیرات منفی چندی به دنبال این پدیده به وقوع می پیوندد از جمله شست و شوی خاک، آسیب به اراضی مرغوب کشاورزی و کاهش راندمان تولید محصولات زراعی، فراوانی بار بستری نسبت به بار محلول، آسیب به سازه های پایین دست، پر شدن سریع مخارن سدها و ... .همان طور که بیان شد، یکی از تأثیرات منفی سیلاب هدررفت خاک است که این امر نیز به نوبه خود موجب از بین رفتن اراضی حاصلخیز کشاورزی و آسیب های اقتصادی میشود. هر چند عوامل متعددی موجب فرسایش و هدررفت خاک میشوند اما پوشش گیاهی به دلیل تعیین کمیت و کیفیتپاسخ های هیدرولوژیکی - - Adelia,2010 در بازهه های زمانی کوتاهتر به عنوان مهم ترین عامل در هدررفت و فرسایش خاک شناخته شده است - . - Garsia,2010
به این ترتیب احتمال وقوع سیلاب با تأثیرپذیری فراوان از دخالت های انسانی در تخریب پوشش زمین چندین برابر شده و به دنبال این امر هدررفت خاک نیز به دلیل مواجهه با تاثیرات منفی تخریب پوشش زمین مانند جریان های هیدرولوژیکی شدید و حجیم - سیلاب - ایجاد میشود. طبق توضیحات ذکر شده و نیز تحقیقاتی که در سطح جهانی برای بررسی چند جانبه مخاطره سیلاب انجام شده، لزوم بررسی جریان های سیلابی و تأثیرات منفی آن برای به حداقل رساندن وقوع این پدیده احساس میشود. تحقیق پیش رو نیز تلاشی است در جهت بررسی سیل خیزی حوضه رزین و تأثیر آن بر هدر رفت خاک.
روش تحقیق
حوضه دشت رزین به مساحت 14688/32 هکتار در شمال استان کرمانشاه واقع شده است. محدودهی حوضهی مورد مطالعه از 47 01/ 45/91" تا 47 12/ 43/16" طول شرقی و" 34 34/ 34/7 تا 34 42/ 27/2" عرض شمالی میباشد. مهمترین آبراههی موجود در منطقه، رودخانهی رازآور است. محیط حوضه 55/98 کیلومتر است. در این بررسی ابتدا حوضه رزین بر اساس نقشه توپوگرافی حوضه به زیرحوضه هایی تقسیم شده. نخستین گام اساسی در کنترل سیلاب برآورد دبی سیلاب است که در این تحقیق برای این مورد از روش جاستین استفاده شد. در مرحله بعدی اقدام به برآورد میزان هدررفت خاک منطقه بر اساس مدل هیدروفیزیکی شده. جهت انجام محاسبات مربوط به هر مدل ابتدا داده های مورد نیاز تهیه شد و سپس برای اجرا در مدل قرار گرفتند.
روش جاستین
جاستین تحقیقات گسترده ای بر روی رابطه بین میزان بارندگی ورواناب در تعداد زیادی از حوضه های آبخیز درشرایط مختلف آب و هوایی بعمل آوردونتایج خود را به صورت فرمول زیر ارائه داده است .مولفه ها طبق رابطه شامل،:Rرواناب سالانه به سانتی متر، :Kضریب منطقه ای،:Pبارندگی سالانه حوضه آبخیز به سانتی متر، :T متوسطدرجه حرارت سالانه حوضه آبخیز به سانتی گراد، =Sداده های فیزیوگرافیک منطقه که از رابطه 2 بدست آمده.برای تعیین ضریب K وکاربردآن در منطقه مورد مطالعه ازاطلاعات فیزیوگرافیک حوضه آبخیز رودخانه رازآور وداده های آبدهی مناسب ترین ایستگاه یعنی ایستگاه پیر مزد استفاده شده است. اطلاعات مورد نیاز برای محاسبه مقدار kدرفرمول جاستین برآورد شد و مقدار kبرای این رودخانه تقریباً 0/166 برآورد گردیده است. به این ترتیب اطلاعات مورد نیاز برای هر یک از فاکتورها تهیه شدند و در مدل جایگزین شدند و مدل اجرا شد.
مدل هیدروفیزیکی
روشی که امروزه در بعضی از کشورها، برای محاسبه وضعیت رسوبدهی در حوضههای آبخیز مورد استفاده قرار میگیردمدل هیدروفیزیکی است. این مدل به مقایسه وضعیت هیدروفیزیکی حاکم در بخشهای مختلف حوضه و ارتباط آن با پتانسیل رسوبدهی میپردازد. رابطه مورد استفاه در این مدل به صورت زیر است:
مولفه های مدل شامل، :GSyمیزان رسوبدهی، :Aعامل مساحت حوضه، :R عامل توپوگرافی که از طریق رابطه 4 به دست می آید.R = − LH - 4 - × :E عامل قابلیت فرسایش که بر اساس محاسبه مساحت لیتولوژی در هر یک از زیرحوضه ها در محیط ArcGIS به دست آمدهو در رابطه - 5 - جایگزین شده.فاکتورهای رابطه - 5 - شامل، :Eعامل قابلیت فرسایش، :Aوسعت حوضه آبخیز به کیلومتر مربع،:eکمیت قابلیت فرسایش، بوسیله سازندهای مختلف مشخص شده که بر حسب مقاومت سنگ از 1 تا 10 نمرهگذاری میشود، : A مساحت هر واحد سنگ شناسی با فرسایشپذیری.e قابلیت فرسایش به کمک نقشههای زمینشناسی، خاکشناسی و مورفولوژی و اطلاعات جانبی و نیز نظر کارشناسان مربوطه و اساتید بدست آمده. سپس مساحت هر یک از واحدهای لیتولوژی قرار گرفته در هر یک از زیرحوضهها به دست میآید و با توجه به ضریب حساسیت در فرمول قرار میگیرد.
فاکتور بعدی در مدل هیدروفیزیکی، عامل پوشش گیاهی است که از طریق رابطه - 6 - به دست می آید.مولفه ها شامل،:Vعامل پوشش گیاهی،:A مساحت حوضه آبخیز به کیلومتر مربع، Vn :درصد تراکم گیاهی در هر تیپ گیاهی، :an مساحت تیپهای گیاهی با درصد تراکم.vبرای تهیه نقشه پوشش گیاهی از تصویر ماهواره ایTM سال 2012 استفاده شد. برای محاسبه ضریبvمساحت هر یک از پوششهای قرار گرفته در نقشه پوشش گیاهی تهیه شده به دست آمده و تراکم هر یک از پوششهانیز از طریق شاخص تراکم پوششی - - NDVIمنطقه که از طریق نرم افزارENVIو تصویر ماهوارهایTM سال 2012 به دست آمده و سپس در فرمول مربوطه قرار میگیرد.
فاکتورهایدیگر مدل هیدروفیزیکی شامل،:P عامل هیدرولوژیکی.برای محاسبه بارش سالانه هر یک از زیرحوضههااز معادله گرادیان استفاده شده. :Aمساحت حوضه آبخیز به کیلومتر مربع، :S ضریب تناسب مساحت که بر اساس تحقیقات انجام شده بین0/6 تا 1یک متغیر است. در حوضههای بسیار وسیع مقدارSبرابر 0/6 و در حوضههای بسیار کوچک مقدارSنزدیک به یک خواهد بود.در این روش برای تعدیل عامل مساحت در برآورد کیفیت هدرروی خاک از تواندهی بر اساس مقایسه وسعت حوضهها با هم استفاده شده. - احمدی،1390 و رفاهی،1375و فیض نیا،. - 1383پس از اجرای هر یک از مدل های نتایج به دست آمده در هر یک از زیرحوضه ها با هم انطباق داده شدند و مورد بررسی قرار گرفتند.
یافته های تحقیق
نتایج اجرای روش جاستین در جدول - 1 - مشاهده می شود. طبق داده های جدول بیشترین دبی جریان در زیرحوضه های بخش های شمال غربی و جنوب شرقی حوضه وجود دارد. نقشه - 1 - میزان رسوبدهی و هدررفت خاک را بر اساس اجرای مدل هیدروفیزیکی نشان میدهد. همان طور که در نقشه مشاهده میشود بیشترین هدررفت خاک نیز در بخش های شمال غربی و جنوب شرقی حوضه به چشم میخورد که عوامل توپوگرافی، پوشش گیاهی و هیدرولوژی در این امر سهم بسزایی را بخود اختصاص میدهند.
