تحقیق خاک

چکیده
یکی از مهمترین مشکلات مطالعات فرسایش و رسوب ، کمبود اطلاعات و آمارهای مورد نیاز می باشد. این مسئله در کشورهای در حال توسعه حادتر بوده و کشور ما ایران ، نیز از جمله کشورهایی است که با این معضل روبروست.
ایستگاههای اندازه گیری رسوب در کشور ما به تعداد کافی موجود نبوده و یا اغلب در خروجی خروجی حوزه های آبخیز بزرگ قرار دارند. بنابراین نبود اطلاعات و آمار موجب استفاده از مدلهای تجربی شما شده است.(۷)

بدلیل اینکه اغلب این مدلها در کشورهای دیگر ، با شرایط اقلیمی متفاوت از ایران ابداع گردیده اند ، لازمست کارایی آنها در شرایط محیطی کشور مورد ارزیابی قرار گیرد و پس از حصول نتیجه منطبق با شرایط حوزه های آبخیز کشور مورد استفاده قرار گیرند.(۷)

در این تحقیق که در حوزه آبخیز طالقان رود و در منطقه زیر حوزه جوستان انجام گردیده دو مدل EPM (ای پی ام)و فورینه که هر دو کمی هستند مورد بررسی قرار گرفته اندو در مدل ای.پی.ام شدت فرسایش با استفاده از چهار فاکتور شامل نوع استفاده از زمین ، ضریب حساسیت سنگ و خاک به فرسایش و شیب برآورد شده و سپس مقدار تولید رسوب مشخص گردیده در مدل فورنیه مقدار تولید رسوب بر اساس میزان بارندگی ، میزان بارندگی پر باران ترین ماه سال ، پارامترهای فیزیوگرافی منطقه مورد مطالعه (ارتفاع ، شیب ، سطح) و در نهایت با توجه به اقلیم منطقه مورد مطالعه برآورد گردیده. در نهایت با توجه به اعداد بدست آمده از تولید رسوب در منطقه مورد مطالعه ، دو روش فوق مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته اند.

نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد که میزان رسوب تولید شده از دو روش فورنیه و ای .پی .ام دارای ۵۳% اختلاف می باشد. ولی نتایج حاکی از این است که بین نسبت مجذور بارندگی پرباران ترین ماه سال به میانگین بارندگی سالیانه و رسوب تولید شده در روش فورنیه ارتباط نزدیکی وجود دارد و مدل ای.پی.ام با توجه به فاکتورهای زیاد مورد استفاده در آن نتایج قابل قبولی را ارائه می دهد.
واژه های کلیدی: مدل فورنیه ، مدل ای.پی.ام ، فرسایش ، رسوب ، سیستم اطلاعات جغرافیایی یا جی.ای.اس ، واحد ژئومرفولوژی

مقدمه
– خاک بعنوان بستر اصلی غالب رویشهای گیاهی یکی از با ارزش ترین ثروتهای ملی هر کشور بوده و تامین کننده اصلی احتیاجات خوراکی و پوشاکی انسان است. بعلت افزایش جمعیت و نیاز بیشتر به تولید مواد غذایی و پوشاک در بیشتر نقاط جهان و همچنین در کشورمان موازنه استفاده از منابع طبیعی بهم خورده و خاکها بشدت فرسوده گردیده اند
– شکل ۱-۱ وضعیت افزایش جمعیت و کاهش منابع در سه قرن اخیر نشان می دهد(۵).
– فرسایش خاک از جمله مسائل عمده زیست محیطی در قرن حاضر می باشد

– طبق برآوردهای انجام شده ، سالانه سه میلیون هکتار از اراضی کشاورزی جهان ، در اثر فرسایش خاک از بین می رود.
– آگاهی از وضعیت فرسایش و رسوبدهی در حوزه های آبخیز نیاز به مطالعه ، بررسی و شناخت عوامل موثر در فرآیند پیچیده دارد. بدلیل پیچیدگی این فرآیندها و کمبود آمار مناسب و فقدان ایستگاههای اندازه گیری رسوب ، و به منظور سهولت کار ، اغلب مطالعات فرسایش رسوب در کشور ، با استفاده از روشهای تجربی و فرمول های سایر کشورها انجام می گردد. لذا بررسی کارآیی این مدلها قبل از استفاده گسترده آنها ضروری است. (۷)

یکی از مدلهای موجود در زمینه بر آورد فرسایش و رسوب ، مدل ای.پی.ام می باشد که در سال ۱۹۸۸ توسط زوران گاوربلویک محقق یوگوسلاوی در کنفرانس بین المللی رژیم رودخانه در انگلستان ارائه گردید. این روش از سال ۱۳۷۰ در پاره ای از مطالعات آبخیزداری مورد استفاده قرار گرفت ، مدل فورنیه نیز برای برآورد رسوب پیشنهاد شده است. مدل فورنیه در سال ۱۹۶۰ به وسیله فورنیه در ۷۸ حوزه آبخیز مناطق خشک و نیمه خشک کشورهای تونس و الجزایر آزمایش شده است.

– هدف اصلی از انجام این تحقیق ، بررسی چگونگی کارایی این مدل ها در برآورد میزان فرسایش و رسوب در حوزه های آبخیز می باشد.
بدین منظور ، زیر حوزه جوستان بعنوان منطقه مورد مطالعه تعیین و برسی های لازم جهت کنترل کارایی این مدل ها انجام گردید. در این مطالعه به منظور تلفیق داده ها و رویهم گذاری نقشه های موجود از سیستم اطلاعات جغرافیایی (جی.ای.اس) کمک گرفته شده که در بالا بردن سرعت و سهولت کار نقش زیادی دارد. و برای تعیین بارندگی و اقلیم از ایستگاه هوشناسی جوستان با کد ۷-۹۶۶استفاده شده است. که در منطقه مورد استفاده قرار دارد.
– در این تحقیق نتایج حاصل از مدل فورنیه با استفاده از تحلیل آماری ایستگاه هواشناسی جوستان با محاسبات انجام گرفته در مدل ای.پی.ام مورد مقایسه و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.

سابقه تحقیق
در سال ۱۳۷۰ دو پایان نامه تحت عناوین “بر آورد رسوب از طریق فرمولهای تجربی در حوزه آّبخیر سفیدرود” و ” برآورد رسوب رودخانه های فارس با استفاده از عوامل فیزیکی و اقلیمی ” در دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران ارائه گردید.
در تحقیق اول که از روش فورنیه در حوزه سد سفید رود استفاده شده بود ، حاجی بیگلو (۱۳۷۰) مشخص نمود که این روش در حوزه مورد مطالعه قابلیت اطمینان مناسبی ندارد و حتی روشهای مختلفی برای تصحیح مدل مذکور آزمون شد که نتایج آن در حد قابل قبول نبود. بنابراین پیشنهاد شد که بدلیل اینکه در این مدل تکیه اصلی روی فاکتور بارندگی است. بهتر است روشهای دیگری که بر مبنای عواملی همچون پوشش گیاهی، خاک و نوع بهره برداری از زمین استوار است ، مورد بررسی و مطالعه قرار گیرد.

در برآورد میزان رسوب در رودخانه های فارس ، با استفاده از روش فورنیه ، رنگانی (۱۳۷۰) ، نتیجه می گیرد که تفاوت بین دو مقدار رسوب محاسبه شده از طریق فرمول فورنیه و مقدار رسوب بدست آمده از منحنی سنجه ، خیلی زیاد بوده و هیچگونه همبستگی معنی داری بین این مقادیر وجود نداشته است. بنابراین پیشنهاد می کند که این مدل در منطقه مورد مطالعه قابل استفاده نیست.
نعمتی (۱۳۷۳) ، در بخشی از پایان نامه خود از روش ای.پی. ام استفاده نموده و وضعیت فرسایش و رسوبدهی حوزه آبخیز شاهرود از زیر حوزه های سفید رود را مورد بررسی قرار داده است . این تحقیق نشان داد که نتایج برآوردی با میزان رسوب واقعی انطباق خوبی داشته است . لیکن در این مطالعه ، بدلیل فقدان ایستگاه اندازه گیری رسوب ، نتایج حاصل از تحقیق با آمار واقعی مقایسه نگردیده است .

در مطالعه دیگری که در دانشگاه تربیت مدرس انجام گرفت ، صادقی ( ۱۳۷۲) ، چند روش تجربی برآورد رسوب و فرسایش ، از جمله ای . پی . ام را در حوزه آبخیز ازون دره مورد مقایسه قرار داد . این حوزه نیز فاقد آمار بوده و مقایسه انجام شده بصورت کیفی بوده است .
زنجانی جم ( ۱۳۷۵) با به کارگیری مدل ای. پی . ام در حوزه آبخیز زنجانرود و بررسی ۵۷ واحد ژئومرفولوژی به صورت جداگانه ، اعلام نمود که با تجربه و تحلیل آماری داده های حاصل از اندازه گیری گل آلودگی در مراحل طغیانی رودخانه ، اختلاف معنی داری بین رسوب محاسبه شده از طریق مدل مذکور و رسوب مشاهده شده وجود ندارد .
محاسبات انجام شده همبستگی بالایی رالا بین این دو متغیر را نشان میدهد. ایشان نتیجه گیری می نماید که مدل ای.پی.ام بعنوان یک مدل تجربی جهت برآورد رسوب به ویژه در حوزه آبخیز سد سفید رود و حوزه های مشابه قابل قبول است.

پاک پرور (۱۳۷۳) ، در مقایسه دو روش تجربی برآورد رسوب از جمله مدل ای.پی.ام در بخشی از حوزه لتیان ، اعلام می دارد که مدل فوق میزان رسوب محاسبه شده را چند برابر بیشتر از رسوب مشاهده شده نشان می دهد.
تحقیقات انجام شده در مورد مدل ای.پی.ام در کشور یوگوسلاوی نشان داده شده است که این مدل در برآورد مقدار فرسایش و رسوب از درجه اعتبار بالایی برخوردار است. در مورد مقایسه نتایج حاصل از مدل های تجربی با مقادیر مشاهده شده ، برنارد (۱۹۸۲) در ایالت اریزونای آمریکا ، چهار روش تجربی را در ۸ حوزه آبخیز مورد بررسی قرار داده است.(۷)

مواد و روش ها
ویژگیهای منطقه مورد مطالعه
منطقه مورد مطالعه در این تحقیق بخشی از حوزه آبخیز طالقان بنام زیر حوزه جوستان است که خروجی آن نزدیک روستای جوستان قرار گرفته است. این بخش شامل سراب حوزه آبخیز طالقان و بخشی از حوزه میانی آن است. منطقه مورد مطالعه بین عرض های جغرافیایی شمالی و طول های جغرافیایی شرقی واقع است. این بخش حوزه بطور عمده کوهستانی می باشد که حداقل و حداکثر ارتفاع آن به ترتیب ۱۹۲۰ و ۴۰۷۵ متر از سطح دریا است و ارتفاع متوسط منطقه نیز ۲۸۵۲ متر از سطح دریاست. طول آبراهه اصلی تا خروجی زیر حوزه جوستان ۱۲/۱۹ کیلومتر است. روستای جوستان در حوزه مورد مطالعه واقع شده است. شکل ۱-۲ موقعیت منطقه و روستاها و محدوده زیر حوزه مورد مطالعه را نشان دهید.
– روش تحقیق

۱٫ مطالعات کتابخانه ای
۲٫ تهیه نقشه های توپوگرافی ، زمین شناسی و تصاویر ماهواره ای منطقه مورد مطالعه و مشخص کردن محدوده مورد مطالعه در آنها
۳٫ گردآوری آمار ماهیانه بارندگی و آمار سالیانه دما از سال ۱۳۴۵ تا ۱۳۷۸ از ایستگاه هواشناسی جوستان
۴٫ بازدید میدانی و جمع آوری اطلاعات و تجزیه و تحلیل اطلاعات بدست آمده از طریق بازدید با نقشه ها و عکس های هوایی موجود
۵٫ انجام مطالعات فیزیوگرافی ، آب و هوا و اقلیم شناسی ، زمین شناسی ، ژئومورفولوژی ، کاربری اراضی ، خاکشناسی و پوشش گیاهی
۶٫ تهیه نقشه ژئومورفولوژی تا حد واحدهای کاری یا رخساره های فرسایشی با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی یا جی.ای.اس
۷٫ ارزیابی کمی فرسایش و رسوب از روش EPM
8. ارزیابی کمی رسوب تولید شده از روش فورنیه

نتایج
۱-۱- فصل اول : مطالعات فیزیوگرافی
۱-۱-۱-مطالعات فیزیوگرافی حوزه آبخیر طالقان
حوزه آبخیر طالقان که در ارتفاعات جنوبی مرکزی و در ۹۰ km شمال غرب تهران واقع شده است ، رودخانه طالقان که زهکش حوزه آبخیز آن است از ارتفاعات عسلک سرچشمه گرفته و پس از اتصال چندین شاخه کوچک از این طریق به طرف سد مخزنی طالقان جریان می یابد.(۵) این حوزه آبخیز مساحتی بالغ بر hec132500 که ۳/۲% حوزه آبخیز سفید رود و ۰۸/۰ درصد مساحت کل کشور را تشکیل می دهد (۱۵) کوههای طالقان از البرز کوه در اثر جنبش های عمودی آلپ در زمان پلئیو – پلئیدستوسن شکل گرفته و جنبش آلپ ۳۲ تا ۳۸ سال پیش در اولیگوسن موجب خروج این پهنه از آب شد. رژیم رودخانه متاثر از شرایط آب و هوایی و با حداکثر دبی در هنگام ذوب برف های ارتفاعات در بهار و حداقل دبی در تابستان است.

با توجه به عکس های هوایی منطقه مشخص شد که رودخانه های فرعی این حوزه ، شبکه و طرح های تکاملی یکسانی ندارند. این حالت را می توان معلول ساختمان سنگ شناسی متفاوت منطقه و شکستگی ها و رواندگی های متعدد حوزه دانست. رژیم های مختلف حرارتی و بارندگی منطقه مستقیماً از ارتفاع پیروی می کند و نزولات ارتفاعات بیشتر بصورت برف است و در نقاط پست از میزان برف و مجموع نزولات کاسته میشود (۵) بخشی از حوزه آبخیز که از سازنده های حساس میوسن تشکیل شده رسوب زایی زیادی داشته و باعث انباشت رسوب زیاد در مخزن سد سفیدرود می شود.
۱-۱-۲ مطالعات فیزیوگرافی منطقه مورد مطالعه:

در این تحقیق بخشی از حوزه آبخیز طالقان بنام زیر حوزه جوستان که خروجی ان نزدیک روستای جوستان قرار گرفته ، مطالعه شده است. این بخش شامل سراب حوزه آبخیز طالقان و بخشی از حوزه میانی آن است. منطقه مورد مطالعه بین عرض های جغرافیایی شمالی و طول های جغرافیایی شرقی واقع است.
این بخش حوزه بطور عمده کوهستانی می باشد که حداقل و حداکثر ارتفاع آن به ترتیب ۱۹۲۰ و ۴۰۷۵ متر از سطح دریا است.
ارتفاع متوسط منطقه نیز ۲۸۵۲ متر از سطح دریاست. طول دریاست. طول آبراهه اصلی تا خروجی زیر حوزه جوستان ۱۲/۱۹ Km است. روستای جوستان در حوزه مورد مطالعه واقع شده است.
جدول ۱-۱ مشخصات زیر حوزه شامل موقعیت جغرافیایی ، ضرایب مربوط به شکل زیر حوزه ، مشخصات ارتفاعی ، شیب متوسط و طول آبراهه اصلی را نشلان می دهد.
جدول ۱-۱ مشخصات زیر حوزه جوستان
ارتفاع کمینه m ارتفاع پیشینه m ارتفاع متوسط m طول آبراهه اصلی km شیب متوسط % زمان تمرگز hr طول حوضه Km مساحت حوزه
محیط حوزه Km
1920 4075 2852 12/19 33/47 86/0 50/18 17/65 6/46
ضریب گراولیوس ضریب هورتون ضریب میلر ضریب شیوم ضرایب مستطیل معادل
۶۲/۱ ۱۹/۰ ۳۷/۰ ۴۹/۰ ۸۸/۲=b 59/17=b

۱-۲- مطالعات آب و هوا و اقلیم شناسی
۱-۲-۱ مطالعات وضعیت عمومی جبهه های هوایی در منطقه:

منطقه مورد مطالعه در دامنه های جنوبی سلسله جبال البرز قرار گرفته و عمده نزولات آن مربوط به رژیم مدیترانه ای با یک بیشینه اصلی در اواخر زمستان و اوایل بهار و یک بیشینه فرعی در فصل پائیز و دارای یک فصل نسبتاً طولانی و خشک در تابستان می باشد. منشاء بارندگی های جنوبی البرز به ترتیب اهمیت شامل سیکل های شمال غربی و جبهه های ایجاد شده بین هوای سیبری و مدیترانه ای و بالاخره ندرتاً جریانات سطحی موسمی اقیانوس هند است.(۱۲)

بارندگی سالیانه نواحی جنوب البرز عمدتاً برخلاف دامنه های شمالی نامنظم تر بوده به طوری که ضریب تغییرات منطقه ۳۷% است. گرادیان قائم بارندگی سالیانه تا ارتفاع m3000 از سطح دریا در دامنه های جنوبی البرز ۱۸۰ mm در Km است. با توجه به توزیع منطقه ای بارندگی و کاربرد آن در اقلیم شناسی از نظر مقیاس جهانی جزء مناطق خشک و نیمه خشک می باشد. ولی به دلیل وجود رشته کوه البرز از یک سو و دریای خزرا از سوی دیگر وضعیت خاصی را در این منطقه که جزئی از دامنه های جنوبی البرز است پدید آورده است.(۱۲)
جبهه های آب و هوایی : حوزه آبخیز طالقان از نظر اقلیمی تحت تاثیر جبهه های آب و هوایی مختلف است که عبارتند از:

الف) توده های مدیترانه ای : جبهه های هوایی موثر در کلیماتولوژی منطقه که آنرا تحت الشعاع قرا رمی دهد از دریای مدیترانه و اقیانوس اطلس منشاء پیدا کرده و با عبور از غرب کشور به این منطقه می رسد. جبهه های هوایی که از مازندران سرچشمه گرفته پس از صعود و برخورد با سلسله جبال البرز در صورت داشتن قدرت باران زایی کافی سبب بارندگی میشوند. (۱۴)
ب) تودهای قطبی اروپایی: این توده که از طریق شمال غربی ، آب و هوای کشور را تحت تاثیر قرا می دهد ، مبداً اصلی آن اقیانوس اطلس شمالی است و در اصل قطبی بحری می باشد ، اما در زمستان با عبور از مناطق اروپایی واقع در شمال غربی ، توده مذکور که از شمال غرب وارد کشور میگردد به چندین شاخه منشعب شده که در فصول بهار و پائیز سبب رگبارهای شدید و در زمستان موجب ریزش برفهای سنگین می گردد. در فصلهای سرود شاخه ای از جریان مذبور دریای خزر را در امتداد شمال غرب ، جنوب شرق پیموده و مناطق مازندران ، گیلان ، گرگان و دامنه های شمالی البرز را متاثر می سازد و از خراسان وارد فلات ایران میشود شاخه دیگر آن از مسیر دره منجیل ناحیه جنوبی البرز را تحت پوشش قرار داده و در بعضی اوقات هوای شمال غربی توانایی پیمایش البرز را نیز دارد و به این علت در دو سوی ارتفاعات البرز رژیم بارندگی مشابه دیگر نقاط دشت جنوبی البرز می باشد. با رسیدن توده هوای مذکور با جبهه های قطبی و متعاقب آن هوا سرد صاف و سنگین برای مدت چند روزی در تمام کشور مستقر میشوند.(۱۴)