بررسی وضعیت رسوب‌دهی چند رودخانه مرزی ایران در دوره‌های بلندمدت آماری و راهبردهای مدیریتی

مقدمه

 روابط بین اقلیم و تولید رسوب توسط افراد مختلفی موردبررسی قرارگرفته است که همگی بیانگر تأثیر تغییرات اقلیم چه ازنظر زمانی ویا مکانی در رسوب‌دهی است. در این زمینه می‌توان به کار آقای لانگبین و شیوم (1958، به نقل از Walling و Webb، 1983) اشاره کرد که رابطه بین تولید رسوب سالیانه و بارش را ارائه داده‌اند (شکل 1). همچنین این رابطه توسط شیوم (1978، به نقل از Walling و Webb، 1983) توسعه داده شد. منحنی ارائه‌شده بیانگر روابط متقابل انرژی فرسایندگی و تراکم پوشش گیاهی است. بیشترین تولید رسوب در بارش مؤثر سالیانه 300 میلی‌متر (مناطق نیمه‌خشک) روی می‌دهد. در مناطق با بارندگی مؤثر بیش از 300 میلی‌متر رشد و توسعه پوشش گیاهی باعث حفاظت بیشتر خاک می‌گردد و در مناطق خشک‌تر میزان انرژی فرسایندگی خاک محدود می‌گردد. بیشتر محققین این رابطه را به نام رابطه لانگبین - شیوم به کار می‌برند.

شکل 1- رابطه بین بارش مؤثر و رسوب‌دهی در نقاط مختلف دنیا

(لانگبین و شیوم، 1958)

در امریکا رابطه پیشنهادشده توسط Stoddart بر اساس داده‌های Judson و Ritter می‌تواند مدنظر قرار گیرد. در این منحنی که بر اساس داده‌های متوسط 7 ایستگاه بزرگ به‌دست‌آمده است، درصورتی‌که فرض شود میزان رسوب‌دهی درزمانی که میزان رواناب از حداقل مشاهده‌شده کمتر باشد به سمت صفر میل می‌کند، با قانون لانگبین و شیوم مطابقت دارد. در منحنی Dendy و Bolton که بر اساس گروه‌بندی داده‌های رسوب‌سنجی مخازن 500 منطقه به‌دست‌آمده است، حداکثر مقدار رسوب‌دهی در رواناب سالیانه 25 تا 75 میلی‌متر مشاهده می‌شود. درصورتی‌که این مقدار رواناب به بارندگی مؤثر در دمای 50 درجه فارنهایت تبدیل شود مقادیر 450 تا 500 میلی‌متر را به دست می‌دهد که از مقدار 300 میلی‌متر پیشنهادشده توسط لانگبین و شیوم بیشتر است. چهار منحنی از دیگر نقاط دنیا که همگی نشان می‌دهند که قانون لانگبین و شیوم مصداق جهانی زیادی ندارد. در منحنی‌های ارائه‌شده توسط فورنیه و دو گلاس با افزایش مقدار بارندگی به ترتیب از 500 و 1000 میلی‌متر مقدار رسوب‌دهی زیادتر می‌شود و این مورد مغایر با روابط ارائه‌شده لانگبین وشیوم می‌باشد. روابط ارائه‌شده در منحنی Wilson تا حدودی متفاوت با بقیه روابط است، چراکه در این منحنی دو مقدار پیک در بارندگی سالیانه 750 و 1750 میلی‌متر وجود دارد. این دو مقادیر پیک مربوط به شرایط نیمه مرطوب و تروپیکال می‌باشد؛ به‌طوری‌که این دو مورد کاملاً با روابط لانگبین وشیوم مغایرت دارد.

با توجه به منحنی‌های ارائه‌شده از نقاط مختلف دنیا و امریکا می‌توان اظهارنظر کرد که روند پیشنهادی برای تغییرات رسوب با بارش مؤثر سالیانه توسط لانگبین وشیوم بیشتر در مناطق با اقلیم قاره‌ای کاربرد داشته و در مناطق دیگر که اقلیم فصلی وجود دارد کاربرد کمتری دارد.

برای آزمون بیشتر قانون لانگبین – شیوم نشان‌دهنده داده‌های خام میانگین رسوب سالیانه در مقابل بارش متوسط 1246 ایستگاه است که توسط Walling و Kleo (1979) تهیه‌شده است. داده‌های مذکور نسبت به کارهای قبلی هم تفصیلی‌تر بوده و هم ازنظر مکانی معرف می‌باشند. برای سهولت ترسیم داده‌های مختلف از مقیاس لگاریتمی استفاده‌شده است. نتیجه به‌دست‌آمده از این گراف مؤید این مطلب است که در مقیاس جهانی، بارش کنترل‌کننده رسوب نبوده و فاکتورهای دیگری مثل پستی‌وبلندی، سازندهای فرسایش پذیر و فعالیت‌های بشری در الگوی جهانی رسوب‌دهی مؤثرمی باشد.

ضرورت و اهمیت تحقیق

 لزوم نگرش‌های جدید و نوپدید در عرصه مدیریت و حکمرانی منابع آب ایجاب می‌کند تا شرایط کلی رودخانه‌ها و منابع آبی حوزه‌های آبخیز به‌طور دقیق و مفصل موردبررسی قرار گیرند. دراین‌بین کیفیت منابع آب رودخانه‌ها در کنار پارامترهای کمی اهمیت دوچندان پیدا می‌کند. در زمینه بررسی وضعیت رسوب‌دهی چند رودخانه مرزی ایران در دوره‌های خشک‌سالی اقلیمی و راهبردهای مدیریتی می‌تواند الگویی مطالعات جامع منابع آب رودخانه‌های مرزی را روش سازد.

همه گراف‌ها مؤید این موضوع هستند که در رژیم‌های بارندگی قاره‌ای اولین پیک رسوب‌دهی دیده می‌شود و دو مقدار پیک دیگر در رژیم بارندگی فصلی (مدیترانه‌ای با بارش حدود 1250 میلی‌متر) و اقلیم تروپیکال (بارش بیش از 2500 میلی‌متر) دیده می‌شود. رسوب‌دهی زیاد در رژیم‌های با بارندگی فصلی را می‌توان با توسعه مستقیم قانون لانگبین و شیوم توضیح داد. چراکه در این مناطق رژیم فصلی مانع توسعه پوشش گیاهی شده، درحالی‌که انرژی فرسایندگی کل بارش مستقل از رژیم فصلی است. پراکندگی مشاهده‌شده در شکل 1 مربوط به فاکتورهای زیادی علاوه بر بارش سالانه است و بررسی الگوی تغییرات جهانی رسوب باید همراه با بررسی فاکتورهای زمین‌شناسی، توپوگرافی و کاربری اراضی، با روابط چندمتغیره باشد.

روش‌شناسی

منطقه موردمطالعه:

رودخانه گاوی‌

 رودخانه گاوی که با عبور از ارتفاعات شمالی از سمت شمال خاور وارد دشت مهران می‌شود و تقریباً تا مناطق میانی دشت در راستای شمال شرق- جنوب غرب حرکت کرده، سپس به سمت غرب تغییر جهت داده و پس از الحاق به رودخانه کنجان چم به کشور عراق وارد می‌شود

رود کنجان چم

 این رود از کوه‌های سیوان در جنوب ایلام سرچشمه گرفته است و در جهت شمال شرقی به جنوب غربی، پس از طی ۱۲ کیلومتر از خط مرزی ایران و عراق در نزدیکی مهران به رودگاوی می‌پیوندد. سرچشمه اصلی این رودخانه کوه‌های چنگینه، علی بیگی و کوه ملاشاوه هستند و جریان آب آفتاب، که از میش­خاص سرچشمه می‌گیرد، نیز به آن می‌پیوندد. رودخانه چشمه ملک، که از کوه شاه‌نخجیر سرچشمه می‌گیرد نیز به آن ملحق می‌شود. این رود پس از عبور از بخش صالح‌آباد و شهرستان مهران به رودخانهٔ دجله در کشور عراق می‌ریزد. طول این رود تا مرز ایران و عراق ۹۰ کیلومتر است. روی این رودخانه، سد انحرافی کنجان چم احداث‌شده است.

شکل 2-محدوده اجمالی ایستگاه‌های منتخب رودخانه‌های مرزی غرب کشور

روش اجرایی طرح

 به‌منظور بررسی وضعیت رسوب‌دهی رودخانه‌های مذکور بعد از اخذ اطلاعات دبی جریان و غلظت رسوب نمونه‌برداری شده از شرکت توسعه منابع آب وزارت نیرو، اقدام به برآورد رسوب‌دهی رودخانه‌های مذکور با روش‌های مختلف آماری گردید.. در این تحقیق به‌منظور بررسی وضعیت رسوب‌دهی چند رودخانه در دوره‌های خشک‌سالی اقلیمی، با انتخاب چند ایستگاه هیدرومتری و رسوب سنجی معرف رودخانه‌های گنجان چم و گاوی در مرز غربی کشور اصلی واقع‌شده‌اند در ابتدا نسبت به برآورد رسوب‌دهی معلق 30 ساله هر یک از ایستگاه‌ها به روش حد وسط دسته‌ها و تلفیق آمار آبدهی روزانه و ماهانه اقدام گردید. بر اساس معادله آنالیز ناحیه‌ای رسوب مناسب منطقه عوامل مؤثر در رسوب‌دهی منطقه مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گرفت. وروانی وهمکاران (1398) با انجام تجزیه‌وتحلیل رگرسیونی در حوزه‌های مشابه معادله‌ای به‌صورت زیر ارائه می‌کند /

(Log GR) 706/1 – (Log FD) 953/0 + (Log QW) 909/1 + 873/5 = Log (QS) (معادله 1)

در این معادله Qs: رسوب‌دهی معلق به تن در سال، Qw: دبی متوسط سالیانه به مترمکعب در ثانیه،FD: مجموع درصد مساحت اراضی مشجر نیمه متراکم و کم تراکم (دست‌خورده)،GR: مجموع درصد مساحت سازندهای زمین‌شناسی مقاوم به فرسایش و نسبتاً مقاوم به فرسایش ماقبل کواترنر می‌باشد. با توجه به معادله مذکور تا حدود زیادی می‌توان فاکتورهای مؤثر بر رسوب‌دهی معلق حوزه آبخیز را موردبررسی قرار داد.

یافته‌ها

-بحث و نتیجه‌گیری

 جدول تجزیه واریانس نشان می‌دهد که بین رسوب‌دهی معلق ویژه ایستگاه‌های منتخب به‌احتمال 9/99 درصد تفاوت وجود دارد. از طرفی همان‌طوری که از جدول مقایسه میانگین‌ها توسط آزمون آماری LSD(جدول 3) برمی‌آید، رودخانه گاوی در محل ایستگاه تنگ باجیک بیشترین تولید رسوب‌دهی ویژه در مدت 30 سال با مقدار 13/258 تن بر کیلومترمربع در سال را دارا است که تفاوت زیادی در سطح 98 درصد بین این ایستگاه و ایستگاه رستم‌آباد بر روی رودخانه گاوی و در سطح 9/99 درصد بین ایستگاه‌های دیگر وجود دارد. در ردیف دوم ایستگاه‌های چنگوله-خوشاب و زعفرانی قرار دارند که متوسط رسوب ویژه آن‌ها به ترتیب 74/174 و 86/154 تن در کیلومترمربع در سال است. تفاوت رسوب ویژه این دو ایستگاه در سطح 95 درصد معنی‌دار نبوده ولی با ایستگاه‌های دیگر در سطح 95 درصد معنی‌دار است. در آخرین دسته، حوزه‌های دهلران و میمه هستند که رسوب ویژه آن‌ها 7/70 و 03/9 تن در کیلومترمربع و در سال است. با توجه به معادله رگرسیونی پیشنهادشده برای منطقه می‌توان گفت که مهم‌ترین فاکتورهای مؤثر بر رسوب‌دهی معلق حوزه آبخیز دبی متوسط سالیانه، مجموع درصد مساحت واحدهای زمین‌شناسی مقاوم و نسبتاً مقاوم به فرسایش ماقبل کواترنرو مجموع درصد مساحت اراضی مشجر نیمه متراکم و کم تراکم می‌باشند.

جدول 5- مقادیر مشخصات مهم حوزه آبخیز ایستگاه‌های منتخب رودخانه‌های مرزی

 بنابراین می‌توان گفت که یکی از عوامل اصلی افزایش رسوب‌دهی ویژه این سرشاخه دبی زیاد آن است اما این مطلب مانع از آن نمی‌شود که نقش فاکتورهای دیگر نادیده گرفته شود. اراضی مشجر (که در معادله 1 رابطه مثبت با رسوب‌دهی معلق حوزه‌های آبخیز دارد) نشان‌دهنده افزایش رسوب‌دهی معلق حوزه آبخیز با افزایش درصد این اراضی است. طبق تعریف وزارت کشاورزی (1376) تراکم کم اراضی مشجر ناشی از قطع بی‌رویه و سایر عوامل مخرب است و به‌طورکلی حاصل دست‌کاری طبیعت توسط انسان است، میزان درصد این‌گونه اراضی در حوزه زعفرانی 53/52 درصد بوده و بیشتر از بقیه حوزه‌های آبخیز است. بنابراین دومین عاملی که در بالا بودن رسوب ویژه این حوزه آبخیز تأثیر دارد، تخریب اراضی مشجر در حوزه است. از طرفی با توجه به ضریب عامل زمین‌شناسی (درصد مساحت واحدهای مقاوم و نسبتاً مقاوم به فرسایش ماقبل کواترنر در معادله 1) متوجه می‌شویم این عامل رابطه منفی با رسوب‌دهی معلق حوزه آبخیز دارد. میزان درصد واحدهای زمین‌شناسی مذکور را حوزه کنجان 7/77 درصد بوده که ظاهراً می‌باید باعث کاهش رسوب‌دهی معلق بشود اما این‌گونه نشده است به نظر می‌رسد شدت تخریب اراضی مشجر در این منطقه به‌گونه‌ای بوده است که مانع از تأثیر این عامل و کاهش رسوب‌دهی گردیده است. حوزه آبخیز رودخانه‌های گاوی در محل ایستگاه تنگ باجی که ازنظر رسوب‌دهی ردیف دوم را دارد کمترین مقدار آبدهی (51/1 مترمکعب بر ثانیه) را در بین سرشاخه‌ها داشته و از طرفی میزان درصد اراضی مشجر نیمه متراکم و کم تراکم 81/21 درصد بوده و نسبت به سایر سرشاخه‌ها دومین مقدار را دارا است. کاهش درصد مساحت اراضی مشجر نیمه متراکم و کم تراکم (48/5 درصد) که به همراه دبی متوسط نسبتاً پائین (56/1 مترمکعب بر ثانیه) و همچنین درصد مساحت واحدهای زمین‌شناسی مقاوم نسبتاً زیاد (61/46 درصد) باعث شده است که مقدار رسوب‌دهی ویژه حوزه رودخانه دوغ در محل ایستگاه تنگ راه کمترین مقدار باشد. همانطوری­که از نتایج گفته‌شده برمی‌آید، مقدار رسوب‌دهی معلق سرشاخه‌های انتخاب‌شده تحت کنترل سه عامل دبی متوسط سالیانه، درصد واحدهای زمین‌شناسی مقاوم و نسبتاً مقاوم، درصد اراضی مشجر نیمه متراکم و کم تراکم است.

از بین عوامل مذکور تخریب اراضی مشجر در منطقه نکته‌ای است که حاصل دست‌کاری طبیعت توسط انسان بوده و باید در منطقه کنترل شود.Wasson (1999) معتقد است که در حوزه‌های آبخیز کوچک واریانس رسوب‌دهی معلق اراضی بالا بوده و علت آن تأثیر کاربری اراضی در رسوب‌دهی است و این واریانس با افزایش مساحت حوزه آبخیز کمتر می‌شود. در حوزه‌های آبخیز که دارای خندق می‌باشند. کاربری اراضی نقش فرعی را دارند اما در حوزه‌هایی که فاقد خندق می‌باشند کاربری اراضی دوباره اهمیت خود را در تولید رسوب نشان می‌دهد. همچنین وی طی تحقیقی در استرالیا به بررسی وضعیت رسوب‌دهی و تغییرات رسوب ویژه و واکنش حوزه‌های آبخیز نسبت به تخریب اراضی و افزایش نرخ فرسایش اراضی بالادست می‌پردازد و نتیجه‌گیری می‌کند که زیر حوزه‌های کوچک سرمنشأ نسبت به صدمه دیدن اراضی و افزایش نرخ فرسایش حساسیت زیادی دارند و واکنش آن‌ها سریع است. با افزایش سطح حوزه آبخیز و حرکت رسوب از بالادست و زمان پیمایش موجود واکنش کندتر می‌شود.. مقایسه رسوب‌دهی معلق ویژه 5 زیر حوزه مرزی با محک آماری LSD (حداقل تفاوت معنی‌دار) نشان می‌دهد که با اطمینان 99 درصد میانگین رسوب‌دهی معلق ویژه زیر حوزه‌ها با همدیگر تفاوت دارند که این نتیجه‌گیری با استفاده از جدول تجزیه واریانس به‌خوبی قابل‌استخراج است. در این آزمون فرض صفر بیانگر این است که میانگین رسوب‌دهی زیر حوزه‌ها باهم دیگر برابر است. جهت آزمون این فرض چنانچه واریانس رسوب‌دهی بین زیر حوزه‌ها از واریانس داخل زیر حوزه‌ها بزرگ‌تر باشد و بزرگی آن به حدی باشد که ازنظر آماری قابل‌قبول باشد، دلیل بر آن است که میانگین‌ها مساوی نبوده و بین آن‌ها اختلاف معنی‌دار وجود دارد. چنانچه واریانس داخل زیر حوزه‌ها (آمار 30 ساله) از واریانس رسوب‌دهی بین زیر حوزه‌ها بزرگ‌تر باشد، دلیل بر آن است که واریانس به وجود آمده در اثر اختلاف میانگین ازنظر آماری ناچیز بوده و درنتیجه اختلاف معنی‌داری بین میانگین‌ها مشاهده نمی‌شود. لازم به تذکر است که همیشه بین میانگین‌ها اختلاف وجود دارد ولی اختلافی قابل‌بحث است که ازنظر آماری بزرگی آن معنی‌دار باشد و در غیر این صورت از آن می‌توان صرف‌نظر کرد. همان‌گونه که از جدول تجزیه واریانس برمی‌آید، میانگین مربعات داخل گروه‌ها (87/18916) از میانگین مربعات بین گروه‌ها (08/278445) کوچک‌تر بوده و ازنظر آماری در سطح 99 درصد معنی‌دار است. با مشخص شدن تفاوت رسوب‌دهی معلق ویژه زیر حوزه‌ها می‌توان آن‌ها را به سه گروه تقسیم‌بندی نمود که جزئیات آن ذکر شد، اما نکته جالبی که می‌توان در اینجا به آن اشاره نمود شناخت جایگاه این تقسیم‌بندی در مقیاس جهانی (جدول 1) است. با نگاهی به تقسیم‌بندی جانسون (1988) متوجه می‌شویم که رسوب‌دهی رودخانه گنجان با رسوب‌دهی 3/258 تن بر کیلومترمربع در سال، در کلاس چهارم رسوب‌دهی (t/km2/yr500-101) قرار می‌گیرد که این مقدار نسبتاً زیاد است. گروه دوم ایستگاه‌های میمه و زعفرانی که به ترتیب 74/174 و 86/154 تن بر کیلومترمربع در سال رسوب‌دهی ویژه دارند نیز در کلاس چهارم رسوب‌دهی قرار می‌گیرند که بازهم بیانگر زیاد بودن رسوب‌دهی ویژه این زیر حوزه‌ها است. گروه سوم حوزه‌های تنگ باجی و گاوی با رسوب‌دهی ویژه به ترتیب 7/70 و 03/9 تن در کیلومترمربع در سال می‌باشند، اگر تقسیم‌بندی جهانی ملاک عمل قرار گیرد، این دو زیر حوزه در دو کلاس کاملاً متفاوت از هم قرار می‌گیرند اما چنانکه نتایج نشان می‌دهد تفاوت بین رسوب‌دهی ویژه این دو زیر حوزه ازنظر آماری به حدی نیست که معنی‌دار تلقی شود و بنابراین جزء یک گروه به‌حساب می‌آیند. تشریح علل تفاوت رسوب‌دهی زیر حوزه‌ها به‌راحتی قابل انجام نیست چراکه عوامل زیادی در رسوب‌دهی و تولید رسوب حوزه‌های آبخیز، حتی در داخل یک حوزه تأثیر دارند. بدیهی است که چنین نتیجه‌گیری‌های در یک مطالعه اجمالی اعتبار بیشتری داشته و می‌توان برای شناخت کلی حوزه‌های بزرگ از آن استفاده کرد. نتایج حاصل از چنین مطالعاتی می‌تواند راهگشای مطالعات تفضیلی بعدی باشد. جهت تهیه نقشه رسوب‌دهی حوزه‌های آبخیز روش مشخص وجود ندارد چراکه مسئله ذخیره و حرکت مجدد رسوب در بین راه مشکلات زیادی در فهم رفتار رسوب معلق به وجود می‌آورد.

نتایج راهبردهای تدافعی (WT)

چنانکه تحقیقات انجام‌شده نشان می‌دهد تولید رسوب معلق حوزه‌های آبخیز بستگی به عوامل متعددی دارد. از طرفی مقایسه بین‌حوزه‌ای رسوب معلق حاکی از تغییرات زیاد آن در بین سرشاخه‌ها و درون سیستم زهکشی حوزه آبخیز از بالادست تا نقطه خروجی است. در حال حاضر فهم کامل رفتار رسوب معلق رودخانه‌ها نیازمند استفاده از روش‌های مختلفی چون مشخصه نگاری ترکیبی و مدل‌های آماری است که خود مستلزم صرف هزینه‌های زیاد و دقت بالا است. اما دراین‌بین مسئله نرخ تحویل رسوب و پدیده ذخیره و تحرک مجدد رسوب در بین شبکه زهکشی حوزه آبخیز باعث پیچیدگی بیشتر رفتار رسوب‌دهی معلق رودخانه‌ها می‌گردد. متمرکز شدن تحقیقات آینده در این مورد و بر روی سیستم بیلان رسوب حوزه‌های آبخیز می‌تواند نتایج مفیدی را به همراه داشته باشد. پیشنهاد‌های اساسی زیر در این راستا قابل‌بررسی است.

ایجاد ستاد مقابله با پدیده فرسایش و رسوب‌دهی حوزه‌های آبخیز در سطح استان‌های مرزی و استفاده از کارشناسان نخبه بومی منطقه آشنا جهت هماهنگی ارگان‌های مختلف

-اصلاح قوانین بهره‌برداری از منابع طبیعی در کاربری‌های مختلف و اعمال و ارجحیت ضوابط و معیارهای زیست‌محیطی و توسعه پایدار در بخش صنعت و معدن در سطح استان.