-148074190505

4742314-351187

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال ششم، شماره سوم، بهار 1396

بررسی حساسیت واحدهای سنگی به فرسایش با استفاده از ویژگی های کانی شناسی1
سید سعید غیاثی 1*، سادات فیض نیا 2، علیرضا مقدم نیا 3 و سمیه ناجی راد 4

1*( دانش آموخته کارشناسی ارشد آبخیزداری؛ گروه احیاء مناطق خشک و کوهستانی؛ دانشگاه تهران؛ البرز؛ ایران
*نویسنده مسئول مکاتبات: saeid.ghiasi@ut.ac.ir
2( استاد؛ گروه احیاء مناطق خشک و کوهستانی؛ دانشگاه تهران؛ البرز؛ ایران
3( دانشیار؛ گروه احیاء مناطق خشک و کوهستانی؛ دانشگاه تهران؛ البرز؛ ایران
4( باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان؛ واحد اردبیل؛ دانشگاه آزاد اسلامی؛ اردبیل؛ ایران

16822493143

تاریخ دریافت: 05/03/1395 تاریخ پذیرش: 24/05/1395

چکیده
لازمه حفاظت از منابع خاک، مدیریت و ارائه راهکارهای مناسبی می باشد که با شناخت ماهیت واحدهای سنگی و اطلاع از اهمیت نسبی منابع اصلی رسوب حاصل می شود. هدف از مطالعه حاضر تعیین سهم هرکدام از واحدهای سنگی در تولید رسوب و تشخیص وضعیت فرسایشی آن ها می باشد. بدین منظور پس از نمونه برداری از منابع رسوب و رسوبات موجود در بستر آبراهه های حوزه آبخیز خیاوچای، اقدام به عملیات دانه بندی ذرات به روش خشک شد. سپس الک های 600 میکرون و چهار میلی متر به عنوان الک های شاخص انتخاب شدند و با انتخاب 100 دانه رسوبی از هر نمونه، بررسی های کانی شناسی با استفاده از بینوکلر با بزرگنمایی 40 برابر و با توجه به واقعیت رسوبی منطقه، صورت پذیرفت و جنس کانی ها و خرده سنگ ها تعیین و با شمارش تعداد آن ها و تعیین سهم هرکدام از کانی ها و خرده سنگ ها، نتایج را با واحدهای سنگ شناسی مقایسه و تطبیق داده، سنگ و واحد تولیدکننده هرکانی و خرده سنگ و درصد سهم هر واحد سنگی در تولید رسوب مشخص شد. نتایج نشان داد واحد سنگی Qvl با 51/45 درصد بیش ترین سهم را در تولید رسوب حوضه دارد که با نمره کل شاخص فرسایش 14/1053 در وضعیت فرسایشی خیلی شدید قرار دارد که به دلیل تخریب مکانیکی گسترده و نیز گسترش آن در دو طرف زهکش اصلی کاملاً توجیه پذیر است. پس از واحد سنگ شناسی Qvl ، واحد Qds2 و Qvb به ترتیب با 87/30 و 54/10 درصد بیشترین سهم در تولید رسوب را داشته و واحد Qtasl با 22/1 درصد کم ترین سهم را دارا می باشد.

کلید واژه ها: انگشت نگاری؛ پتانسیل رسوب زایی؛ حوزه آبخیز خیاوچای؛ شاخص فرسایش؛ فرسایش پذیری

مقدمه
فرسایش خاك و تولید رسوب جزء محدودیت های اساسی در استفاده بهینه و پایدار از منابع آب و خاك می باشد، از این رو ارزیابی فرآیندهای حاکم بر مکانیسم آن ها به منظور درك بهتر سامانه های آبخیز و اتخاذ تصمیمات مدیریتی مناسب ضروری می باشد)صادقی و همکاران ،1390(. تولید رسوب به عنوان یکی از پیامدهای مهم و 1 مشخص فرسایش خاك، در اشکال مختلف سبب اثرات درون و برون منطقه ای ویژه ای می شود )Williams,
1983(. در سامانه های آبخیز ایران نیز فرسایش خاك و

1- برگرفته از پایان نامه کارشناسی ارشد

تولید رسوب از موضوعات بسیار مهم اقتصادی ،اجتماعی و عمرانی کشور بوده که با از دست رفت سالانه بیش از یک میلیارد تن از خاك های حاصلخیز و نیز با تولید و انتقال حجم بالای رسوب از مناطق منشأ به سمت پایین دست، سبب تخریب شدید اکوسیستم های طبیعی ،زیرساخت ها و مناطق مسکونی و صنعتی می شود )3002 ,.Bayramin et al(. به همین سبب بررسی میزان فرسایش برای ارزیابی راهبردهای مدیریتی و نیز برنامه توسعه تمامی کشورها بسیار مهم می باشد) Ownegh and Nohtani, 2003(.
لازمه اجرای برنامه های حفاظت از منابع خاك و کنترل رسوب، کسب اطلاعات از اهمیت نسبی منابع رسوب و سهم آن ها در تولید رسوب و در نتیجه شناسایی مناطق بحرانی در داخل حوزه آبخیز است )حکیم خانی و همکاران، 1386(. به طور کلی روش های کسب داده از اهمیت نسبی منابع رسوب و تعیین سهم آن ها در تولید رسوب به دو گروه یعنی روش های سنتی و منشاءیابی تقسیم می شود. از روش های سنتی می توان به میخ ها و کرت های فرسایشی، بررسی های چشمی منابع رسوب از راه عکس ها و مشاهدات صحرایی )and Walling, 2002 Collins(، اندازه گیری بار رسوبی در انتهای زیرحوزه های اصلی برای تعیین اهمیت نسبی آن ها در تولید رسوب )Walling and Woodward, 1995( اشاره کرد. اما کاربرد این روش ها به طور معمول با دشواری های نمونه گیری و نیز تنگناهای اجرایی مواجه بوده و بعضی از آن ها به زمان و هزینه های زیادی نیاز دارند ) ;2991 ,.Loughran et alCollins and Walling, 2004(. از سویی روش های سنتی امکان مرتبط کردن منابع رسوب به منابع رودخانه و تولید رسوب انتهای حوزه آبخیز را فراهم نمی کنند) Collins and Walling, 2002(. به دلیل محدودیت های یاد شده در استفاده از روش های سنتی، روش انگشت نگاری یا به عبارتی منشاءیابی رسوب به عنوان روشی جایگزین و مناسب مورد توجه محققان مختلف قرار گرفته است. در روش منشاءیابی، ویژگی های فیزیکی، ژئوشیمیایی و آلی رسوب و منابع رسوب برای تعیین منابع اصلی رسوب و نیز اهمیت نسبی آن ها در تولید رسوب مورد بهره برداری قرار می گیرد )Peart and Walling, 1988; Collins and Walling, 2002; Walling, 2005(. در طول بیش از دو دهه گذشته کارآیی روش منشاءیابی به عنوان روشی موفق و مؤثر برای تعیین منابع رسوب به اثبات رسیده است. این روش بر این فرض استوار است که منابع مختلف رسوب با بهره گیری از شماری از ویژگی های شیمیایی، فیزیکی و آلی قابل شناسایی بوده و با مقایسه آن ها با همان ویژگی ها در نمونه های رسوب می توان سهم و اهمیت نسبی منابع رسوب در تولید رسوب را به دست آورد.
68991487885176

سال

سال

4693927892796

سال

ششم
/
شماره

3
/

سال

ششم

/

شماره

3

/

تحقیقات متعددی در خصوص فرسایش پذیری و توان رسوب زایی سازندهای زمین شناسی با استفاده از ویژگی های رسوب شناسی، ترکیب کانی شناسی رسوبات ،ژئوشیمی، ویژگی های مغناطیسی و غیره از سوی محققان داخلی و خارجی صورت پذیرفته است. به عنوان مثال پادیاب و فیض نیا) 1391( در عرصه پخش سیلاب گچساران به بررسی نقش سازندهای مختلف واقع در بالادست حوضه در تولید رسوب اقدام نمودند. نتایج این تحقیق حاکی از سهم 3/55 درصدی سازند پابده گورپی در رسوب تولیدی منطقه حکایت داشت .نجفی و صادقی )1392( در تحقیقی در حوزه آبخیز ایده لو در استان زنجان به ارزیابی تطبیقی نتایج حاصل از روش های مبتنی بر انگشت نگاری رسوب، سیمای فرسایش خاك و اندازه گیری مستقیم منابع رسوب پرداختند. مقایسه نتایج حاصل از این پژوهش حاکی از تایید کلی نتایج انگشت نگاری رسوب حکایت داشت. در مجموع، اختلافات موجود در نتایج حاصل از روش های انگشت نگاری رسوب، نقشه سیمای فرسایش و اندازه گیری مستقیم به دلیل رویکرد کمّی عدم لحاظ نسبت تحویل رسوب و سایر فرآیندهای حاکم بر انتقال رسوب بوده است که استفاده همزمان و ترکیبی آن ها برای دستیابی به نتایج قابل اعتماد را مورد تأکید قرار می دهد .صمدی ارقینی و همکاران) 1393( در مطالعه ای در حوزه آبخیز حسن ابدال زنجان با استفاده از عملیات کانیشناسی ،ویژگی های مغناطیسی و ردیاب های ژئوشیمیایی به منشاءیابی رسوبات بستر آبراهه ها و پشت سازه های آبخیزداری اقدام نمودند. سپس با تلفیق نتایج مطالعات کانیشناسی، ژئوشیمیایی و ویژگیهای مغناطیسی، نقشه فرسایش پذیری تلفیقی که نشان دهندهی پتانسیل رسوب زایی سنگ ها و سازندهای منطقه می باشد، تهیه نمودند .تیموریان و همکاران) 1394( در تحقیقی در حوزه آبخیز فشند هشتگرد با استفاده از بررسی های کانیشناسی و ژئوشیمیایی، میزان اشتراك هر واحد سنگشناسی در تولید رسوب را تعیین و در نهایت با تلفیق روش کانیشناسی و ژئوشیمیایی، نقشه فرسایش پذیری تلفیقی مواد زمین شناسی را تهیه نمودند. از مطالعات انگشتنگاری رسوب در خارج از کشور نیز می توان به موارد زیر اشاره داشت. برای مثال Wood )1978( در حوضه ای با مساحت تقریبی 384 کیلومتر مربع در انگلستان به تعیین منشاء رسوبات با بررسی کانیهایی چون مونت موریونیت، کوارتز، کائولونیت، ایلیت، کلسیت و آپاتیت بهصورت کیفی اقدام نمود .در نتیجه گیریهای توأم با احتمال و تردید منشأ اصلی کانی مونت موریونیت و کلسیت را بهترتیب سنگ بستر و آبهای زیرزمینی قلمداد کرد .Shaw و همکاران) 2002(، نیز در آلابامای مرکزی با روش های حرارتی و اشعه ایکس به کانی شناسی رسوبات ناشی از خاك های آلتیسول اقدام نمودند که نتایج حاکی از همبستگی بالای قابلیت پخشیدگی رس در اثر آب با درصد کربن آلی خاك ناشی از عملیات کشاورزی داشت. با این وجود تفاوتی بین کانی شناسی رسوبات کم تر از دو میکرون و یا کیفی بررسی وضعیت فرسایش در روش های مذکور ودر مناطق کشاورزی مشاهده نشد ولی رسوبات کم تر از دو میکرون موجود در رواناب دارای مقادیر بسیار زیادی کوارتز و تقریباً عاری از کائولینیت در مقایسه با خاك منطقه بود. Brown و McEnroe )2012( در پژوهشی در منطقه کوهستانی آدیرونداك در شمال نیویورك، به تهیه نمونه هایی از مقطع شرقی- غربی اقدام نمودند و پس از عملیات دانه بندی نمونه ها ،بررسی های کانی شناسی انجام شد. در این تحقیق از کانی شناسی مغناطیسی و پالئو مغناطیسی استفاده شد و در نتیجه آن منابع سنگ های آذرین و دگرگونی به راحتی از هم تفکیک شدند .Sadeghi و همکاران) 2014( در پژوهشی با استفاده از تکنیک های ترکیبی انگشت نگاری، رسوب تولیدی در حوزه آبخیز ایده لو در استان زنجان را به انواع مختلف فرسایش سطحی، شیاری و خندقی نسبت دادند. نتایج نشان داد اشکال فرسایشی مذکور به ترتیب 56، 44 و صفر درصد از رسوب تولیدی را بر عهده دارند. که حاکی از موفقیت آمیز بودن روش های تلفیقی انگشت نگاری در ارزیابی منشاء رسوبات نهشته شده در نقطه خروجی حوضه مطالعاتی می باشد .Vale و همکاران) 2016( در مطالعه ای در رودخانه Manawatu در نیوزیلند، اقدام به بررسی و سنجش ویژگی های منابع رسوب معلق نمودند. در این تحقیق که از روش انگشت نگاری ژئوشیمیایی به منظور منشاءیابی 8 منبع اصلی رسوب استفاده شد.
نتایج مربوط به آنالیز تشخیص نشان داد 16 ردیاب استفاده شده در این مطالعه با دقت 6/92 درصد قابلیت تفکیک منابع رسوب را از هم داشته که از بین 8 منبع سنگ شناسی و ژئومرفولوژیکی، واحد سنگ شناسی گلسنگ نزدیک به 46 درصد از رسوب منطقه را تولید می نماید و سنگ آهک منطقه سهمی درتولید رسوب ندارد. سهم منابع رسوب در تولید رسوب منطقه متناسب با درك ماهیت سست و ناپایدار گلسنگ می باشد که این واحد را نسبت به سایر منابع رسوب بسیار حساس به فرسایش نشان می دهد. Pully و Powntree )2016( با استفاده از یک اسکنر رنگی معمولی به انگشت نگاری منابع رسوب اقدام نمودند .این مطالعه با هدف ارزیابی متناسب رنگ رسوبات به عنوان ردیاب، با استفاده از یک دستگاه اسکنر تجاری انجام شد. به منظور به حداقل رساندن عدم قطعیت، با استفاده از پراکسید هیدروژن) 2H2O( به تجزیه مواد آلی موجود در رسوبات اقدام شد. سپس تأثیر اندازه ذرات در استفاده دقیق از مشخصه رنگ رسوبات به عنوان یک ردیاب تعیین شد. نتایج نشان داد که رنگ رسوبات پتانسیل مناسبی در ردیابی رسوبات داشته و استفاده از )2H2O( با مقادیر متفاوت، ابهامات مربوط به مواد آلی و اندازه ذرات را کاهش می دهد. نتایج این تحقیق حاکی از دقت قابل توجه روش انگشت نگاری و مقرون به صرفه بودن این ردیاب از سایر ردیاب های معمول می باشد.
از بررسی پژوهش های صورت پذیرفته چنین جمع بندی می شود که در بسیاری از مطالعات منشاءیابی، به ضرورت استفاده از یک گروه ویژگی، شامل استفاده از ویژگی های کانی شناسی) Wood، 1978؛ Shaw و همکاران، 2002؛ Brown و McEnroe، 2012(، رنگ رسوبات) Pully و Powntree، 2016(، ژئوشیمیایی) Vale و همکاران ،2016( و در برخی موارد به چندین گروه ویژگی مانند ویژگی های کانی شناسی، ژئوشیمیایی و مغناطیسی )صمدی ارقینی و همکاران ،1393؛ تیموریان و همکاران ،1394( پرداخته شده است. همچنین، جمع بندی سوابق تحقیقی مستند دلالت بر توجه کم تر محققین به نقش روابط تجربی مرتبط می باشد. به عبارتی در پژوهش های یاد شده بیش تر به استفاده از نوع روش منشاءیابی و تنوع ردیاب ها تأکید شده درحالی که به تحلیل نتایج آزمایشگاهی با استفاده از روابط تجربی کم تر توجه شده است که ضرورت انجام تحقیقات در این زمینه را تأیید می نماید. بر همین اساس، در این مطالعه سعی شده است با استفاده از انگشت نگاری رسوبات با روش کانی شناسی، علاوه بر بررسی کارآیی این روش، از روابط تجربی ارائه شده توسط محققین صاحب نظر در تعیین پتانسیل رسوب زایی و شاخص فرسایش واحدهای سنگی استفاده شود. تعیین سهم منابع رسوب در رسوب تولید شده و مشخص نمودن وضعیت فرسایش نسبی واحدهای سنگی موجود از اهداف دیگر این پژوهش می باشد. تحقیق حاضر در حوزه آبخیز خیاوچای از زیر حوزه های آبخیز بزرگ خزر در استان اردبیل به دلیل سابقه وقوع سیلاب های واریزه ای شدید به منظور شناسایی مناطق حساس و تولیدکننده ی رسوب انجام پذیرفته است.
مواد و روش
منطقه مطالعاتی و دادهها
حوزه آبخیز خیاوچای به وسعت تقریبی 13000 هکتار ،در حاشیه غربی کوه سبلان، در جنوب شهرستان مشگین شهر قرار داشته و از نظر تقسیمات سیاسی بخشی از استان اردبیل و از لحاظ تقسیمات جاماب از زیر حوزه های آبخیز بزرگ خزر محسوب می شود. که آبخیز مذکور با هشت زیر حوضه در محدوده جغرافیایی ’37 º47 تا ’48 º47 طول شرقی و ’11 º38 تا ’23 º38 عرض شمالی، با حداکثر ارتفاع4560 متر از سطح دریا در محل قله کسری در ارتفاعات جنوبی حوضه و حداقل ارتفاع 1375 متر در محل خروجی حوضه در محل ایستگاه هیدرومتری پل سلطانی واقع شده است. به لحاظ زمین شناسی واحدهای سنگی منطقه تحت مطالعه مربوط به دوره کواترنر می باشد. که در اکثر موارد ساختاری سست و شکننده داشته و از ذرات منفصلی برخوردارند که در هنگام بارندگی و یا ذوب برف دامنه ها در فصول گرم سال، به صورت فرسایش های سطحی، شیاری و توده ای وارد آبراهه های فرعی و در نهایت رودخانه اصلی )خیاوچای( می شود. شکل 1 موقعیت منطقه تحت مطالعه را در کشور و ریزحوضه بزرگ خزر نمایش می دهد.
68991487885176

سال

سال

4693927892796

سال

ششم
/
شماره

3
/

سال



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

پاسخ دهید