فراهی و همکاران (۱۳۹۰)، با بهره گیری از رگرسیون فازی، میزان بار رسوب را در حوضههای آبخیز شمال استان خراسان برآورد نمودند. نتایج حاصله بیانگر افزایش دقت مدل در برآورد بار رسوب در طی ماههای پرباران نسبت به کل سال بود. جواهری و همکاران (۱۳۸۴)در مقایسه برآورد بار رسوب رودخانههای کارون و دز به روش رگرسیون فازی و آماری، به این نتیجه رسیدند که روش فازی نسبت به روشهای معمول آماری برآورد نسبتاً دقیقتری از میزان رسوبات حمل شده ارائه نموده و با مقادیر مشاهداتی تطابق بیشتری داشته است. مبارکی و همکاران (۱۳۹۲) در مدلسازی بار رسوب زیرحوضه دو حوضه آبخیز زاینده رود علیا با بهره گرفتن از روش رگرسیون کمترین مربعات فازی، بر کارایی بالای این مدل در حوضه مورد نظر و حوضههای مشابه تاکید دارند. آمیسی و همکاران[۱۲۶](۲۰۱۰) در مقایسه روشهای رگرسیون فازی و قطعی در اراضی جنگلی، نتیجه گرفتند که رگرسیون فازی نسبت به روش بولی ارزیابی دقیقتر و مطلوبتری را ارائه میدهد.
فصل سوم
مواد و روشها
فصل سوم: مواد و روشها
۱-۳ منطقه موردمطالعه
محدوده‌ی مورد مطالعه شامل دو دشت خانمیرزا و چنارمحمودی در زیرحوضه‌ی لردگان از حوضه‌ی اصلی کارون شمالی در جنوب‌خاوری استان چهارمحال بختیاری واقع شده است. مساحت تقریبی منطقه ۲۷۵۰۰ هکتار میباشد که در موقعیت جغرافیایی́ ۵۱ ˚۵۰ تا ́۱۵ ˚۵۱ طول شرقی و ́۲۰ ˚۳۱ تا ́۵۳ ˚۳۱ عرض شمالی قرار دارد. ارتفاع متوسط در دشتهای خان میرزا، جمال و ریگ به ترتیب حدود ۱۸۷۰، ۱۹۸۰ و ۱۹۵۰ متر از سطح دریا میباشد. رودخانهی سولگان از شمال به جنوب جریان و در فاصله‌ی حدود ۹۰۰۰ متری محدوده‌ی مطالعاتی قرار دارد. رودخانههای کزن و گدار از جمله سرشاخه‌های مهم این رودخانه میباشند که پس از الحاق در شمال غربی روستای سولگان، در نهایت به رودخانههای شمس آباد و کره‌بس پیوسته و سرانجام به رودخانهی کارون تخلیه میگردد. این محدوده، منطقه‌ای کوهستانی است و کوههای منطقه هم جهت با راستای کلی رشته کوههای زاگرس، یعنی شمالباختری- جنوب‌خاوری، قرار دارند؛ لیکن، دارای دشتهای میان‌کوهِ دره‌مانند میباشد و در مسیر راه‌های اصلی بینابینی شهرستان لردگان و نیز جاده‌ی اصلی شهرکرد به یاسوج قرار گرفته است. عمده کاربری اراضی منطقه به صورت کشت آبی شامل کشت زراعی (شبدر، گندم، گندم-لوبیا، گندم-یونجه و گندم-برنج)، کشت دیم (گندم)، مرتع (گون و بروموس)، مرتع تخریب شده (بروموس) و همچنین به صورت باغکاری و جنگل کاری میباشد (شکل۱-۳).
شکل۱-۳ موقعیت محدوده و نقاط مطالعاتی در جهان، کشور و منطقه
۱-۱-۳ خصوصیات آب و هوایی و اقلیمی
در منطقه‌ی مورد مطالعه ایستگاه هواشناسی وجود ندارد ولی با بهره گرفتن از آمار موجود از ایستگاه‌های اطراف منطقه، میتوان خصوصیات آب و هوایی منطقه‌ی مورد مطالعه را محاسبه نمود. در گزارش هواشناسی با جمع آوری اطلاعاتِ بیش‌ترِ ایستگاه‌های معتبر موجود در پیرامون منطقه، بر اساس فاصله‌ی آن از ایستگاه‌ها این محاسبات انجام شده است. براساس این گزارش، اقلیم محدوده‌ی طرح برحسب طبقه‌بندی‌های اقلیمی، در طبقه‌بندی آمبرژه دارای آب و هوای نیمه‌مرطوب و نیمه‌مرطوب سرد، در طبقه‌بندی سیلیانینف، نیمه خشک خفیف و در طبقه‌بندی دومارتن در نیمه‌مرطوب جای دارد و جزء مناطق نیمه‌مرطوب استان چهارمحال و بختیاری میباشد. منطقه به لحاظ اقلیمی، دارای میزان بارندگی سالانه ۰/۶۰۰ میلیمتر در سال است و بیشترین میانگین بیشینه‌ی درجه‌ی حرارت ماهانه ۳/۳۵ درجه‌ی سانتیگراد مربوط به مرداد ماه و کمترین میانگین کمینه‌ی درجه‌ی حرارت ماهانه ۹/۳- درجه‌ی سانتیگراد مربوط به دی ماه و میانگین درجه‌ی حرارت سالانهی ۲/۱۴ درجه‌ی سانتیگراد میباشد.
۲-۱-۳ خصوصیات زمین شناسی منطقه
مناطق مورد مطالعه در این پژوهش بیش تر مربوط به دوره سنوزوئیک میباشند و در بخشهای آبرفتهای رسوبی قرار دارند ( رسوبات کواترنری). سنگهای منطقه مورد مطالعه نیز بیشتر از نوع سنگهای رسوبی الیگوسن و میوسن هستند. براساس بازدیدهای میدانی و گزارش زمین شناسی شرح سازندهای مهم زمین شناسی منطقه مورد مطالعه و مناطق مجاور آن در شکل (۲-۳) آمده است.
شکل ۲-۳ موقعیت زمین شناسی منطقه مطالعاتی
۳-۱-۳ خصوصیات عمومی خاکهای مورد مطالعه
مواد مادری خاکهای منطقه عمدتا از رسوبات حاصل از آهک و گاه مارن میباشد و رژیم‌های رطوبتی و حرارتی خاک به ترتیب، زریک ضعیف (حالت مرزی بین اریدیک و زریک) و مزیک میباشند. و خاکهای غالب منطقه در زیرگروههای Calcic Haploxerolls، Typic Calciaquolls، Pachic Calcixerolls، Calcic Haploxeralfs، Fluventic Haploxerepts و Typic Calcixerepts(گروه نقشه برداری خاک، ۲۰۱۰) و همچنین خاکهای Haplic Fluvisols، Haplic Calsisols، Fluvic Cambisols، Calcic Luvisols، Luvic calsisols، Calcic Kastanozems و Luvic Calcic Kastanozems (منابع تحقیقات خاک جهانی، ۲۰۰۶) رده بندی شده اند.
۴-۱-۳ وضعیت هیدرولوژی منطقه
بیشترین ارتفاع کوههای مشرف به دشت، ۳۵۰۰ متر و مربوط به کوه ریگ و کمترین ارتفاع در خروجی دشت در حدود ۱۷۰۰ متر از سطح دریا میباشد. شیب عمومی دشت از شمال به جنوب و جنوب باختری است و رود خانههای خانمیرزا (لاسور)، چلهخانه (کلار) و بردبر زهکش طبیعی جریانهای سطحی دشت میباشند. شکل ۳-۳ موقعیت زیرحوضههای منطقه را نشان میدهد. رودخانههای موجود در آبریزهای منطقه به صورت مسیل میباشند. و رواناب حاصله را که در اثر بارندگیهای فصلی تولید میگردد به درون دشتهای خانمیرزا، چنار محمودی، ریگ و جمال هدایت می کنند. رواناب هدایت شده به دشت خانمیزرا، پس ازعبور از دشت توسط رودخانهی فصلی لاسور به بیرون دشت هدایت و بعد از دریافت آب رودخانهی بردبر با عنوان رودخانهی خانمیرزا با عبور از ایستگاه هیدرومتری زرین درخت به سمت شهر لردگان جریان مییابد. رواناب دشت چنارمحمودی که از ارتفاعات کوههای ریگ، کلار و سه کته سرچشمه میگیرد به کمک رود چلهخانه یا رودخانهی فصلی کلار بعد از تامین آب اراضی کشاورزی روستاهای مسیر خود (دشت ریگ) به طرف لردگان روان میگردد.
ایستگاه هیدرومتری زرین درخت ( این ایستگاه در خروجی دشت خانمیرزا در محل تقاطع رودخانه های لاسور و بردبر است) مساحتی معادل ۹/۴۳۹ کیلومتر مربع را تحت پوشش قرار میدهد. میانگین آبدهی آن در دوره آماری ۵۰ ساله، ۸۹/۰ متر مکعب در ثانیه است که حجمی معادل ۱/۲۸ میلیون مترمکعب در سال میباشد. و با توجه به مساحت بالادست آن، رواناب حاصل از آن ۹/۶۳ میلیمتر خواهد بود. ضریب رواناب سالانهی دشت خانمیرزا ۷/۱۰ درصد به دست آمده است. حجم آبدهی محاسبه شده در ایستگاه هیدرومتری زرین درخت (۱/۲۸ میلیون متر مکعب)، کل بار رسوبی به میزان ۷/۶۰۲۹۵ تن در سال و دبی ویژهی رسوب آن ۱/۱۳۷ تن در سال در کیلومترمربع محاسبه گردید. البته براساس روشهای گوناگون بار رسوبی ایستگاه زرین درخت از ۱/۱۱۹ تا ۸/۲۳۲ تن در سال در کیلومترمربع محاسبه شده است.
شکل ۳-۳ شبکه هیدروگرافی منطقه و محدوده واحدهای هیدرولوژیکی مهم آن
۵-۱-۳ وضعیت فیزیوگرافی منطقه
خاکهای منطقه براساس مطالعات صحرایی و با توجه به خصوصیات ظاهری در ۹ یگان فیزیوگرافی شامل تپهها، فلاتها و پادگانههای بالایی، دشت آبرفتی دامنهای، دشتهای آبرفتی، سرزمینهای پست، واریزههای بادبزنی سنگریزهدار، آبرفتهای بادبزنی سنگریزهدار و شکل سرزمین پیچیده جای میگیرند.
۲-۳ نمونهبرداری
این منطقه بر اساس ویژگیهای توپوگرافیکی، زمین شناسی، کاربری اراضی و قابلیت اراضی به واحدهای کاری مجزایی تفکیک شده است (گان و آلدریک[۱۲۷]، ۱۹۸۸). برای این کار در محیط نرم افراز آرک ویو ۱ با استفاده، از نقشههای توپوگرافیکی (۱:۵۰۰۰۰)، زمین شناسی (۱:۱۰۰۰۰۰)، کاربری اراضی (۱:۲۵۰۰۰۰) و منابع و قابلیت اراضی(۱:۲۵۰۰۰۰)، ۲۵ واحد کاری ایجاد شده است. در هر واحد کاری به صورت تصادفی نظارت شده، با در نظر گرفتن سطح هر واحد، نمونهبرداری صورت گرفت، که در کل منطقه ۸۰ نیمرخ حفر (۱۳ در مرتع، ۱۳ در مرتع تخریب شده، ۲۴ در دیم، ۳۰ در کشاورزی) و سپس از افق A هر یک از نیمرخها نمونهبرداری گردید. موقعیت نقاط در صحرا توسط GPS تعیین شدند (شکل۱-۳).
۳-۳ تعیین ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی نمونههای خاک
نمونههای خاک به آزمایشگاه منتقل و در معرض هوا خشک گردید و سپس از الک ۲ میلیمتری عبور داده شد و برخی از خصوصیات مهم شیمیایی خاکها نظیر، درصد کربنات کلسیم، درصد مادهآلی در آزمایشگاه تعیین شد. مقدار کربنات کلسیم با بهره گرفتن از روش کلسیمتری تعیین گردید (لوپرت و سورز[۱۲۸]، ۱۹۹۶). برای تعیین ماده آلی از روش سوزاندن تر یا اصطلاحا روش مرسوم به والکی و بلک[۱۲۹] استفاده شد (نلسون و سومرز[۱۳۰]، ۱۹۸۲). توزیع اندازه ذرات خاک با بهره گیری از قانون استوکس و به روش پیپت تعیین گردید (گی و بودر[۱۳۱]، ۱۹۸۶).
۱-۳-۳ اندازه گیری پایداری خاکدانه
برای ارزیابی پایداری خاکدانهها در مقابل آب از روش الک کردن در آب استفاده می شود. روش الک تر بر مبنای تعیین توزیع اندازه خاکدانهها پس از قرار گرفتن در آب استوار است.
در این تحقیق از یک سری الک که به ترتیب از قطر بزرگ به کوچک بر روی هم قرار گرفتند و شامل الکهای ۴، ۲، ۱،۵/۰ و ۲۵/۰ میلیمتر بود، استفاده شد و مقدار ۶۰ گرم خاک هوا خشک که از الک ۸ میلیمتری عبور داده شده بود بر روی الک بالایی ریخته شد و سری الک مربوطه در دستگاه بخار به مدت ۳-۲ ساعت با توجه به نوع خاک قرار داده شد و نمونههای خاک به صورت تدریجی با بخار آب اشباع شدند. و سپس سری الکها در قاب نگهدارنده مخصوص در ظرف آب قرار گرفتند و ارتفاع آب در ظرف تا حدی بود که در بالاترین حالت قرارگیری الکها، حدود ۴-۳ میلیمتر بالاتر از سطح خاکدانهها باشد. لازم به ذکر است که آب نباید از لبه بالایی الک فوقانی به بیرون بریزد. سپس با روشن کردن موتور الکتریکی دستگاه، عمل الک کردن نمونهها به مدت ۱۰ دقیقه با تواتر ۳۰ دور در دقیقه در دامنه ارتفاعی ۸۱/۳ سانتیمتری انجام شد (کمپر و رزنو[۱۳۲] ، ۱۹۸۶).
پس از پایان الک کردن، الکها به آرامی از آب بیرون آورده شدند و خاکدانههای روی هر الک به یک بوته چینی که قبلا توزین شده بود منتقل گردید و در دمای ۱۰۵ درجه سانتیگراد به مدت ۲۴ ساعت خشک و سپس توزین گردید.
با داشتن جرم خاکدانههای روی هر الک و جرم خاک خشک مورد استفاده، توزیع اندازه ذرات ثانویه خاک، میانگین وزنی قطر (MWD)، میانگین هندسی قطر (GMD) خاکدانهها، محاسبه گردید.
| ۱-۳ |
که در آن؛ میانگین قطر خاکدانههایی است که بر روی هر الک باقی میماند و نسبت جرم خاکدانهها در هر الک به جرم کل است.
۲-۳-۳ اندازه گیری مقاومت برشی
مقاومت برشی بوسیله دستگاه شیر وین در صحرا به دست آمد. که برای اندازه گیری مقاومت برشی لایه رویین خاک از پره برشی (مدل BS1377-) در شرایط اشباع استفاده شد. روش کار بدین صورت است که پره برشی در داخل خاک تا جایی که پرهها کاملا در خاک قرار بگیرد وارد می شود. سپس شروع به دوران پره برشی در جهت عقربههای ساعت کرده و تا برش (گسیختگی) خاک، ادامه میدهیم که حدود ۵ تا ۱۰ ثانیه طول میکشد. حداکثر مقدار تنش وارده روی صفحه مدرج در بالای پره برشی ثبت میگردد. این وسیله قادر به اندازه گیری تنشهای بین ۰ تا ۱۰۰ کیلوپاسکال میباشد.
۳-۳-۳ اندازه گیری آزمایشگاهی نرخ فرسایش پاشمانی
فرسایش پاشمانی در دو شیب ۵ و ۱۵ درصد و دو شدت بارندگی ۵۰ و ۸۰ میلی متر بر ساعت (چهار حالت) با بهره گرفتن از دستگاه پاشمانی چند متغیره در آزمایشگاه اندازه گیری شد. این دستگاه (شکل۴-۳) از سیستم شبیه ساز باران، تامین شیب و حرکت چرخشی نمونه تشکیل شده است. سیستم شبیه سازی باران شامل پمپ الکتریکی به ارتفاع هیدرولیکی ۳ متر و دبی ۱ لیتر بر دقیقه، لوله‌های تلسکوپی با ارتفاع قابل تغییر از ۵/۱ تا ۳ متر، شیر کنترل کننده دبی و باران ساز میباشد. به منظور ایجاد همپوشانی کامل باران با نمونه خاک با توجه به ابعاد سیلندر نمونهبرداری (۱۰*۱۰ سانتیمتر طبق الگوی مورگان، ۱۹۸۱) قطر بارانساز ۱۵ سانتیمتر در نظر گرفته شد. از سیستم تامین شیب برای تولید شیب استفاده شد. این دستگاه همچنین دارای دو استوانه شامل استوانهی اصلی و استوانه نمونه میباشد. استوانه اصلی، استوانهای به ارتفاع و قطر ۳۰ سانتیمتر است که استوانه نمونه با قطر ۱۰ سانتیمتر داخل آن قرار میگیرد و فرسایش حاصل از باران ایجاد شده توسط این استوانه جمع آوری می‌شود. این استوانه توسط دو تیغه به دو بخش بالای شیب و پایین شیب تقسیم شده است که می تواند پاشمان در بالادست و پایین دست شیب را تفکیک کند. در کف استوانه اصلی در هریک از بخشهای بالای شیب و پایین شیب، سوراخهایی تعبیه شده که رواناب حاصل در بالا دست و پایین دست شیب را به طور مجزا جمعآوری می کنند. بنابراین با این دستگاه میتوان، نرخ کل فرسایش پاشمانی، فرسایش پاشمانی بالادست شیب و پایین دست شیب را در شیب، شدت بارندگی و سرعت باد‌های مختلف بر روی خاکهای دست خورده و دست نخورده اندازه گیری نمود.
برای اندازه گیری فرسایش پاشمانی نمونههای خاک تحت شدت بارندگیهای ۵۰ و ۸۰ میلیمتر بر ساعت به مدت ۳۰ دقیقه و شیبهای ۵ و ۱۵ درصد در زیر شبیهساز باران دستگاه قرار گرفتند. سپس رواناب بخش بالادست و پایین دست به طور مجزا جمعآوری شد و در دمای ۱۰۵ درجه سانتی گراد در آون خشک و توزین گردید. و نرخ فرسایش پاشمانی کل از رابطه۲-۳ بهدست آمد. در این آزمایش سرعت چرخش استوانه نمونه در حدی در نظر گرفته شد که قطرات باران توزیع یکنواختی بر سطح خاک داشته باشند و از برخورد متوالی قطرات به یک نقطه ثابت در سطح خاک جلوگیری شود (ساعدی، ۱۳۹۱).
فرسایش پاشمانی کل از رابطه زیر به دست آمد.
۲-۳
: نرخ فرسایش پاشمانی کل برحسب گرم بر دقیقه بر متر مربع، : وزن خاک پاشمان شده در بالای شیب برحسب گرم، : وزن خاک پاشمان شده در پایین شیب بر حسب گرم، A: سطح مقطع استوانه نمونه به متر مربع، T: زمان بارش بر حسب دقیقه
الف
ب
شکل ۴-۳ دستگاه پاشمانی چند متغیره، الف: میله تلسکوپی، چهارچوب، استوانه اصلی و نمای داخلی از نحوه قرار گیری استوانه نمونه گیری در داخل استوانه اصلی، ب: الکتروپمپ، قطره ساز میله تلسکوپی و استوانه اصلی و نحوه قرار گیری شیب سنج روی چهارچوب
۴-۳-۳ اندازه گیری خصوصیات توپوگرافی
با بهره گرفتن از نقشه مدلهای رقومی ارتفاع ۱۰ در ۱۰ متر (مرکز ملی نقشه برداری، ۲۰۰۹)، در نرم افزار ۳.۴ILWIS و شبکه ۹.۲ArcGIS ، مشخصههای پستی و بلندی نظیر شیب، شاخص رطوبت، شاخص رسوب، شاخص قدرت و ارتفاع نقاط مورد نظر مشخص شدند. در این نقشهها شیب حداکثر میزان تغییر ارتفاع بین هر سلول و سلولهای مجاور آن میباشد. شاخص رطوبت معیار کنترل توپوگرافی رطوبت خاک یا نسبت بین حوضه آبریز و شیب بر روی انعکاس جریان تجمعی است. شاخص رسوب به عنوان یک معیار کنترلی توپوگرافی بر انتقال رسوب(عامل LS رابطه جهانی) تعریف شده است. شاخص قدرت یک شاخص توپوگرافی برای شکل گیری قدرت جریان آبراهه یا میزان تغییرات زمانی قدرت در واحد عرض کانتور است.
۴-۳ تجزیه و تحلیل
این پژوهش در دو بخش صورت گرفته است.
