دوره 15، شماره 2 - ( پاییز و زمستان 1403 )
جلد 15 شماره 2 صفحات 76-65 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Jafari A, Nazarnejad H, Najafi S, asadzadeh F. (2024). Sediment Particle Size Distribution behind the Check Dams of the Lashkaran Watershed, Salmas, West Azerbaijan. J Watershed Manage Res. 15(2), 65-76. doi:10.61186/jwmr.15.2.65
URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1250-fa.html
URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1250-fa.html
جعفری افسانه، نظرنژاد حبیب، نجفی سعید، اسدزاده فرخ. توزیع اندازه ذرات رسوب پشت بندهای اصلاحی حوزه لشکران سلماس استان آذربایجان‌غربی پژوهشنامه مديريت حوزه آبخيز 1403; 15 (2) :76-65 10.61186/jwmr.15.2.65
افسانه جعفری1، حبیب نظرنژاد* 
2، سعید نجفی1، فرخ اسدزاده3
2، سعید نجفی1، فرخ اسدزاده3
1- گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
2- گروه آبخیزداری، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
3- گروه خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
2- گروه آبخیزداری، دانشکده مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
3- گروه خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده: (164 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: از مهم‌ترین اهداف عملیات آبخیزداری، کاهش فرسایش و هدر‌رفت خاک و در مرحله بعد جلوگیری از خروج ذرات فرسایش یافته از حوزه آبخیز است. بههمین منظور معمولاً در سراسر آبخیزها سازه‌هایی جهت کنترل رسوب احداث می‌شود. بندهای اصلاحی نقش ویژه و مهمی در کاهش بار رسوبی رودخانه نیز ایفا میکنند. هدف از احداث بندهای رسوب‌گیر جلوگیری از ورود ذرات رسوب ناشی از فرسایش اراضی بالادست به رودخانه اصلی است. توزیع اندازه ذرات از مهم‌ترین ویژگی‌های فیزیکی مواد رسوبی بوده که از آن به‌عنوان یک عامل مهم در مدیریت رسوب در حوزههای آبخیز استفاده می‌شود. بسیاری از ویژگی‌های کمّی و کیفی رسوبات مانند تخلخل، نفوذپذیری، قابلیت انتقال، واکنش‌پذیری شیمیایی و فرسایش‌پذیری تحت تأثیر اندازه ذرات و چگونگی توزیع آن‌ها است. برای دستیابی به نتیجه بهتر در حوزههای آبخیر و به‌ویژه تله‌اندازی رسوبات در پشتبندهای اصلاحی، شناخت نوع رسوب و خصوصیات آن کمک شایانی در زمینه مدیریت بهتر حوزههای آبخیز و منابع آب و خاک می‌کند. در مقایسه بندهای اصلاحی با سایر اقدامات حفاظت آب و خاک جهت کاهش رسوب، بهنظر میرسد که مؤثرترین راه برای کاهش سریع ورود رسوبات درشتدانه به رودخانه، بندهای اصلاحی باشد. با توجه به نقش بندهای رسوب‌گیر در به دام انداختن ذرات رسوب، مطالعه رسوبات موجود در پشت این بندها از نظر ویژگی‌های توزیع اندازه ذرات دارای اهمیت بهسزایی است. هدف از این پژوهش، بررسی توزیع اندازه ذرات رسوب در پشتبندهای اصلاحی و بررسی کارایی بندهای رسوب‌گیر در تله‌اندازی رسوبات در حوزه آبخیز لشکران سلماس است.
مواد و روش‌ها: حوزه آبخیز لشکران در شمال غربی شهرستان سلماس در استان آذربایجان غربی واقع‌شده است. بر اساس تقسیم‌بندی کشوری در حوزه آبریز دریاچه ارومیه قرار دارد و مختصات جغرافیایی آن در طول جغرافیایی '38°44 تا '40°44 شرقی و عرض '38°17 تا '18°38 شمالی است. مساحت این حوضه 363 هکتار است. ابتدا با پایش میدانی، محل و ابعاد سازه‌ها و ارتفاع رسوب انباشته‌شده در پشت سازه‌ها بررسی و اندازه گرفته شد. برای تعیین توزیع اندازه ذرات رسوبات، از رسوبات پشت هر بند اصلاحی، نمونه‌برداری از دو عمق ۰ تا ۲۵ و ۲۵ تا ۵۰ سانتی‌متری انجام شد. در مجموع، 32 نمونه رسوب از هشتبند برداشت شد. نمونه‌ها به آزمایشگاه منتقل و پس از هوا خشک شدن از الک 2 میلی‌متری عبور داده شد. توزیع اندازه ذرات نمونه‌های رسوب بهروش هیدرومتری انجام شد. برای بررسی کمّی توزیع اندازه ذرات رسوب، مدل بهینه از بین تعدادی از مدل‌های توزیع اندازه ذرات انتخاب و شاخص‌های توزیع اندازه ذرات مانند D50 از طریق مدل بهینه محاسبه شد.
یافته‌ها: در حوضه مورد مطالعه، بندهای اصلاحی بر روی آبراهه با سه رتبه شامل رتبه یک، سه و چهار احداث شده‌اند. هفت بند بر روی آبراهه رتبه سه، یک بند در آبراهه رتبه چهار و یک بند در آبراهه رتبه یک احداث شده‌اند. نتایج نشان داد در آبراهههای رتبه 3 توزیع اندازه ذرات از الگوی خاص و منظمی تبعیت نمیکند و میانگین شن، سیلت، رس بهترتیب 65/7 ، 28/2 و6/1 درصد است. در آبراهه رتبه 4، میانگین شن 80/4 درصد و سیلت و رس بهترتیب 16/5 و 3/2 درصد است. این میزان در آبراهه رتبه یک بهترتیب 82/7، 9/8 و 7/6 درصد است. به‌طورکلی میانگین درصد ذرات شن و پس‌از آن سیلت بیشترین میزان حجم ذرات تشکیل دهنده رسوبات است. توزیع اندازه رسوب آبراهه رتبه سه نشان داد میزان تغییرات ذرات رسوب روند منظمی ندارد ولی به‌طورکلی میزان ذرات رس و سیلت با افزایش فاصله از خروجی حوزه آبخیز حالت صعودی و ذره شن حالت نزولی دارد. آبراهه رتبه چهار دارای شدت جریان بالایی است و تصور این است که ذرات درشتتری را با خود حمل می‌کند. در طول مسیر با نزدیک شدن به خروجی، میزان ذرات درشت بهدلیل وجود بندهای اصلاحی و بهتبع آن انباشته شدن رسوبات در پشت بندها کاهش پیدا می‌کند. میزان رس و سیلت با افزایش فاصله از خروجی روند نزولی و شن نیز روند صعودی دارد. آبراهه رتبه یک کمترین شدت جریان را دارد. مقدار رس با افزایش فاصله ثابت بوده و سیلت افزایش و شن کاهش پیدا کرده است. بهمنظور بررسی کارایی مدلها از سه ضریب کارایی استفاده شد. نتایج توزیع دانهبندی رسوبات نشان داد بندها در تله‌اندازی رسوبات درشتدانه مانند شن با سهم 69/5 درصد بیشترین کارایی را داشتهاند. همچنین نتایج بررسی ضرایب کارایی مدل‌های توزیع اندازه ذرات نشان داد مدل فردلاند با بیشترین ضریب تعیین با مقدار 0/98، کمترین شاخص RMSE با مقدار 0/03 و آماره آکائیک با مقدار 59/54- کارآمدترین مدل در اندازهگیری توزیع اندازه ذرات رسوب نسبت به هفت مدل دیگر است.
نتیجه‌گیری: با توجه به اینکه میانگین ذرات شن، سیلت و رس بهترتیب 69/5، 24/7 و 5/8 درصد است نشاندهنده عملکرد بندهای اصلاحی در مهار رسوبات درشتدانه مانند شن است. نتایج نشان میدهد بندهای بالادست حوضه ذرات درشتتر را مهار کردهاند اما این روند در بندهای اصلاحی دیگر مشاهده نمیشود. بهنظر میرسد در تغییرات اندازه رسوب انباشته شده، نوع بند رسوب‌گیر و توالی آن تأثیرگذار است. همچنین بهدلیل فاصله کمبندها از یکدیگر، رواناب، ذرات ریز تا درشت را با خود حمل کرده و نمی‌توان تمایز قطری منظمی بهدست آورد.
مقدمه و هدف: از مهم‌ترین اهداف عملیات آبخیزداری، کاهش فرسایش و هدر‌رفت خاک و در مرحله بعد جلوگیری از خروج ذرات فرسایش یافته از حوزه آبخیز است. بههمین منظور معمولاً در سراسر آبخیزها سازه‌هایی جهت کنترل رسوب احداث می‌شود. بندهای اصلاحی نقش ویژه و مهمی در کاهش بار رسوبی رودخانه نیز ایفا میکنند. هدف از احداث بندهای رسوب‌گیر جلوگیری از ورود ذرات رسوب ناشی از فرسایش اراضی بالادست به رودخانه اصلی است. توزیع اندازه ذرات از مهم‌ترین ویژگی‌های فیزیکی مواد رسوبی بوده که از آن به‌عنوان یک عامل مهم در مدیریت رسوب در حوزههای آبخیز استفاده می‌شود. بسیاری از ویژگی‌های کمّی و کیفی رسوبات مانند تخلخل، نفوذپذیری، قابلیت انتقال، واکنش‌پذیری شیمیایی و فرسایش‌پذیری تحت تأثیر اندازه ذرات و چگونگی توزیع آن‌ها است. برای دستیابی به نتیجه بهتر در حوزههای آبخیر و به‌ویژه تله‌اندازی رسوبات در پشتبندهای اصلاحی، شناخت نوع رسوب و خصوصیات آن کمک شایانی در زمینه مدیریت بهتر حوزههای آبخیز و منابع آب و خاک می‌کند. در مقایسه بندهای اصلاحی با سایر اقدامات حفاظت آب و خاک جهت کاهش رسوب، بهنظر میرسد که مؤثرترین راه برای کاهش سریع ورود رسوبات درشتدانه به رودخانه، بندهای اصلاحی باشد. با توجه به نقش بندهای رسوب‌گیر در به دام انداختن ذرات رسوب، مطالعه رسوبات موجود در پشت این بندها از نظر ویژگی‌های توزیع اندازه ذرات دارای اهمیت بهسزایی است. هدف از این پژوهش، بررسی توزیع اندازه ذرات رسوب در پشتبندهای اصلاحی و بررسی کارایی بندهای رسوب‌گیر در تله‌اندازی رسوبات در حوزه آبخیز لشکران سلماس است.
مواد و روش‌ها: حوزه آبخیز لشکران در شمال غربی شهرستان سلماس در استان آذربایجان غربی واقع‌شده است. بر اساس تقسیم‌بندی کشوری در حوزه آبریز دریاچه ارومیه قرار دارد و مختصات جغرافیایی آن در طول جغرافیایی '38°44 تا '40°44 شرقی و عرض '38°17 تا '18°38 شمالی است. مساحت این حوضه 363 هکتار است. ابتدا با پایش میدانی، محل و ابعاد سازه‌ها و ارتفاع رسوب انباشته‌شده در پشت سازه‌ها بررسی و اندازه گرفته شد. برای تعیین توزیع اندازه ذرات رسوبات، از رسوبات پشت هر بند اصلاحی، نمونه‌برداری از دو عمق ۰ تا ۲۵ و ۲۵ تا ۵۰ سانتی‌متری انجام شد. در مجموع، 32 نمونه رسوب از هشتبند برداشت شد. نمونه‌ها به آزمایشگاه منتقل و پس از هوا خشک شدن از الک 2 میلی‌متری عبور داده شد. توزیع اندازه ذرات نمونه‌های رسوب بهروش هیدرومتری انجام شد. برای بررسی کمّی توزیع اندازه ذرات رسوب، مدل بهینه از بین تعدادی از مدل‌های توزیع اندازه ذرات انتخاب و شاخص‌های توزیع اندازه ذرات مانند D50 از طریق مدل بهینه محاسبه شد.
یافته‌ها: در حوضه مورد مطالعه، بندهای اصلاحی بر روی آبراهه با سه رتبه شامل رتبه یک، سه و چهار احداث شده‌اند. هفت بند بر روی آبراهه رتبه سه، یک بند در آبراهه رتبه چهار و یک بند در آبراهه رتبه یک احداث شده‌اند. نتایج نشان داد در آبراهههای رتبه 3 توزیع اندازه ذرات از الگوی خاص و منظمی تبعیت نمیکند و میانگین شن، سیلت، رس بهترتیب 65/7 ، 28/2 و6/1 درصد است. در آبراهه رتبه 4، میانگین شن 80/4 درصد و سیلت و رس بهترتیب 16/5 و 3/2 درصد است. این میزان در آبراهه رتبه یک بهترتیب 82/7، 9/8 و 7/6 درصد است. به‌طورکلی میانگین درصد ذرات شن و پس‌از آن سیلت بیشترین میزان حجم ذرات تشکیل دهنده رسوبات است. توزیع اندازه رسوب آبراهه رتبه سه نشان داد میزان تغییرات ذرات رسوب روند منظمی ندارد ولی به‌طورکلی میزان ذرات رس و سیلت با افزایش فاصله از خروجی حوزه آبخیز حالت صعودی و ذره شن حالت نزولی دارد. آبراهه رتبه چهار دارای شدت جریان بالایی است و تصور این است که ذرات درشتتری را با خود حمل می‌کند. در طول مسیر با نزدیک شدن به خروجی، میزان ذرات درشت بهدلیل وجود بندهای اصلاحی و بهتبع آن انباشته شدن رسوبات در پشت بندها کاهش پیدا می‌کند. میزان رس و سیلت با افزایش فاصله از خروجی روند نزولی و شن نیز روند صعودی دارد. آبراهه رتبه یک کمترین شدت جریان را دارد. مقدار رس با افزایش فاصله ثابت بوده و سیلت افزایش و شن کاهش پیدا کرده است. بهمنظور بررسی کارایی مدلها از سه ضریب کارایی استفاده شد. نتایج توزیع دانهبندی رسوبات نشان داد بندها در تله‌اندازی رسوبات درشتدانه مانند شن با سهم 69/5 درصد بیشترین کارایی را داشتهاند. همچنین نتایج بررسی ضرایب کارایی مدل‌های توزیع اندازه ذرات نشان داد مدل فردلاند با بیشترین ضریب تعیین با مقدار 0/98، کمترین شاخص RMSE با مقدار 0/03 و آماره آکائیک با مقدار 59/54- کارآمدترین مدل در اندازهگیری توزیع اندازه ذرات رسوب نسبت به هفت مدل دیگر است.
نتیجه‌گیری: با توجه به اینکه میانگین ذرات شن، سیلت و رس بهترتیب 69/5، 24/7 و 5/8 درصد است نشاندهنده عملکرد بندهای اصلاحی در مهار رسوبات درشتدانه مانند شن است. نتایج نشان میدهد بندهای بالادست حوضه ذرات درشتتر را مهار کردهاند اما این روند در بندهای اصلاحی دیگر مشاهده نمیشود. بهنظر میرسد در تغییرات اندازه رسوب انباشته شده، نوع بند رسوب‌گیر و توالی آن تأثیرگذار است. همچنین بهدلیل فاصله کمبندها از یکدیگر، رواناب، ذرات ریز تا درشت را با خود حمل کرده و نمی‌توان تمایز قطری منظمی بهدست آورد.
فهرست منابع
1. Abbasi, N. A., Xu, X., Lucas-Borja, M. E., Dang, W., & Liu, B. (2019). The use of check dams in watershed management projects: Examples from around the world. Science of the total environment, 676, 683-691. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2019.04.249]
2. Abedini, M., Said, M. A. M., & Ahmad, F. (2012) Effectiveness of check dam to control soil erosion in a tropical catchment (The Ulu Kinta Basin). Catena, 97, 63-7. [DOI:10.1016/j.catena.2012.05.003]
3. Alfonso-Torreño, A., Gómez-Gutiérrez, Á., Schnabel, S., Contador, J.F.L., de Sanjosé Blasco, J.J., & Fernández, M.S. 2019. sUAS, SfM-MVS photogrammetry and a topographic algorithm method to quantify the volume of sediments retained in checkdams. Science of the Total Environment, 678, 369-382. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2019.04.332]
4. Arabkhedri, M., Feiznia, S., & Kamali, K. (2018). Attitude on River Suspended Sediment Grain-size in Arid and Semi-arid Regions of Iran and Its Impact on Floodwater Harvesting Systems. Iranian Journal of watershed management science, 12(41), 73-84.
5. Asadzadeh, F. (2018). Evaluation of Prediction Error in Some Particle Size Distribution Models for River Sediments. Iranian Journal of Soil Research, 31(4), 587-599.
6. Asadzadeh, F., & Samadi, A. (2016). Analysis of Physicochemical Properties of Sediments Trapped in Successive Check Dams. Iranian journal of soil and water research, 47(2), 293-306.
7. Bai, L., Wang, N., Jiao, J., Chen, Y., Tang, B., Wang, H., ... & Wang, Z. (2020). Soil erosion and sediment interception by check dams in a watershed for an extreme rainstorm on the Loess Plateau, China. International Journal of Sediment Research, 35(4), 408-416. [DOI:10.1016/j.ijsrc.2020.03.005]
8. Baiz Sharif, H., Khaleghpanah, N., Davari, M., & Rahimzadeh, M. (2023). Investigating the performance of check dams in granularity of sedimentation in a watershed affected by debris flow (Nanor, Baneh). Journal of Water and Soil Conservation, 30 (1), 111-130.
9. Boadu, F. K. (2000). Hydraulic conductivity of soils from grain-size distribution: new models. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 126(8), 739-746. [DOI:10.1061/(ASCE)1090-0241(2000)126:8(739)]
10. Bombino, G., Tamburino, V., & Zimbone, S. M. (2006). Assessment of the effects of checkdams on riparian vegetation in the Mediterranean environment: A methodological approach and example application. Ecological engineering, 27(2), 134-144. [DOI:10.1016/j.ecoleng.2006.01.005]
11. Flemming, B. W. (2007). The influence of grain-size analysis methods and sediment mixing on curve shapes and textural parameters: implications for sediment trend analysis. Sedimentary Geology, 202(3), 425-435. [DOI:10.1016/j.sedgeo.2007.03.018]
12. Fredlund, M. D., Fredlund, D. G., & Wilson, G. W. (2000). An equation to represent grain size distribution. Canadian Geotechnical Journal, 37(4), 817-827. [DOI:10.1139/t00-015]
13. Gee, G. W., & Bauder, J. W. (1986). Particle-size analysis In: A. Klute. (ed.) Methods of soil analysis, Part 1. Physical and Mineralogical Methods. ASA Monograph, 9, 337-382.
14. Hassanzadeh, A., Seyedian, M., Rouhani, H., & Farasati, M. (2020). Evaluation of Fractal Properties of Different Layers Sedimentation Behind the Check Dam. Iranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, 14(49), 59-69.
15. Indraratna, B., Nguyen, V. T., & Rujikiatkamjorn, C. (2012). Hydraulic conductivity of saturated granular soils determined using a constriction-based technique. Canadian Geotechnical Journal, 49(5), 607-613. [DOI:10.1139/t2012-016]
16. Kazemzadeh, M., Jahantigh, M., Noori, Z., Bayat, A., & Elyasi, A.S. (2022). Evaluation of watershed management measures effects on particle size distribution and phosphorus and organic carbon amounts in sediments (Case study: Taleghan paired watersheds). Journal of Water and Soil Conservation, 28(3), 93-113.
17. Madanchi, P., Shahedi, K., & Saidian, H. (2022). Investigation of the Effect of Watershed Management Operations on Erosion Change and Sedimentation Class, using MPSIAC Experimental Model in Semi-Arid Regions. Journal of Watershed Management Research. 13(25), 40-49 (In Persian). [DOI:10.52547/jwmr.13.25.40]
18. Najafi, S., & Sadeghi, S. H. R. (2013). Estimation of sediment sources through comparing results from soil erosion mapping, fingerprinting and field measurement techniques. Watershed Engineering and Management, 5(3), 165-178.
19. Rasouliazar, S., & Nahavand, S. F. (2018). Socio-economic and Environmental Impacts of the Watershed Management Projects in Mahabad's Dam Catchment. Management Economic Engineering in Agriculture and Rural Development, 18(3), 353-358.
20. Romero-Díaz, A., Marín-Sanleandro, P., & Ortiz-Silla, R. (2012). Loss of soil fertility estimated from sediment trapped in check dams. South-eastern Spain. Catena, 99, 42-53. [DOI:10.1016/j.catena.2012.07.006]
21. Rostami, K., Vaezi, A., & Sadeghi, S. H. (2021). The Effect of Gabion and Masonry Check Dams on Aggregation of Deposited Sediments in Razin Watershed, Kermanshah, Iran. Iranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, 15(55), 22-35.
22. Sadeghi, S. H. R., Gharemahmudli, S., & Khaledi Darvishan, A. (2014). Variability of Amount and Particle Size Distribution and Morphometric Characteristics of Bed Loads Due to Sand and Gravel Mining. Water and Soil, 28(1), 203-218.
23. Sierra, C., Menéndez-Aguado, J. M., Afif, E., Carrero, M., & Gallego, J. R. (2011). Feasibility study on the use of soil washing to remediate the As-Hg contamination at an ancient mining and metallurgy area. Journal of hazardous materials, 196, 93-100. [DOI:10.1016/j.jhazmat.2011.08.080]
24. Tajiki, M., Najafinejad, A., Gholipour, M., Siroosi, H., Sadodin, A., Sheikh, V.B., Zare Garizi, A., & Holisaz, A. (2022). Efficiency of Watershed Management Measures on Erosion and Sedimentation of Qarnaveh watershed, Golestan Province. Journal of Watershed Management Research. 13(26), 163-177 (In Persian). [DOI:10.52547/jwmr.13.26.163]
25. Vaezi, A., Rostami, K., & Sadeghi, S. H. R. (2020). Investigation on the effectiveness of gabion check dams in amount and grain size of sedimentation in the Rezin watershed, west of Iran. ournal of Water and Soil Conservation, 27(5), 201-216.
26. Wei, X., Li, X., & Wei, N. (2016). Fractal features of soil particle size distribution in layered sediments behind two check dams: Implications for the Loess Plateau, China. China. Geomorphology, 266, 133-145. [DOI:10.1016/j.geomorph.2016.05.003]
27. Yang, X., Lee, J., Barker, D. E., Wang, X., & Zhang, Y. (2012). Comparison of six particle size distribution models on the goodness-of-fit to particulate matter sampled from animal buildings. Journal of the Air & Waste Management Association, 62(6), 725-735. [DOI:10.1080/10962247.2012.671148]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
