آبخیز……………………………………………33

3-1-2- اقلیم منطقه ………………………………………………………………………………..34

3-1-3- زمین شناسی و خاکشناسی……………………………………………………………..34

3-1-3-1- مشخصات زمین شناسی ………………………………………………………………34

3-1-3-2-خصوصیات خاکهای حوزه آبخیز………………………………………………………35

3-1-4- پوشش گیاهی حوزه آبخیز بالخلوچای………………………………………………..35

3-1-5- هیدرولوژی………………………………………………………………………………….37

3-1-6- انواع فرسایش های موجود در حوزه آبخیز بالخلوچای………………………………….38

3-2- روش تحقیق …………………………………………………………………………………..38

3-2-1- بررسی عوامل محیطی مؤثر فرسایش کنار رودخانه ‍ ای موجود در منطقه………….39

3-2-1-1- عوامل توپوگرافی………………………………………………………………………..39

3-2-1-2- عوامل مربوط به زمین……………………………………………………………………45

3-2-1-3- عوامل انسانی………………………………………………………………………..47

3-2-2- ترکیب باندها از طریق تصاویر ماهواره ای………………………………………………48

3-2-3- حوزه بالادست رودخانه مورد مطالعه………………………………………………..49

3-2-4- مشخصات هندسی رودخانه بالخلو………………………………………………50

3-2-5- بررسی فرسایش کنار رودخانه ای با روابط تجربی………………………………….59

3-2-6- برآورد مقادیر فرسایش کنار رودخانه ای در سری زمانی و بازه های مجزا…………..60

3-2-8- بررسی و تجزیه و تحلیل تأثیر عوامل مختلف در رخداد فرسایش کنار رودخانه ای……60

3-2-8-1- بررسی آماری رابطه عوامل مؤثر………………………………………………………60

3-3- روش اجرای طرح……………………………………………………………………………….61

فصل چهارم: نتایج

4-1- نقش عوامل محیطی موثر در ایجاد انواع فرسایش آبی در منطقه……………………..66

4-1-1- نتایج فیزیوگرافی حوزه آبخیز بالخلوچای و حوزه بالادست…………………………….66

4-1-2- نتایج بررسی وضعیت زمین شناسی حوزه آبخیز بالخلوچای …………………………68

4-1-3- نتایج خاک حوزه آبخیز بالخلوچای …………………………………………………….71

4-2- نتایج بررسی فرسایش کنار رودخانه ای با استفاده از روابط تجربی……………………73

4-3- برآورد مقادیر فرسایش کنار رودخانه ای در سری زمانی و بازه های مجزا……………….74

4-4- نتایج بررسی عوامل موثر و تعیین روابط بین عوامل انتخابی با تغییرات فرسایش کنار رودخانه ای….87

4-5- روابط بین عوامل زمین محیطی متغیر با تغییرات فرسایش کنار رودخانه ای………….88

4-5-1- تغییرات شبکه هیدروگرافی در طی زمان……………………………………………..88

4-5-2- تغییرات کاربری اراضی در طی زمان………………………………………………….89

4-6- مهمترین عوامل مؤثر در رخداد فرسایش کنار رودخانه ای……………………………89

فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری

5-1- بحث……………………………………………………………………………………………91

5-2- نتیجه گیری……………………………………………………………………………………..93

5-3- پیشنهادها……………………………………………………………………………………..94

فهرست منابع و مآخذ…………………………………………………………………………….96

چکیده:

مشخص نمودن درجه فرسایش پذیری خاک در حوزه و نمایش آن به صورت نقشه در محیطGIS، در مدیریت بهینه از منابع آب و خاک موثر می باشد. برای ارزیابی فرسایش در حوزه های آبخیز معمولاً از روابط تجربی استفاده می شود. در این تحقیق که در حوزه آبخیز بالخلوچای در استان اردبیل به انجام رسیده، ابتدا پارامترهای موثر در ایجاد فرسایش کنار رودخانه ای موجود در منطقه شامل عوامل توپوگرافی، خاک و زمین، هیدرولوژی، تغییرات کاربری مورد بررسی قرار گرفتند. در ادامه، عوامل متغیر به پارامترهای سری زمانی، فیزیوگرافی، هیدرولوژی و عوامل زمینی طبقه بندی شدند. در پارامترهای زمانی در چهار مقطع زمانی 1334 با استفاده از عکس های هوایی، سال 1359 با استفاده از تصاویر ماهواره ایTM، سال های 1389 و 1392 با تصاویرGoogle Earthتهیه شد و سطح موثر فرسایش رودخانه ای مورد مقایسه قرار گرفت. مقدار فرسایش با استفاده از روابط تجربی متعدد بدست آمد، ولی نتایج بدست آمده قابل قبول نبود. سپس از تعیین متغیرهای مستقل شامل (عوامل توپوگرافی، هیدرولوژی،فرسایش پذیریخاك و عوامل زمینی (و سطح موثر فرسایش رودخانه ای به عنوان متغیر وابسته، با تجزیه و تحلیل آن ها در نرم افزار SPSSو استفاده از آزمون رگرسیونی چند متغیره، روابط برآورد مقدار فرسایش کنار رودخانه ای در چهار حالت مختلف بدست آمد و پارامترهای محیط بازه، دبی پیک، کشت آبی، زمان تمرکز، مرتع و مسکونی نقش بسیار زیادی در تشدید فرسایش کنار رودخانه ای از خود نشان می دهند. چرا که در رگرسیون چند متغیره جز اولین پارامترهایی هستند که وارد مدل می شوند.

فصل اول: مقدمه و کلیات

1-1- مقدمه

خاک، یکی از مهمترین منابع طبیعی هر کشور است. اگر استفاده از خاک بر اساس شناسایی استعداد و قدرت تولید آن و مبتنی بر رعایت اصول صحیح و علمی باشد، خاک از بین نمی رود. عاملی که موجودیت منابع آب و خاک را به خطر می اندازد، فرسایش است که همواره برای از بین بردن منابع عمل می کند (رفاهی، 1384).

امروزه بهره برداری بهینه از منابع آب و خاک به عنوان کلید توسعه مورد توجه خاص کشورهای دنیا بوده و در این میان موضوع فرسایش خاک و در نتیجه آن رسوبگذاری به عنوان یکی از مسائل مهم مطرح می باشد. فرسایش خاک در حوزه های آبخیز با توجه به تاثیرات منفی آن در پایین دست و بدلیل از دست رفتن منابع ارزشمند خاک حوزه حائز اهمیت بالایی بوده و انجام اقدامات حفاظت خاک و آبخیزداری در حوزه های تحت فرسایش خاک از جمله اقدامات اولویت دار اغلب کشورهای دنیا می باشد (شمسائی و صمدی، 1385).

باید در نظر داشت كه فرسایش نه تنها خود خاك را از بین برده و یا حاصلخیزی آن را كاهش می دهد، بلكه با ایجاد رسوب مواد در آبراهه ها، سبب انسداد آن ها می شود. همچنین با پركردن مخازن سدها، ظرفیت ذخیره آن ها را كاهش می دهد و در نتیجه عمر آن ها را كم می كند. بدین ترتیب فرسایش به برنامه توسعه كشاورزی منطقه كه بر پایه این تأسیسات بنا شده است، لطمه وارد می سازد. اصلاح این نوع رسوبگذاری اگر غیر ممكن نباشد، دست كم كاری مشكل است. برای نمونه در حال حاضر اگر سدی از رسوب ناشی از فرسایش پر شود، تنها راه چاره رها كردن آن و جستجوی محلی دیگر برای سدسازی است. به همین دلیل، سرمایه گذاری ها باید بیش از آنكه صرف احیای منابع از دست رفته شود، باید برای پیشگیری از فرسایش به كار رود )رفاهی، 1384؛ دسكروكس[1] و گوتیر[2]، 2002).

فرسایش خاك هر چند یك پدیده طبیعی حتمی می تواند قلمداد شود، ولی تشدید آن بر اثر عوامل مصنوعی مانند اعمال نادرست انسان در بهره برداری از طبیعت، می تواند موجب بروز خطرات جدی و ایجاد نابسامانی هایی در زندگی بشر گردد. در دید كاتاستروف وجود فرسایش خاك نه تنها مضر نیست، بلكه باعث تشكیل و توسعه دشت ها و اراضی مناسب برای كشت و زرع می گردد. ولی در مقیاس زمانی كوتاه تر، فرسایش باعث از دست رفتن خاك و كاهش تولید می گردد. بنابراین برای انسان كه نیاز به تولید غذا از خاك دارد، آسیب رسان است (فیلیپس[3]، 2002).

خاك یك منبع طبیعی است كه در مقیاس زمانی كوتاه تجدیدپذیر نیست. فرسایش خاك نیز فرآیند اصلی تخریب خاك بشمار می رود كه اثرات نامطلوبی را در آن باعث می شود. در توسعه پایدار منابع طبیعی، كاهش فرسایش خاك بایستی در اولویت اول برنامه ریزی ها قرار گیرد. فرسایش نه تنها باعث ایجاد خسارت بر روی خاك های كشاورزی و اراضی طبیعی می شود، بلكه در كیفیت آب ها و قدرت فرسایندگی آن ها نیز اثر داشته و باعث انتقال رسوب و ایجاد بسیاری از مسائل برون منطقه ای از قبیل سیل و … می گردد )بیزونایس [4]و همكاران، .(2001

در مطالعات فرسایش خاك، نحوه ارزیابی خطر فرسایش و پهنه بندی اراضی به درجات با شدت های مختلف فرسایش، حائز اهمیت فراوان است، چرا كه با شناسایی مناطق حاوی فرسایش و دارای توان بالقوه فرسایشی، می توان مدیریت صحیحی در استفاده از اراضی ارائه نمود و باعث كاهش فرسایش و یا جلوگیری از وقوع آن شد (مورگان[5]، 1996).

چون فرسایش نتیجه ای از تركیب چندین عامل می باشد كه بواسطه زمان و مكان تغییر می كنند، بنابراین هیچ روش ساده ای نمی تواند تمامی عوامل مربوطه را در ایجاد فرسایش در نظر گیرد، بخصوص در مناطقی كه تأثیرات انسانی غالب می باشد. باید در نظر داشت كه اساساً نمی توان عامل مشخص و معینی را به عنوان عامل اصلی فرسایش آبی در یك منطقه معرفی نمود، بلكه شرایط فرسایش موجود در منطقه را باید معلول تأثیرات متقابل مجموعه عوامل مؤثر در ایجاد فرسایش دانست. باید اذعان نمود كه هر عامل، عامل دیگری را تقویت و یا از فعالیت آن باز می دارد (رفاهی، 1384).

با توجه به فرایند بسیار طولانی تشکیل خاک و نقش کلیدی آن به عنوان یکی از مهم ترین نهاده های کشاورزی، لزوم حفاظت از آن اجتناب ناپذیر است. نرخ سالانه فرسایش خاك در ایران 33 تن در هكتار گزارش شده كه 5/6 برابر حد مجاز و استانداردهای بین المللی است. میانگین سالانه فرسایش خاک نیز به حدود 15 تن در هکتار رسیده که سه برابر متوسط قاره آسیاست (بازرگان و همکاران، 1390). امروزه کمتر منطقه ای را در سطح ایران می توان یافت که در معرض فرسایش قرار نگرفته باشد (احمدی، 1388).

یکی از مهمترین اشکال فرسایش خاک، فرسایش کنار رودخانه ای است که سالانه بخش قابل توجهی از اراضی مجاور را نابود می سازد (علی ابادی و همکاران، 1384). رودخانه ها و آبراهه ها تحت تأثیر عوامل طبیعی و یا دخالت های انسان دچار فرسایش بستر، فرسایش كناره ها و جابه جایی عرضی می شوند (صانعی و همکاران، 1387).

فرسایش كناره رودخانه ها عامل ناپایداری، جابه جایی و انتقال ذرات یا توده های خاك كناره می باشد. اگرچه فرسایش در رودخانه ها به صورت فرسایش كف و كناره ها توأماً دیده می شود، ولی رخداد فرسایش در كناره ها به صورت عمومی تر و رایج تر و موجب بروز مشكلات بیشتری نسبت به فرسایش كف می گردد. فرسایش كنار رودخانه ای، موجب معضلات فراوانی در حاشیه رودخانه های آبرفتی می شود. تعریض بستر رودخانه ها، تخریب اراضی كشاورزی، تخریب راه های مجاور ساحل رودخانه ها، افزایش شدید غلظت رسوب و آلودگی آب رودخانه و تهدید پایداری سازه های احداث شده، بخشی از مشكلات ناشی از فرسایش كنار رودخانه ای است. فرسایش كنار رودخانه ای رودخانه های كشور، هر ساله زیان های جبران ناپذیری را وارد می كند و عموماً به صورت های گوناگون و با شدت و ضعف متفاوتی در رودخانه های آبرفتی به طور طبیعی دیده می شود؛ به ویژه در هنگام سیلاب و پرآبی رودخانه تغییرات سریع تری در مقطع رودخانه و كناره ها رخ خواهد داد ولی دخالت ها و اقداماتی كه بشر در حاشیه و بستر رودخانه ها انجام می دهد، در بسیاری مواقع موجب تشدید روند فرسایش و منشأ بسیاری از خسارت های هنگفت شده است. بنابراین فرسایش در كناره ها می تواند یك پدیده طبیعی باشد و یا آنكه این پدیده، عارضی به دلیل تغییرات به وجود آمده توسط انسان در بستر رودخانه یا حاشیه آن است (آراسته و همکاران، 1383).

دلایل عمده تخریب سواحل و دیواره های رودخانه را می توان شسته شدن ذرات خاك در اثر جریان و امواج، شسته شدن پاشنه شیب سواحل و ریزش و گسیختگی درونی آن، افزایش شیب سواحل در اثر فرسایش و آب شستگی، افزایش فشار آب منفذی در حالت كاملاً اشباع، گسیختگی درونی شیب به علت نشت آب به سمت رودخانه، فرسایش ناشی از ورود زه آبهای كشاورزی و عوامل متعدد دیگر برشمرد (رفاهی، 1384).

رسوبات ناشی از فرسایش حوزه های آبریز معمولاً پس از بارندگی ها به رودخانه رسیده و با رسوبات ناشی از فرسایش دیواره بستر رودخانه همراه می شوند. این رسوبات تاسیسات آبی در مسیر رودخانه ها را تحت تاثیر قرار داده و عمر مفید مخازن را به خطر می اندازد.

در ایران همه ساله پهنه های وسیعی از اراضی مرغوب و حاصلخیز سواحل رودخانه و مسیل ها بر اثر عبور جریان های سیلابی فرسایش یافته و تخریب می شوند. بنابراین جهت ساماندهی و مدیریت رودخانه ها و كنترل فرسایش لازم است كه ضمن شناخت و پیش بینی رفتار هیدرولیكی جریان، نواحی مستعد فرسایش كنار رودخانه ای شناسایی گردیده و اقدامات لازم جهت كنترل آن ها به عمل آید (غفاری و همکاران، 1384).

2-1- کلیات

1-2-1- آشنایی با مفاهیم فرسایش

کلمه فرسایش که در انگلیسی و فرانسه به آن اروژن و اروژیون می گویند از ریشه لاتین ارودری به معنی سائیدگی می باشد و عبارت است از سائیده شدن سطح زمین. به طور کلی فرسایش به فرآیندی گفته می شود که طی آن ذرات خاک از بستر اصلی خود جدا شده و به کمک یک عامل انتقال دهنده به مکان دیگر حمل می شود. در صورتی که عامل جدا کننده ذرات از بستر و انتقال آن ها آب باشد، به آن فرسایش آبی گفته می شود. وقتی از فرسایش صحبت می شود فوراً آثار و علائمی که مشخص کننده نوع فرسایش است در نظر مجسم می شود که با تخریب و برداشت و حمل مواد و رسوب یا تجمع مواد همراه است. برای کنترل فرسایش آبی باید ابتدا با شناخت از عوامل مؤثر در آن راه حل مناسبی ارائه کرد.

علائم فرسایش خاک برای هر شخص قابل رویت بوده و فقط تعیین میزان شدت فرسایش مربوط به آینده است که به آسانی میسر نمی شود ولی از روی شدت فرسایش می توان وضع زمین های زراعتی و مراتع را تشخیص داد. شیارها بهترین شاهد عینی انهدام خاک است و با آغاز پیدایش جویبارهای پرشیب شیارها وسعت مهیبی پیدا می کند. با عمیق شدن شیارها امر کشت و زرع مختل می شود و همچنین استعداد زمین از لحاظ مرتع نیز از بین می رود. بنابراین با فرسایش شدید زمین، هم خاک حاصلخیز از آن محل دور می شود و هم کف زمین های فرسایش یافته دیگر به آسانی قابل بهره برداری نیست. جبران خاک فرسایش یافته برای طبیعت به خصوص در مناطق خشک که شرایط برای تشکیل خاک بسیار نامساعد می باشد، بسیار دشوار و طولانی است. از این رو به خصوص ساکنان مناطق خشک باید در حفظ و جلوگیری از فرسایش آن سعی و همت بیشتری مبذول دارند زیرا در این مناطق به طور طبیعی هم فرسایش شدیدتر است و هم امکان تشکیل خاک کمتر می باشد.

علت عمده اختلافی که از نظر فرسایش بین مناطق خشک و مرطوب وجود دارد، پوشش گیاهی زیاد در نقاط مرطوب است که نقش عمده ای در حفظ خاک ایفا می نماید. در این مناطق آب های باران و برف توسط گیاهان در زمین نگهداری می شود. نباتات با حفظ آب و نفوذ دادن آن در خاک مانع از جاری شدن آب در سطح زمین در نتیجه مانع از فرسایش خاک می گردند. پوشش گیاهی خاک را در مقابل فرسایش بادی نیز حفظ می کند.

2-2-1- عوامل موثر در فرسایش آبی