فهرست مطالب:

فصل اول: مقدمه و کلیات

 1-1- مقدمه………………………………………………………………………………………….2

1- 2- کلیات …………………………………………………………………………………………..6

1-2-1- آشنایی با مفاهیم فرسایش………………………………………………………………6

1-2-2- عوامل موثر در فرسایش آبی………………………………………………………………7

1-2-2-1- عوامل اقلیمی…………………………………………………………………………….7

1-2-2-2- فرسایش‌پذیری خاک…………………………………………………………………..8

1-2-2-3-  شیب زمین……………………………………………………………………………….9

1-2-2-4- پوشش گیاهی………………………………………………………………………….9

1-2-2-5- مدیریت (نحوه بهره‌برداری از اراضی) …………………………………………………9

1-2-3- انواع فرسایش آبی……………………………………………………………………….10

1-2-4- ساماندهی رودخانه……………………………………………………………………..17

1-3- ضرورت و اهداف تحقیق……………………………………………………………………18

1-4- فرضیه و روش شناسی تحقیق……………………………………………………………20

فصل دوم: مروری بر منابع

2-1 مروری بر منابع………………………………………………………………………………..23

2-1-1- تحقیقات صورت گرفته در خارج از کشور………………………………………………….23

2-1-2- تحقیقات صورت گرفته در داخل کشور…………………………………………………..27

فصل سوم: مواد و روش‌ها

3-1- ویژگی‌های منطقه مورد مطالعه……………………………………………………………..32

3-1-1- مشخصات فیزیوگرافی و توپوگرافی حوزه 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 فرسایش‌های موجود در حوزه آبخیز بالخلوچای………………………………….38

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

3-2-1- بررسی عوامل محیطی مؤثر فرسایش کنار رودخانه‌‍‌ای 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 ماهواره‌ای………………………………………………48

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

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

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

3-2-6- برآورد مقادیر فرسایش کنار رودخانه‌ای در سری زمانی و بازه‌های مجزا…………..60

3-2-8- بررسی و تجزیه و تحلیل تأثیر عوامل مختلف در رخداد فرسایش کنار رودخانه‌ای……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 زمین‌شناسی حوزه آبخیز بالخلوچای …………………………68

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

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

4-3- برآورد مقادیر فرسایش کنار رودخانه‌ای در سری زمانی و بازه‌های مجزا……………….74

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

4-5- روابط بین عوامل زمین محیطی متغیر با تغییرات فرسایش کنار رودخانه‌ای………….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 رودخانه‌ای……………………………89

فصل پنجم: بحث و نتیجه‌گیری

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

5-2- نتیجه‌گیری……………………………………………………………………………………..93

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

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

چکیده:

مشخص نمودن درجه فرسایش‌پذیری خاک در حوزه و نمایش آن به صورت نقشه در محیط GIS، در مدیریت بهینه از منابع آب و خاک موثر می‌باشد. برای ارزیابی فرسایش در حوزه‌های آبخیز معمولاً از روابط تجربی استفاده می‌شود. در این تحقیق که در حوزه آبخیز بالخلوچای در استان اردبیل به انجام رسیده، ابتدا پارامترهای موثر در ایجاد فرسایش کنار‌رودخانه‌ای 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 طبقه‌بندی شدند. در پارامترهای زمانی در چهار مقطع زمانی 1334 با استفاده از عکس‌های هوایی، سال 1359 با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای TM، سال‌های 1389 و 1392 با تصاویر Google Earth تهیه شد و سطح موثر فرسایش رودخانه‌ای 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 پذیری خاك و عوامل زمینی (و سطح موثر فرسایش رودخانه‌ای به عنوان متغیر وابسته، با تجزیه و تحلیل آن‌ها در نرم افزار  SPSS و استفاده از آزمون رگرسیونی چند متغیره، روابط برآورد مقدار فرسایش کنار رودخانه‌ای 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 رودخانه‌ای از خود نشان می‌دهند. چرا که در رگرسیون چند متغیره جز اولین پارامترهایی هستند که وارد مدل می‌شوند.

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 نمی‌رود. عاملی که موجودیت منابع آب و خاک را به خطر می‌اندازد، فرسایش است که همواره برای از بین بردن منابع عمل می‌کند (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 می‌باشد. فرسایش خاک در حوزه‌های 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 حوزه‌های تحت فرسایش خاک از جمله اقدامات اولویت‌دار اغلب کشورهای دنیا می‌باشد (شمسائی و صمدی، 1385).

باید در نظر داشت كه فرسایش نه تنها خود خاك را از بین برده و یا حاصلخیزی آن را كاهش می‌دهد، بلكه با ایجاد رسوب مواد در آبراهه‌ها، سبب انسداد آن‌ها می‌شود. همچنین با پركردن مخازن سدها، ظرفیت ذخیره آن‌ها را كاهش می‌دهد و در نتیجه عمر آن‌ها را كم می‌كند. بدین ترتیب فرسایش به برنامه توسعه كشاورزی منطقه كه بر پایه این تأسیسات بنا شده است، لطمه وارد می‌سازد. 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، سرمایه‌گذاری‌ها 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 می‌تواند قلمداد شود، ولی تشدید آن بر اثر عوامل مصنوعی مانند اعمال نادرست انسان در بهره برداری از طبیعت، می‌تواند موجب بروز خطرات جدی و ایجاد نابسامانی‌هایی در زندگی بشر گردد. در دید كاتاستروف وجود فرسایش خاك نه تنها مضر نیست، بلكه باعث تشكیل و توسعه دشت‌ها و اراضی مناسب برای كشت و زرع می‌گردد. ولی در مقیاس زمانی كوتاه‌تر، فرسایش باعث از دست رفتن خاك و كاهش تولید می‌گردد. 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 می‌رود كه اثرات نامطلوبی را در آن باعث می‌شود. در توسعه پایدار منابع طبیعی، كاهش فرسایش خاك بایستی در اولویت اول برنامه‌ریزی‌ها قرار گیرد. فرسایش نه تنها باعث ایجاد خسارت بر روی خاك‌های كشاورزی و اراضی طبیعی می‌شود، بلكه در كیفیت آب‌ها و قدرت فرسایندگی آن‌ها نیز اثر داشته و باعث انتقال رسوب و ایجاد بسیاری از مسائل برون منطقه‌ای از قبیل سیل و … می‌گردد  )بیزونایس [4]و همكاران، .(2001

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

چون فرسایش نتیجه‌ای از تركیب چندین عامل می‌باشد كه بواسطه زمان و مكان تغییر می‌كنند، بنابراین هیچ روش ساده‌ای نمی‌تواند تمامی عوامل مربوطه را در ایجاد فرسایش در نظر گیرد، بخصوص در مناطقی كه تأثیرات انسانی غالب می‌باشد. باید در نظر داشت كه اساساً نمی‌توان 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 می‌دارد (رفاهی، 1384).

با توجه به فرایند بسیار طولانی تشکیل خاک و نقش کلیدی آن به عنوان یکی از مهم‌ترین نهاده‌های کشاورزی، لزوم حفاظت از آن اجتناب‌ناپذیر است. نرخ سالانه فرسایش خاك در ایران 33 تن در هكتار گزارش شده كه 5/6 برابر حد مجاز و استانداردهای بین‌المللی 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 منطقه‌ای را در سطح ایران می‌توان یافت که در معرض فرسایش قرار نگرفته باشد (احمدی، 1388).

یکی از مهمترین اشکال فرسایش خاک، فرسایش کنار رودخانه‌ای است که سالانه بخش قابل توجهی از اراضی مجاور را نابود می‌سازد (علی ابادی و همکاران، 1384). رودخانه‌ها و آبراهه‌ها تحت تأثیر عوامل طبیعی و یا دخالت‌های انسان دچار فرسایش بستر، فرسایش كناره‌‌‌ها و جابه‌جایی عرضی می‌‌‌شوند (صانعی و همکاران، 1387).

فرسایش كناره رودخانه‌ها عامل ناپایداری، جابه‌جایی و انتقال ذرات یا توده‌های خاك كناره می‌باشد. اگرچه فرسایش در رودخانه‌ها به صورت فرسایش كف و كناره‌ها توأماً دیده می‌شود، ولی رخداد فرسایش در كناره‌ها به صورت عمومی‌تر و رایج‌تر و موجب بروز مشكلات بیشتری نسبت به فرسایش كف می‌گردد. فرسایش كنار رودخانه‌ای، موجب معضلات فراوانی در حاشیه رودخانه‌های آبرفتی می‌شود. تعریض بستر رودخانه‌ها، تخریب اراضی كشاورزی، تخریب راه‌های مجاور ساحل رودخانه‌ها، افزایش شدید غلظت رسوب و آلودگی آب رودخانه و تهدید پایداری سازه‌های احداث شده، بخشی از مشكلات ناشی از فرسایش كنار رودخانه‌ای است. فرسایش كنار رودخانه‌ای رودخانه‌های كشور، هر ساله زیان‌های جبران ناپذیری را وارد می‌كند و عموماً به صورت‌های گوناگون و با شدت و ضعف متفاوتی در رودخانه‌های آبرفتی به طور طبیعی دیده می‌شود؛ به ویژه در هنگام سیلاب و پرآبی رودخانه تغییرات سریع‌تری در مقطع رودخانه و كناره‌ها رخ خواهد داد ولی دخالت‌ها و اقداماتی كه بشر در حاشیه و بستر رودخانه‌ها انجام می‌دهد، در بسیاری مواقع موجب تشدید روند فرسایش و منشأ بسیاری از خسارت‌های هنگفت شده است. بنابراین فرسایش در كناره‌ها می‌تواند 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 دیواره‌های رودخانه را می‌توان 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 زه‌آبهای كشاورزی و عوامل متعدد دیگر برشمرد (رفاهی، 1384).

رسوبات ناشی از فرسایش حوزه‌های آبریز معمولاً پس از بارندگی‌ها به رودخانه رسیده و با رسوبات ناشی از فرسایش دیواره بستر رودخانه همراه می‌شوند. این رسوبات تاسیسات آبی در مسیر رودخانه‌ها را تحت تاثیر قرار داده و عمر مفید مخازن را به خطر می‌اندازد.

در ایران همه ساله پهنه‌های وسیعی از اراضی مرغوب و حاصلخیز سواحل رودخانه و مسیل‌ها بر اثر عبور جریان‌های سیلابی فرسایش یافته و تخریب می‌شوند. بنابراین جهت ساماندهی و مدیریت رودخانه‌ها و كنترل فرسایش لازم است كه ضمن شناخت و پیش بینی رفتار هیدرولیكی جریان، نواحی مستعد فرسایش كنار رودخانه‌ای شناسایی گردیده و اقدامات لازم جهت كنترل آن‌ها 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 می‌گویند از ریشه لاتین ارودری به معنی سائیدگی می‌باشد و عبارت است از سائیده شدن سطح زمین. به طور کلی فرسایش به فرآیندی گفته می‌شود که طی آن ذرات خاک از بستر اصلی خود جدا شده و به کمک یک عامل انتقال دهنده به مکان دیگر حمل می‌شود. در صورتی که عامل جدا کننده ذرات از بستر و انتقال آن‌ها آب باشد، به آن فرسایش آبی گفته می‌شود. وقتی از فرسایش صحبت می‌شود فوراً آثار و علائمی که مشخص کننده نوع فرسایش است در نظر مجسم می‌شود  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 راه‌حل 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 نمی‌شود ولی از روی شدت فرسایش می‌توان وضع زمین‌های زراعتی و مراتع را تشخیص داد. شیارها بهترین شاهد عینی انهدام خاک است و با آغاز پیدایش جویبارهای پرشیب شیارها وسعت مهیبی پیدا می‌کند. با عمیق شدن شیارها امر کشت و زرع مختل می‌شود و همچنین استعداد زمین از لحاظ مرتع نیز از بین می‌رود. بنابراین با فرسایش شدید زمین، هم خاک حاصلخیز از آن محل دور می‌شود و هم کف زمین‌های فرسایش یافته دیگر به آسانی قابل بهره‌برداری نیست. جبران خاک فرسایش یافته برای طبیعت به‌خصوص در مناطق خشک که شرایط برای تشکیل خاک بسیار نامساعد می‌باشد، بسیار دشوار و طولانی است. از این رو به‌خصوص 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 می‌باشد.

علت عمده اختلافی که از نظر فرسایش بین مناطق خشک و مرطوب وجود دارد، پوشش گیاهی زیاد در نقاط مرطوب است که نقش عمده‌ای در حفظ خاک ایفا می‌نماید. در این مناطق آب‌های باران و برف توسط گیاهان در زمین نگهداری می‌شود. نباتات با حفظ آب و نفوذ دادن آن در خاک مانع از جاری شدن آب در سطح زمین در نتیجه مانع از فرسایش خاک می‌گردند. پوشش گیاهی خاک را در مقابل فرسایش بادی نیز حفظ می‌کند.