مقاله علمی- پژوهشی - لاویج
بررسی فرایندهای تشکیلدهنده موانع طولی در رودخانههای کوهستانی، مطالعه موردی،البرز شمالی،حوضه آبریز لاویجرود
رضا اسماعیلی*-استادیار گروه جغرافیای،دانشگاه آزاد اسلامی واحد نور
محمد مهدی حسینزاده-استادیار گروه جغرافیا،دانشگاه شهید بهشتی
پژوهشهای جغرافیای طبیعی،شماره 17،بهار ۱۳۸۹ُ ُ صص 05-34
چکیده
موانع طولی یکی از اشکال ژئومورفیک درونکانالی هستند که در قسمت مرکزی کانالهای رودخانهای تشکیل میشوند و به علت اینکه نقش مهمی در فرایند شریانی شدن رود دارند دارای اهمیت هستند.ازاینرو در این مقاله تشکیل موانع طولی و نقش آن در تغییر الگوی کانال مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.محدوده موئرد مطالعه حوضه آبریز لاویجرود نام دارد که در استان مازندران وجنوب شهر نور در دامنههای شمالی البرز مرکزی قرار گرفته است.روش تحقیق بدین صورت بوده است که 3 بازه از مسیر رود که دارای موانع طولی بودهاند مورد بررسی قرار گرفتند.نقشهبرداری از میسر رود با استفاده از GPS انجام گرفت و موقعیت موانع طولی در کانال رود مشخص گردید.سپس از چندین مقطع عرضی از هر بازه نقشهبرداری شد و اندازه ذرات رسوبی با استفاده از روش شمارش پیل تعیین گردید.حد دبی لبالبی با استفاده از شواهد میدانی شناسایی گردید.سپس با استفاده از روابط تنش برشی مرزی(کل)،تنش برشی بحرانی و پایداری نسبی بستر،توانایی رود مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.نتایج مقدار کم تنش برشی شکل بستر نشان میدهد که قسمت زیادی از انرژی رودخانه صرف غلبه بر مقاومت اشکال بستری میشود.نسبت کمتر از 1 پایداری نسبی بستر در بازههای مورد مطالعه نشاندهندهء پایداری کم ذرات رسوبی در بستر رود میباشد.ازاینرو موانع طولی در قسمتهای عریض کانال رود در جریانهای کمتر از لبالبی و در نتیجه تغذیه زیاد رسوب و کاهش قدرت رود انباشته شدهاند.تعداد این موانع در بعضی از بازهها نشاندهندهء تغییر تدریجی الگوی رود از حالت تقریبا مستقیم به الگوی شریانی میباشد که نتیجه آن ناپایداری بیشتر کانال میباشد.
کلید واژهها:
رودخانههای کوهستانی،موانع طولی رودها،پایداری نسبی بستر رود،الگوی رود،لاویجرود.
مقدمه
اشکال ژئومورفیک رودخانهای براساس موقعیت استقرارشان نسبت به کانال رود به چهار گروه تقسیم میشوند که عبارتند از:اشکال بستری که شامل آبشار،تنداب،چالاب-خیزاب،سکو-چالاب،کاسکاد و بستر هموار میشوند(حسینزاده و همکاران،5831)،اشکال میانی کانالی،اشکال متصل به کراننه کانال و اشکال موجود در دشت سیلابی.در این مقاله یک نوع از اشکال میانکانالی با عنوان موانع طولی1مورد بررسی قرار میگیرند.
موانع،اشکال بستری نسبتا بزرگی هستند که با نهشتهگذاری رسوبات در رودخانه ایجاد میشوند(گوردن و همکاران، 4002،671)و معمولا براساس شکل و موقعیتشان در رود،طبقهبندی شده و گسترهای از موانع ساده تا مرکب را که نشاندهندهء فازهای چندگانه نهشتهگذاری و حمل رسوب در طی جریانهای مختلف هستند را شامل میشوند(بریرلی،29،6991).
موانع طولی در وسط کانال تشکیل میشوند و کانال را به دو یا چند قسمت تقسیم میکنند.شکل این موانع رسوبی به صورت طویل و یا قطرهای میباشد(شکل 1 الف).اندازه ذرات رسوبی آنها از قلوهسنگها تا ذرات ریزدانهتر مانند شن و ماسه متغیر است.اندازه ذرات رسوبی در قسمت بالادست این موانع درشتتر بوده و به سمت پاییندست ریزتر میگردد.این (*)تلفن همراه 02373911190 E-mail:re-esmaili@yahoo.com
رسوبات معمولا ساختار متداخل1دارند که نشاندندهء جریان آب در طی دوره سیلابی است.در قسمت بالادست مانع که بار بستر درشتدانه قرار دارند،جریان واگرا شده و توانایی کافی برای حمل رسوب نداشته و در نتیجه مواد در وسط کانال انباشته میشوند.اگر موانع طولی بوسیله پوشش گیاهی درختی تثبیت شوند جزیره2نامیده میشوند(شکل 1 ب).گاهی به علت وجود موانعی در جریان،مانند رخنمون سنگ بستر،قطعه سنگها،واریزههای چوبی بزرگ و پوشش گیاهی،موانع طولی میانکانالی ایجاد میشوند که به آنها موانع میانکانالی اجباری3گفته میشود(شکل 1 ج و د).
در طی جریانهای سیلابی ممکن است موانع طولی بریده شوند و کانالهای میانبر4شکل گیرد.این اشکال که موانع میانی کانال مرکب5نامیده میشوند،شامل مجموعهای از واحدهای ژئومورفیک کوچکمقیاس مانند کانالهای میانبر،رشتههای رسوبی6و حفرههای فرسایشی میشود(شکل 1 و).مورفولوژی این اشکال به انرژی جریان و تاریخ حوادث سیلابی که باعث تشکیل مانع و جابجایی بعدی آن میشوند بستگی دارد(بریرلی و فریرس،811،5002).
شکل 1.تعدادی از اشکال ژئومورفیک میانکانالی(بریرلی و فریرس،5002)
هدف از این مقاله شناسایی فرایندهای موثر(دبی،تنش برشی،کل،تنش برشی بحرانی و پایداری نسبی بستر)در ایجاد موانع طولی در رودخانهها و نقش این موانع در تغییر الگوی رود میباشد.
منطقه مورد مطالعه
محدوده مورد مطالعه حوضه آبریز لاویجرود نام دارد که در استان مازندران و جنوب شهر نور در دامنههای شمالی البرز مرکزی قرار گرفته است(شکل 2).این حوضه بین عرضهای جغرافیایی؟61؟63 تا؟03؟72؟63 شمالی و طولهای جغرافیایی؟85؟15 تا؟5؟25 شرقی واقع شده است.مساحت تقریبی حوضه آبریز لاویجرود تا خروجی از کوهستان حدود 611 کیلومتر مربع میباشد.بارش متوسط حوضه به روش میانگین 716 میلیمتر محاسبه گردید که این مقدار به سمت (ثروتی و اسماعیلی،0831،651)خروجی رود از حوضه به حدود 008 میلیمتر و به سمت بالادست حوضه تا 003 میلیمتر کاهش مییابد.طول رودخانه اصلی از مرتفعترین نقطه(0043 متر)تا خروجی رود از کوهستان حدود(ارتفاع 002 متر)52 کیلومتر میباشد.میانگین دبی این رود در طی دوره آماری 0831-7331،در ایستگاه آبسنجی تنگه لاویج 1/1 متر مکعب در ثانیه بوده است.بزرگترین سیلابی که در این دوره آماری ثبت شده 571 متر مکعب در ثانیه بوده که در تابستان سال 6731 اتفاق افتقاده است.در این تحقیق چندبازه1از کانال رود مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفتند (شکل 2)که مشخصات آنها در ادامه عنوان میگردد.
بازه 1:در این بازه بین 05 تا 09 درصد موارد کانال رود در حاشیه دره قرار دارد.شیب کانال حدود 8 درصد میباشد. کانال رود از یک طرف در مجاورت حاشیه دره و از طرف دیگر دارای دشت سیلابی میباشد.موانع طولی این کانال حد اکثر تا 02 متر طول و 3 متر عرض دارند و رسوبات غالب آنها از ریگ و قلوهسنگ میباشد.
بازه 2:این بازه رودخانهای کاملا آبرفتی بوده و دره تقریبا تا عمق 51 متری از رسوبات آبرفتی پر شده است.این بازه از قسمت جنوبی با یک تندآب به گسل بزرگ شمالی البرز محدود شده و نسبت به آن نشست کرده است.ازاینرو با رسوبات آبرفتی پر شده است.رودخانه نیز به صورت عمودی دشت سیلابی خود را در سطح اساس محلی پایین برده است و عموما دارای کرانههای بلند میباشد.شیب بستر کانال در این استیل رود بین 4 تا 6 درصد است.تعداد زیادی از موانع طولی در این بازه مشاهده میشود.طول این موانع بین 5 تا 02 متر و عرض آنها بین 1 تا 5 متغیر است.دبی لبالبی در این بازه 4 متر مکعب در ثانیه است.
بازه 3:این بازه رودخانهای بین 01 تا 05 درصد موارد رود در حاشیه کنار دره قرار گرفته است.رود کمتر از 3 درصد میباشد،دبی لبالبی کانال 31/5 متر مکعب در ثانیه تخمین زده شده است.
مواد و روشها
-انتخاب بازهها و مطالعات میدانی:با پیمایش در امتداد رودخانه مورد مطالعه،بازههای رودخانهای(مجموعهای تقریبا یکنواخت از واحدهای ژئومورفیک یا استیل رود)مورد شناسایی قرار گرفتند و بازههایی که دارای موانع طولی بودهاند به عنوان بازه مورد مطالعه انتخاب شدند.با استفاده از دستگاه GPS از مسیر رود نقشهبرداری شد و موقعیت موانع طولی موجود در کانال رود مشخص گردید.همچنین در چندین محل از کانال رود مقطع عرضی تهیه گردید.برای اندازهگیری ذرات رسوبی در کانال و موانع طولی با استفاده از روش شمارش پیل2ولمن(کندلف و همکاران،3002،653)نمونه- گیری به عمل آمد.
شکل 2:موقعیت حوضه آبریز لاویجرود و پلان بازههای مورد مطالعه(خطوط افقی که پلان بازهها را قطع میکنند،محل برداشت مقاطع عرضی را نشان میدهند)
-تعیین دبی لبالبی1:دبی لبالبی حد اکثر دبی است که در کانال رود جریان پیدا میکند بدون این که بر روی کرانه کانال جاری میشود و معمولا به عنوان جریانی که بهطور متوسط هر 2/3-1 سال رخ میدهد پذیرفته شده است(سیمون (1)- Bankful discharge
و کاسترو،113،3002).در اینجا به جای استفاده از دوره برگشت جریان رود برای تعیین دبی لبالبی از شواهد میدانی استفاده شده است.مقطع دبی در جاهایی که دارای دشت سیلابی فعال بودهاند به راحتی شناسایی شدند،اما در بازههایی که دارای موانع طولی بوده و یا کانالهایی که بستر رود بهطور عمیق فروسایی شده،شناسایی حد دبی لبالبی مشکل بوده و از وجود پوشش گیاهی درختی در پایینترین حد در امتداد کانال رود استفاده شده است(اسماعیلی،5831).پس از مشخص شدن سطح مقطع دبی لبالبی و نقشهبرداری از آن با استفاده از رابطه مانینگ مقدار دبی لبالبی محاسبه گردید.
(1) Q?-A.R2/3.S1/2.n-1 که :Q? دبی به متر مکعب در ثانیه ṣ(m3/s) A مساحت مقطع عرضی به متر مربع ṣ(m2) R شعاع هیدرولیک(نسبت مساحت مقطع عرضی به محیط خیس شده)به متر، S شیب بستر کانال برحسب متر بر متر (m/m) و n ضریب زبری ماننینگ میباشد.
بعد از جمعآوری دادهها از مشاهدات میدانی با استفاده از فاکتورهای مختلفی مانند تنش برشی مرزی(کل)1،تنش برشی بحرانی2و پایداری نسبی بستر برای شروع حرکت ذرات رسوبی،بستر رود مورد ارزیابی قرار گرفت.
تنش برشی مرزی(کل):اگرچه تاکنون مباحث زیادی در مورد تنش برشی صورت گرفته،اما همچنان به عنوان رایجترین معیار پذیرفته شده برای آنالیز شروع حرکت ذرات رسوبی باقی مانده است(باتالا و مارتین،1002،422).به شروع حرکت ذرات رسوبی بوسیله جریان آب در بستر رود تنش برشی مرزی ??? گفته میشود و با استفاده از رابطه زیر محاسبه میشود:
(2) ???-p?wgRS
که ūūū ṣ(N/m2) p?w چگالی آب ṣ(1000 kg/m3) g شتاب ثقل 9/18 متر بر مجذور ثانیه .(m/s-2)
تنش برشی بحرانی:تنش برشی مورد نیاز برای حرکت یک ذره با قطر معین را میتوان با استفاده از رابطه زیر بدست آورد که تنش برشی بحرانی نام دارد.
(3)(به تصویر صفحه مراجعه شود) که ??? تنش برشی بحرانی ṣ(N/m2) p?s چگالی ذره رسوبی kg/m3) 0562)، d اندازه قطر ذرات به متر و ??? یک مقدار ثابت بیبعد است که تابع شکل ذره،ویژگیهای سیال و آرایش ذرات سطحی است و تنش برشی بحرانی بیبعد نامیده میشود(گوردن و همکاران،571،4002).مطالعات تجربی،مقادیر متفاوتی را برای این مقدار ثابت در نظر میگیرند که این مقدار معمولا بین 0/40 تا 0/60 متغیر است(گوردن و همکاران،571،4002).در اینجا به علت این که ذرات ریز در قسمت سطحی موانع و کانال کم بودهاند مقدار 0/40 در نظر گرفته شد.
پایداری نسبی بستر :(RBS)3 جووت(9891)پایداری نسبی بستر را به صورت نسبت سرعت بحرانی مورد نیاز برای حرکت ذره (Vc) به سرعت واقعی یا تخمینی جریان آب در نزدیک بستر رود (Vb) تعریف نمود(گوردن و همکاران،4002،671).
(4) RBS-Vc/Vb
که Vc یا سرعت بحرانی به صورت زیر تعریف میشود:
(5)(به تصویر صفحه مراجعه شود) و Vb به صورت زیر قابل محاسبه است:
(6) vb-0.7V
که d میانگین قطر ذرات به میلیمتر و v میانگین سرعت رود برحسب متر بر ثانیه (m/s) میباشد.
یافتههای تحقیق
تنش برشی که در واقع مجموع دو مولفه میباشد:1)تنش برشی در نتیجه مقاومت ذرات(تشن برشی ذره).تنها این عامل است که برای شروع حرکت و حمل بار بستر مورد توجه قرار میگیرد.2)تنش برشی در نتیجه مقاومت شکل بستر رود(پتیت و همکاران،5002،39).حرکت اولیه ذرات رسوبی در بستر رود به صورت بخشی میباشد و در قسمتهایی از بستر رود اتفاق میافتد که تنش برشی مرزی ??? از تنش برشی بحرانی ??? برای حمل ذره بیتشر باشد(کنراد و همکاران،2002،9).
با توجه به جدول 1 در بازههای مورد مطالعه تنش برشی کل(مرزی)هنگام جریانهای لبالبی در تمامی مقاطع از تنش بحرانی بیشتر میباشد.ازاینرو،رود در جریان لبالبی توانایی حمل رسوبات موجود را از موانع طولی و بستر کانال دارد.
مقدار مقاومت اشکال بستری میتواند برحسب تنش برشی شکل بستر ??? بیان شود.این مقدار با نسبت بین تنش برشی ذره به تنش برشی کل تعیین میشود(پتیت و همکاران،5002،39).هرچه این مقدار کمتر باشد نشاندهندهء مقاومت اشکال بستری در حمل رسوب است.مقادیر نسبتا کم ??? در مقاطع مختلف نشاندهندهء افت زیادی انرژی در نتیجه مقاومت اشکال بستری میباشد.این اشکال بستری در بازههای 1 و 2 بیشتر شامل سکو-چالاب1و در بازه 3 عموما شامل چالاب-خیزآب2میباشند.
پایداری نسبی بستر :(RBS) اگر به عدد بدست آمده از رابطه 4 از یک بزرگتر باشد نشاندهندهء پایداری بستر و هرچه این مقدار بیشتر باشد نشان میدهد که ذرات رسوبی موجود در کف بستر در حالت پایدار باقی خواهند ماند.برای بازههای مورد مطالعه این نسبت از عدد یک کمتر است(جدول 1).ازاینرو این رابطه نشان میدهد که رسوبات موجود در کف بستر در جریانهای لبالبی و کمتر قابل جابجایی هستند و بستر از نظر حرکت رسوب حالت ناپایدار دارد.
شکی نیست که وجود موانع طولی در کانال رود میتواند منجر به تغییر الگوی رود از حالت مستقیم و مئاندری به صورت شریانی شود.پلانفرم کانال براساس 3 معیار تعداد کانالها،سینوزیته و پایداری جانبی کانال قابل تفکیک است (بریرلی و فریرس،5002).بر این اساس بخشهایی از بازه 2 به علت وجود موانع کانالی مرکب به چند قسمت تقسیم شده است.با توجه به تعداد این کانالها(تا 3 کانال)الگوی رود در حالت انتقال از الگوی مستقیم و یا پیچ و خم- دار به صورت شریانی3میباشد(این الگوی رود یک حالت انتقالی از کانالهای مستقیم یا مئاندری به الگوی شریانی است که در آن تعداد کانالهای بریده بریده و فراوانی رسوباب بار بستر از الگوی شریانی (Braided) کمتر میباشد (جودی 3002))که در صورت گسترش،الگوی رود میتواند به صورت شریانی درآید.
از نظر سینوزیته همه این بازهها ضریبی بین 1/50 تا 1/3 دارند که طبق تقسیمبندی بریس(3891)دارای سینوزیته کم هستند(بریرلی و فریس،5002).
معیار دیگر پلاتفرم رود پایداری جانبی کانال است،پایداری جانبی کانال رود در بازههای 2 و 3 به صورت تغییر خط القعر و تغییر مسیر کانال رود4در کف دره بوده و به صورت کانالهای جدید یا ثانویه قابل مشاهده میباشد.ترکیب این سه معیار مورفولوژی رودخانههای آبرفتی را نشان میدهد(بریرلی و فریس،811،5002).
جدول 1.محاسبه تنش برشی(مرزی،بحرانی و شکل بستر)و پایداری نسبی بستر
(به تصویر صفحه مراجعه شود) (*) Y به معنی وجود موانع طولی و N نشاندهنده عدم وجود موانع طولی در کانال رود است.
نتیجهگیری
موانع طولی که در وسط رودخانه تشکیل میشوند به عنوان یک واحد ژئومورفیک رودخانهای،فرایندهای موثر بر شکل و الگوی کانال رود را نشان میدهند.در بازههای مورد مطالعه،تمامی این موانع طولی در قسمتهای عریض کانالهای نسبتا مستقیم یا با سینوزیته کم تشکیل شدهاند.بررسی موانع طولی،محاسبه تنش برشی(مرزی و بحرانی)و پایداری نسبی بستر (RBS) جریانهای لبالبی در بازههای مختلف لاویجرود نشان میدهد که این موانع در جریانهای سیلابی کمتر از لبالبی تشکیل شده و به علت وجود اشکال بستری در بازههای مختلف افت انرژی زیادی دارند که توانایی رود را برای حمل ذرات کاهش میدهد.
نسبت بار رسوبی زیاد و ناپایداری ذرات رسوبی بستر و رند این تغییرات در بازه 2 میتواند باعث تغییر الگوی رود شود که این تغییر الگو با جابجایی خط القعر و جدا شدن مسیر آبراهه و در نتیجه ناپایداری کانال رود همراه میباشد.
منابع
Simon,A.and Castro,J.2003.Measurement and Analysis of Alluvial Cehannel Form.In:Kondolf, G.M.Piegay,H.(eds),Tools in Fluvial Geomophology..Johb Wiley Sons Ltd,England,pp 291- 322.
Zielinski.,2003,Catastrophic Flood Effects in Alpine/Foothill Fluvial System(a Case Study from the Sudest Mts,SW Poland),Geomorphology 54:293-306.
همه منابع در اینجا ذکر نشده است.
این وبلاگ با نگاهی انتقادی به پیامدهای منفی گردشگری در دهستان لاویج می پردازد. پیامدهایی همچون تغییر هویت فرهنگی - تخریب محیط زیست - از بین بردن اتحاد و همبستگی محلی و طایفه ای و .....