تغييرات زماني و مكاني الگوي اتصال ساختاري رسوب در حوزه آبخيز تهم چاي زنجان

Temporospatial variations of structural sediment connectivity patterns in Taham-Chi watershed in Zanjan province, Iran

سابقه و هدف: استفاده‌ي بي‌رويه از منابع طبيعي سبب تشديد هدر‌رفت خاك و توليد رسوب بيش از مقادير مجاز شده است. افزايش رسوب توليدي در حوزه‌هاي آبخيز سبب مشكلات درون و برون منطقه‌اي زيادي مي‌شود. بنابراين آگاهي از پهنه‌هاي مهم و مستعد انتقال رسوبات از ملزومات طراحي راهبردهاي مؤثر در مديريت توليد و انتقال رسوب در حوزه‌هاي آبخيز است. يكي از مفاهيم مهم در اين زمينه، بررسي اتصال ساختاري رسوب است كه انتقال رسوب از يك بخش به بخشي ديگر و پتانسيل جابه‌جايي براي ذرات رسوب در سراسر سامانه‌ي آبخيز (درون‌دامنه‌اي، بين‌دامنه‌ و آبراهه، درون‌آبراهه‌اي) را مورد ‌بررسي قرار مي‌دهد. ازاين‌ رو، پژوهش حاضر به‌منظور بررسي پراكنش مكاني و تغييرات زماني اتصال ساختاري رسوب در سه سال 1990، 2001 و 2014 در حوزه‌ي آبخيز تهم‌چاي زنجان انجام شد. مواد و روش‌ها: در اين مطالعه با استفاده از نقشه‌ي مدل رقومي ارتفاعي منطقه با مقياس 1:25000 و سلول‌هاي 100 مترمربعي لايه‌هاي شيب، جهت جريان، جريان تجمعي جريان تهيه شدند. لايه‌ي رقومي عامل پوشش گياهي نيز با استفاده از تصاوير Landsat و با استفاده از شاخص NDVI به‌دست آمد. درنهايت با استفاده از لايه‌ي شبكه‌ي آبراهه‌اي، شاخص اتصال ساختاري رسوب با توجه به دو سناريوي اتصال رسوبي دامنه و خروجي آبخيز؛ و دامنه و شبكه‌ي آبراهه‌اي مورد محاسبه قرار گرفت. يافته‌ها: نتايج نشان داد بر اساس سناريوي اول محدوده‌ي عددي ۸/۲۴- تا ۸/۰۶- و ۱/۰۲ تا ۱/۱۸ به‌ترتيب براي حداقل و حداكثر مقادير شاخص اتصال براي سال‌هاي مورد ‌بررسي به‌دست آمدند. شاخص اتصال ساختاري از سال 1990 تا سال 2014 از 5- به 7- كاهش‌يافته است. بر اساس نقشه‌هاي حاصل، مناطق غربي، جنوب غربي و شمال غربي، اتصال ساختاري بيش‌تري نسبت به بخش‌هاي ديگر حوزه‌ي آبخيز داشتند. از نظر مكاني نيز تفاوت خالص مقادير شاخص اتصال رسوبي بين دو سال 2001 و 2014 با محدوده‌ي تغييرات ۰/۹ در عموم قسمت‌هاي حوزه‌ي آبخيز منجر به كاهش اتصال ساختاري رسوب از نظر مكاني شده است. طبق سناريوي دوم، بخش‌هاي شمالي و جنوب شرقي آبخيز به‌دليل دوري از شبكه‌ي آبراهه‌اي و در مورد مناطق مركزي در تركيب با توپوگرافي ملايم، داراي اتصال رسوبي كم‌تري نسبت به بخش‌هاي ديگر آبخيز بوده كه با نتايج تعيين اتصال ساختاري بر اساس خروجي آبخيز انطباق داشته است. هم‌چنين بخش‌هاي جنوبي، غربي و شمال غربي آبخيز، دامنه‌هاي يكپارچه‌اي از نظر مناطق مستعد انتقال رسوب به شبكه‌ي آبراهه‌اي را تشكيل دادند. نتيجه‌گيري: به‌طوركلي بر اساس نتايج پژوهش حاضر، امكان بررسي اتصال ساختاري و تغييرات زماني و مكاني آن در گستره‌ي آبخيز وجود داشت و از طريق آن مي‌توان به تشخيص مناطق همگن ازنظر ميزان احتمال انتقال رسوب توليدي دست‌ يافت. اين امر زمينه‌ساز اتخاذ تصميمات و برنامه‌هاي اصلاحي و مديريتي هدف‌مند در مورد توليد و انتقال رسوب با توجه به اولويت پهنه‌هاي مشخص‌شده و محدوديت‌هاي مالي و تجهيزاتي به‌ويژه در كشورهايي چون ايران مي‌شود.

Background and Objectives: Overuse of natural resources exacerbates soil loss and sediment yield and has caused exceeding allowable rates of soil erosion. Many on-and off-site problems occurred due to irregular human use of natural resources leading to increasing sediment loads in the watersheds. Intensification of sediment yield leads to many intra and extra problems in the watersheds. The awareness on important and susceptible areas of sediment transport is therefore an essential tool to design effective strategies in management of sediment yield and transport in watersheds. Sediment connectivity is one of the most important concepts in this context to investigate sediment transfer between different locations and potential transfer of sediment particle across (between hillslopes, between channel and hillslope, within channel) a watershed. This research was therefore planned to investigate spatial and temporal variations of structural sediment connectivity in 1990, 2001 and 2014 years in Taham-Chai Watershed in Zanjan province, Iran. Materials and Methods: In this study; slope, flow direction and flow accumulation layers have been made using digital elevation model (DEM) in 1:25000 scale and 100 m2 cell sizes. The C factor layer has been made using Landsat images in 1990, 2001 and 2014 years based on the NDVI. All layers along with the main stream network layer of the watershed have been used under two scenarios viz. the potential connection of sediment between hillslopes and catchment outlet and sediment connection between hillslopes and main channels to estimate structural sediment connectivity. Results: The results showed that the structural sediment connectivity based on the first scenario varied from -8.24 to -8.06 and 1.02 and 1.18 for min and max values, respectively. The Structural sediment connectivity index has decreased from -5 to -7 during 1990 until 2014. Regarding structural sediment connectivity maps, connectivity is high in western, southwestern and northwestern sections than other parts of the study area. The net spatial difference of structural sediment coactivity index values has been changed in the range of 0.9 from 2001 until 2014 which it is decreasing in the most sections of the study area and led to a decrease in structural sediment connectivity index. The results of the second scenario showed that the north and southwestern sections of the watershed along with central sections have low structural connectivity because of far distance from the channel network and slight topography respectively which these results are also consistent with results of first scenario. In addition, south, eastern and northeastern sections of the watershed have formed integrated hillslopes which they are prone to transfer sediment to the channel network. Conclusion: Overall, on the basis of the results there is a possibility to investigate structural sediment connectivity and its temporal and spatial variations in the watershed. It also helps distinguish homogeneous sections by similar potential in sediment transport. Accordingly, investigation of structural sediment connectivity causes making conservative measurements and purposeful managerial decisions about sediment yield and transfer with respect to priority of homogeneous sections and financial and equipment constraints especially in countries such as Iran.