توزیع اندازه ذرات رسوب پشت بندهای اصلاحی حوزه لشکران سلماس استان آذربایجان‌غربی

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 تاثیر 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 موثرترین 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 0 تا 25 و 25 تا 50 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 تاثیرگذار است. همچنین به‎دلیل فاصله کم‎بندها از یکدیگر، رواناب، ذرات ریز تا درشت را با خود حمل کرده و نمی‌توان تمایز قطری منظمی به‎دست آورد. 

sediment particle size distribution behind the check dams of the lashkaran watershed, salmas, west azerbaijan

extended abstractbackground: one of the major goals of watershed management operations is to reduce soil erosion and waste, and in the next step, to prevent the exit of eroded particles from the watershed. for this purpose, sediment control structures are usually built throughout watersheds. check dams also play a special and important role in reducing the sediment load of rivers. sediment dams are constructed to prevent the entry of sediment particles caused by the erosion of upstream lands into the main river. particle size distribution is one of the key physical characteristics of sediment materials that is used as an important factor in sediment management in watersheds. many quantitative and qualitative characteristics of sediments, such as porosity, permeability, transferability, chemical reactivity, and erodibility, are influenced by the size of particles and their mode of distribution. to achieve better results in watersheds and especially sediment trapping behind check dams, knowing the type of sediment and its characteristics helps in the better management of watersheds and water and soil resources. comparing check dams with other water and soil conservation measures to reduce sedimentation, it seems that check dams are the most effective way to quickly reduce the entry of coarse sediments into rivers. considering the role of sediment traps in trapping sediment particles, it is very important to study the sediments behind these dams in terms of particle size distribution characteristics. this research aims to investigate the size distribution of sediment particles behind check dams and to investigate the efficiency of sediment trapping dams in trapping sediments in the lashkaran salmas watershed.methods: the lashkaran watershed is located in the northwest of salmas city in west azerbaijan province. according to the country division, it is located in the urmia lake river basin, and its geographical coordinates are in the range of 44°38’‌ to 44°40’‌ east longitude and 38°17’‌ to 38°18 ’‌north latitude, with an area of of 363 hectares. first, the location and dimensions of the structures and the height of the accumulated sediment behind the structures were examined and measured through field monitoring. to determine the size distribution of sediment particles, the sediments behind each check dam were sampled at two depths of 0-25 and 25-50 cm. in total, 32 sediment samples were collected from eight dams. the samples were transferred to the laboratory, air dried, and then passed through a 2 mm sieve. the particle size distribution of sediment samples was determined by the hydrometric method. to quantitatively investigate sediment particle size distribution, an optimal model was selected from several particle size distribution models, and particle size distribution indices, such as d50, were calculated with the optimal model. results: in the studied watershed, check dams have been built on the streams with three orders, including order one, three, and four. seven dams have been built on the third-order streams, one dam on the fourth-order stream, and one dam on the first-order stream. the results show that the particle size distribution does not follow a specific and regular pattern in order three streams, and the average percentages of sand, silt, and clay are 65.7%, 28.2%, and 6.1%, respectively. in order four streams, the average percentages of sand,silt, and clay are 80.4%, 16.5%, and 3.2%, respectively. the respective percentages are 82.7%, 9.8%, and 7.6% in the first order. in general, the average percentage of sand particles, followed by silt, is the largest volume of particles making up sediments. the sediment size distribution of the third-order steams shows that the amount of changes in sediment particles does not have a regular trend, but in general, the percentages of clay and silt increase with increasing distance from the outlet of the watershed, with a decrease in the amount of sand particles. the fourth-order stream has high flow intensity and assumedly carries larger particles. along with approaching the outlet, the amount of coarse particles decreases due to the presence of check dams and the accumulation of sediments behind the dams. as the distance from the outlet increases, the amount of clay and silt tends to decrease while sand particles tend to increase. the first-order stream has the lowest flow intensity. the amount of clay is constant with increasing distance, with increased silt and decreased sand percentages. three efficiency coefficients were used to assess the efficiency of the models. the results of the sediment granulation distribution showed that check dams were most efficient in trapping sediments such as sand with a share of 69.5%. the results of examining the efficiency coefficients of particle size distribution models show that the fredlund model with the highest coefficient of determination (0.98), the lowest rmse index (0.03), and akaike’s statistic (59.54) is the most efficient model in measuring the distribution of sediment particle size compared to the other seven models.conclusion: the average particles of sand, silt, and clay (69.5%, 24.7%, and 5.8%, respectively) indicate the performance of check dams in controlling coarse-grained sediments such as sand. the results show that the dams upstream the watershed have restrained larger particles, but this trend is not seen in other check dams. it seems that the type and sequence of the dam are more effective in sediment changes. moreover, the runoff carries fine to coarse particles, and regular diameter differentiation cannot be obtained due to the short distance between the dams.