پهنه بندی شاخص اتصال رسوبی در حوزه آبخیز شازند در استان مرکزی

مقدمه و هدف: فرسایش خاک پدیده‌ای است که ذرات خاک را از محل اولیه خود جدا می‎کند و سپس با فرایندهای مختلف به مکان دیگری انتقال و رسوب می‌دهد. فرسایش خاک و تولید رسوب یکی از مشکلات مهم در اکثر مناطق جهان است که سبب کاهش توان تولید خاک، افزایش جریان‌های سیلابی، کاهش سلامت سامانه‌های آبی، و افزایش رسوب در مخازن سدها می‌شوند. برای مدیریت فرسایش خاک و تولید رسوب، علاوه‌‎بر شناسایی عرصه‌های منبع تولید رسوب، باید الگوی تحویل بالقوه رسوب به شبکه آبراهه‌ها نیز تهیه شود. در نتیجه، برآورد رسوب‌دهی حوزه‌های آبخیز و هم‌چنین شناسایی مناطق تولید رسوب، الگوهای تحویل آن از منابع تولید به شبکه انتقال و در نهایت نهشتن آن در مخازن، برای مدیریت فرسایش خاک ضرورت دارند. یکی از موثرترین روش‌ها و مشخصه‌های مهم تولید رسوب آبخیز، استفاده از شاخص اتصال رسوبی (ic) است. فرایند اتصال یک مفهوم نوظهور برای درک بهتر از فرآیندهای رخ‌داده در سطح حوزه آبخیز است که بر جریان آب و حرکت رسوب در مقیاس‌های مختلف تاثیر می‌گذارند. این شاخص درجه اتصال جریان رسوب در سرتاسر آبخیز مخصوصاً بین منبع رسوب و منطقه پایین‌دست را تبیین می‌کند. مدیریت رسوب شامل تمام اقداماتی است که فرسایش، انتقال، بازتوزیع و ترسیب رسوب را در راستای انحراف یا تله‌اندازی رسوب در سامانه‌های آبراهه‌ای تحت تاثیر قرار می‌دهد. بر همین اساس، اتصال رسوبی به‌عنوان مفهومی نوظهور در مدیریت رسوب، در چند سال اخیر برای بررسی انتقال رسوب در بخش‌های مختلف حوزه‌های آبخیز مورد توجه قرار گرفته است. مفهوم اتصال به ‎حالتی از یک سامانه مانند حوزه‌ی آبخیز مربوط می‌شود که چگونگی و درجه‌ی آسانی انتقال مواد و انرژی در سراسر سامانه‌ی مذکور را تعیین می‌کند. به‌عبارتی دیگر، اتصال از پیوستگی یا ناپیوستگی مسیرهای رواناب و رسوب در زمان و مکانی مشخص حکایت دارد. در همین راستا، ارزیابی شاخص اتصال رسوبی در حوزه آبخیز شازند در پژوهش حاضر مد نظر قرارگرفت.مواد و روش‌ها: این مطالعه در حوزه آبخیز شازند واقع در استان مرکزی انجام شد. برای بررسی الگوی مکانی تولید رسوب در آبخیز و نقشه اتصال رسوبی آبخیز از مدل sediment delivery ratio، روش ارائه‎شده توسط borrelli و همکاران و تعریف شاخص اتصال استفاده شد. شاخص ic از دو بخش عامل بالادست و پایین‌دست تشکیل می‌شود و برای محاسبه این شاخص، فاصله از مخزن رسوب (یا انتهای دامنه یا محل اتصال به آبراهه اصلی)، ویژگی‌های مسیر حرکت رسوب، عوامل موثر بر جریان تجمعی رواناب و شرایط محلی در هر قسمت از جریان به‌صورت عامل وزنی w در نظر گرفته می‌شود. هرچه این شاخص مثبت‌تر باشد و به‎سمت مثبت بی‌نهایت میل کند، احتمال اتصال ساختاری برای انتقال رسوب بیش‌تر است و هرچه به‎‌سمت منفی بی‌نهایت میل کند، احتمال اتصال کاهش خواهد یافت. از همین ‌رو، برای برآورد شاخص اتصال رسوبی از مدل رقومی ارتفاع تصحیح شده و عامل پوشش گیاهی با دقت مکانی 30 متر استفاده شد. در ادامه، تغییرات مکانی و مقادیر شاخص اتصال رسوبی برای 24 زیرآبخیز مطالعاتی محاسبه شدند. یافته‌ها: تغییرات شاخص اتصال ‌رسوبی در زیرآبخیزهای مختلف در محدوده 7 تا 1/4 بودند. برای این ‎منظور، نقشه‎های شیب، کاربری اراضی و پوشش زمین مورداستفاده قرارگرفت. مقایسه نقشه کاربری اراضی با شاخص اتصال رسوبی نشان‌دهنده نقش برهم‌زنندگی انسان در کارکرد طبیعی بوم‌سازگان‌ها و سامانه ‎های طبیعی است که براساس این نقشه‌ها، مناطق کوهستانی و مرتفع و اراضی دیم به‎دلیل طبیعی بودن مناطق و دخالت‌های انسانی انتقال رسوب و اتصال هیدرولوژیک و رسوبی منطقه به پایین‌دست را انجام می‌دهند. هم‌چنین، مناطق دشتی عمدتاً مقدار کمینه و مناطق مرتفع پرشیب، مقدار بیشینه این شاخص را داشتند. یکی از عوامل اصلی موثر بر اتصال، نوع پوشش گیاهی است که بر فرآیند جابجایی ذرات تاثیر می‌گذارد، به‌ طوری‌که در مناطق بدون پوشش گیاهی یا دارای پوشش کم، اتصال افزایش پیدا می‌کند و منجربه تولید رواناب بیش‌تری می‌شود؛ اما در مناطقی با پوشش گیاهی، رواناب کم‌تری تولیدشده، نفوذ افزایش و اتصال کاهش پیدا می‌کند. بر اساس نقشه حاصل و مفهوم شاخص اتصال رسوبی، هرچه مقدار آن به‎ سمت عدد کوچک‌تر میل‌ کند بیان‌گر کاهش احتمال انتقال رسوب است. به‌‎طورکلی، در نظر گرفتن این شاخص و نحوه پراکندگی آن‌ می‌تواند برای اولویت‌بندی مناطق از نظر مدیریت فرسایش خاک و رسوب مورد اهمیت باشد.نتیجه‌گیری: با توجه به اهمیت حفظ منابع آب و خاک کشور و ارایه راه‌کارهای مناسب برای مدیریت رسوبات در حوزه‌های آبخیز، مدیریت جامع حوزه‌های آبخیز کشور نیازمند چارچوبی مشخص در برنامه‌ریزی‌های مربوط به پایش و کنترل رسوبات است. از همین ‌رو، اخیراً مفهوم اتصال رسوب در مطالعات فرسایش خاک و رسوب‌دهی حوزه‌های آبخیز مورد کاربرد بیش‌تری قرار گرفته است. در همین ارتباط، در پژوهش حاضر تغییرات مکانی و پهنه‌بندی شاخص اتصال رسوبی درحوزه آبخیز شازند برای مدیریت منابع رسوبی ارزیابی شد. بنابراین با تکیه بر نتایج پژوهش حاضر می‌توان برای برنامه‌ریزی اقدامات مدیریتی برای کنترل رسوبات در سطح حوزه آبخیز شازند استان مرکزی استفاده کرد. اگر‌چه انجام مطالعات تفضیلی‌تر و گسترده‌تر و به‌خصوص در شرایط مختلف ژئومورفولوژیک زمینه‌های لازم برای جمع‌بندی‌های نهایی را فراهم خواهد ساخت. 

sediment connectivity index zoning in the shazand watershed, markazi province, iran

background: soil erosion is the land that separates soil particles from their original location, then changes to other places through various processes, and then deposits. soil erosion and sediment production are among the most important problems in most regions of the world, causing a decrease in soil productivity, an increase in flood flows, a decrease in the health of water systems, and an increase in sediments in dam reservoirs. in addition to identifying the sources of sediment production, a model of potential sediment delivery to the waterway network is made to manage soil erosion and sediment production. as a result, the sedimentation of watersheds and sediment production areas, its delivery patterns from production sources to the network, and finally, depositing it in reservoirs, are needed for soil erosion management. one of the most important methods and characteristics of watershed sediment production is the sediment index of connectivity (ic). the connection process is an emerging concept to better understand the processes occurring at the surface of the watershed that affect water flow and sediment movement in different ways. this index explains the degree of connection of the sediment flow throughout the watershed, especially between the sediment source and the downstream area. sediment management includes all measures that affect erosion, transportation, redistribution, and deposition of sediments in the direction of sediment diversion or trapping in waterway systems. accordingly, sediment connectivity as an emerging concept in sediment management has been considered in recent years to investigate sediment transport in different parts of watersheds. the concept of connectivity is related to the state of a system, such as a watershed, which determines how and the degree of ease of material and energy transfer throughout the watershed system. in other words, connectivity indicates the continuity or discontinuity of runoff and sediment paths at a specific time and place. in this regard, the assessment of the sediment connectivity index in the shazand watershed was mentioned in the present study.ods: this study was conducted in the shazand watershed located in markazi province. the spatial pattern of sediment yield in the watershed and the sediment connectivity map of the watershed were investigated using the sediment delivery ratio (sdr) model, the method presented by borselli et al., and the definition of the connectivity index. ic consists of two parts, including upstream and downstream. this index was calculated by incorporating the distance from the sediment sink (i.e., the end of the slope or the connection to the main waterway), the characteristics of the sediment movement path, factors affecting the cumulative flow of runoff, and local conditions in each part considering as a weighting factor (w). the more positive ic and tending to the positive infinity, the higher the probability of structural connection for sediment transport. the probability of sediment connectivity will decrease with more tendency to the negative infinity. therefore, the sediment ic was estimated using the corrected digital elevation model and the cover management factor with a spatial accuracy of 30 m. next, spatial changes and values of the sediment ic were calculated for 24 sub-watersheds of the study.results: the changes in the sediment ic in different sub-watersheds ranged from -7 to 1.4. the slope, land use, and land cover maps were used for this purpose. comparing the land use map with the sediment ic shows the role of human disturbance in the natural functioning of ecosystems and natural systems. according to these maps, mountainous and high areas and rainfed lands transfer sediments and hydrological and sediment connectivity to the downstream area due to the naturalness of the areas and human interventions. moreover, the lowland and steep highland areas mainly have the minimum and the maximum values of this index, respectively. one of the main factors affecting connectivity is the type of vegetation that affects the movement of particles so that connectivity increases and leads to more runoff production in areas without vegetation or with little coverage, but less runoff is produced, penetration increases, and connectivity decreases in areas with vegetation. based on the resulting map and the concept of the sediment ic, the smaller its value is, the lower the probability of sediment transfer. in general, considering this index and its distribution can be important for prioritizing areas in terms of soil erosion and sediment management.conclusion: considering the importance of preserving iran’s water and soil resources and providing suitable solutions for managing sediments in watersheds, the integrated management of watersheds in the country requires a specific framework in planning related to sediment monitoring and control. recently, the concept of sediment connectivity has been more frequently used in the studies of soil erosion and sediment yield of watersheds. in this connection, the spatial variability and zoning of the sediment ic in the shazand watershed were evaluated in the present study for the management of sediment resources. the results of the present study can, therefore, be employed to plan management measures to control sediments in the shazand watershed, markazi province, iran. nevertheless, conducting more detailed and extensive studies, especially in different geomorphological conditions, will provide the necessary platforms for comprehensive conclusions.