بررسی تغییرات زمانی و مکانی توزیع اندازه ذرات رسوب‌های معلق در رودخانه پسیخان استان گیلان

آب و خاک

مقاله 3، دوره 33، شماره 2 - شماره پیاپی 64، تیر 1398، صفحه 229-243   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v33i2.75427

نویسندگان

ملیحه ابراهیمی¹؛ حسین اسدی^{* 2}؛ آرزو شریفی³؛ عیسی ابراهیمی¹

¹دانشگاه گیلان

²دانشگاه تهران

³دانشگاه ولیعصر رفسنجان

چکیده

بررسی ویژگی­های فیزیکی ذرات معلق از موضوعات مهم در مطالعه رودخانه­ها است. یکی از این ویژگی­ها، توزیع اندازه ذرات رسوب معلق است، که بیان­گر ارتباط بین منابع رسوب و فرآیندهای رسوب­گذاری می­باشد. هدف این پژوهش، بررسی تغییرات زمانی و مکانی توزیع اندازه ذرات رسوب معلق رودخانه پسیخان در استان گیلان می­باشد. طی دوره زمانی هفت ماهه از مهر 1392 تا فروردین 1393، از دو ایستگاه هیدرومتری (مبارک­آباد در بالادست و نوخاله در پایین­دست) نمونه­برداری صورت گرفت. به این منظور تعدادی نمونه رسوب معلق با فواصل زمانی 15 روزه به روش انتگراسیون عمقی در شرایط عادی و سیلابی دبی رودخانه برداشت و پس از آماده­سازی، توزیع اندازه ذرات رسوب به روش پیپت اندازه­گیری شد. میانگین وزنی قطر ذرات رسوب (MWD) و قطر ذرات با فراوانی 50 درصد (d50) در هر ایستگاه در تاریخ­های نمونه­برداری تعیین و منحنی توزیع اندازه ذرات رسم گردید. نتایج نشان داد که مقدار متوسط MWD و  d50به ترتیب 062/0 و 052/0 میلی­متر در ایستگاه مبارک­آباد و 052/0 و 047/0 میلی­متر در ایستگاه نوخاله بود. حداکثر MWD و  d50به ترتیب 07/0 و 061/0 میلی­متر در ایستگاه مبارک­آباد مشاهده شد. هم­چنین مطالعه توزیع اندازه ذرات رسوب نشان داد که ذرات کوچک­تر از دو میلی­متر در ایستگاه نوخاله بین 99-87 درصد و در ایستگاه مبارک­آباد بین 94-83 درصد است. علاوه بر این در اکثر نمونه‌برداری­ها، بین دبی جریان و اندازه ذرات رسوب معلق ارتباطی وجود نداشت که نشان­دهنده طبیعت غیرهیدرولیکی و تأثیر متغیرهای متفاوت دیگر مثل منشاء رسوبات، تاریخ و انرژی انتقال، توانایی فرسایندگی، فرسایش­پذیری و ته­نشینی در اندازه ذرات رسوبات معلق در جریان رودخانه­ای است. هم‌چنین براساس نتایج اندازه ذرات رسوب در ایستگاه مبارک­آباد درشت­تر از ایستگاه نوخاله می­باشد که این موضوع را می­توان به نوع فرسایش موجود در منطقه و برداشت شن از رودخانه نسبت داد. در نواحی بالادست به دلیل کوهستانی بودن احتمال وقوع فرسایش خندقی و زمین­لغزش بیش­تر، در حالی‌که در پایین­دست فرسایش عمدتا پاشمانی و ورقه­ای است. ضمن اینکه با کاهش شیب عمومی رودخانه، ذرات درشت­تر قبل از رسیدن به ایستگاه نوخاله ته­نشین می­شوند.

کلیدواژه‌ها

بار رسوب؛ روش پیپیت؛ فرسایش؛ قطر میانه؛ میانگین وزنی قطر ذرات

مراجع

1- Abarca M., Guerra P., Guillermo A., Montecinos M., Escauriaza C., Coquery M., and Pasten P. 2017. Response of suspended sediment particle size distributions to changes in water chemistry at an Andean mountain stream confluence receiving arsenic rich acid drainage. Hydrological Processes 31: 296–307.

2- Ansari Pour A.H., Ebrahimi K., and Omid M.H. 2013. Check the self-purification of river flow with the development and application of mathematical models Case Study: Pasikhan River. Guilan. Journal of Research in Agricultural Engineering 14(2): 42-31. (In Persian with English abstract)

3- Asadi H., Moussavi A., Ghadiri H., and Rose C.W. 2011. Flow-driven soil erosion processes and the size selectivity of sediment. Journal of Hydrology 406: 73–81.

4- Asarab Consulting Eng. 2011. Engineering study, Procurement and Construction (EPC) of waterways in Anzali Wetland: Soil Erosion and Sediment. Organization of Agriculture-Jahad of Guilan Province.

5- Attal M., and Lave J. 2006. Changes of bed load characteristics along the Marsyandi river central Nepla: implications for understanding hillslope sediment supply, sediment load evolution along fluvial network, and denudation in active orogenic belts. Geological Society of America Special Paper, 398: 143-171.

6- Danandemehr M.A., and Niksefat GH. 2010. The Principals of River Engineering. Second Edition, Dibagaran Press. (In Persian)

7- Demur T. 2003. Downstream changes in bed material size and shape characteristics in a small upland stream, Cwm Treweryn, in South Wales. Bulletin of Earth Sciences Application and Research Center of Hacettepe University, Yerbiimleri, 28: 33-47.

8- Duan J.G., and Scott S. 2007. Selective bed-load transport in Las Vegas Wash, a gravel-bed stream. Journal of Hydrology 342: 320-330.

9- Fernandez S., Villanueva U., de Diego A., Arana G., and Madariaga J.M. 2008. Monitoring trace elements (Al, As, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni and Zn) in deep and surface waters of the estuary of the Nerbioi- Ibaizabal River, (Bay of Biscay, Basque Country). Journal of Marine Systems 72: 332-341.

10- Guo W.Z., Xu X., Liu Y., Zhang H., and Zhu M. 2017. Changes in particle size distribution of suspended sediment affected by gravity erosion on the Loess Plateau, China. Geophysical Research Abstracts 19: 2017-11271.

11- Haritashya U.K.‚ Kumar A., and Singh P. 2010. Particle size characteristics of suspended sediment transported in melt water from the Gangotri Glacier, central Himalaya– An indicator of subglacial sediment evacuation. Geomorphology 122: 140–152.

12- Jabari A., and Farzi V.H. 2009. Production of sand and sediment transport Razavar results in changing patterns. Geographical Research Quarterly 24(2): 145-160. (In Persian with English abstract)

13- Kheirfam H., and Vafakhah M. 2014. Evaluation of gamma test, cluster analysis, discriminant function analysis and Andrews curves methods to separate homogeneous watersheds for regional analysis of suspended sediment. Journal of Soil and Water Resources Conservation 4(2): 65-85. (In Persian with English abstract)

14- Kiani Harchegani M., and Sadeghi S.H.R. 2010. Particle size characteristics of suspended sediment transported in River Base and Flood-Flows. Water and Wastewater Journal 22(1): 114-117. (In Persian with English abstract)

15- Knighton D.A. 1980. Longitudinal change in size and sorting of stream bed material in our English river. Geological Society of America Bulletin 91(1): 55-62.

16- Kodama Y., Daigaku T., and Senta S.J. 2007. Effect of abrasion on downstream gravel size reduction in the Watarase River, Japan: fieldwork and laboratory experiments. Environmental Research Center, the University of Tsukuba, 88 Pp.

17- Lee Y.H., and Singh V.P. 1999. Prediction of sediment yield by coupling kalman filter with instantaneous unit sediment graph. Hydrological Process 13: 2861-2875.

18- Lenzi M.A.‚ Mao L., and Comiti F. 2003. Inter annual variation of suspended sediment load and sediment yield in an alpine catchment. Hydrological Sciences Journal 48(6): 899–915.

19- Mahdavi M. 2011. Applied Hydrology. Part 1, 7th Edition. Tehran University Press, 359 Pp. (In Persian)

20- Morisow M. 1968. Stream; Their Dynamics and Morphology; Mc. Graw-Hill, New York, N.Y.

21- Muskatirovic J. 2007. Analysis of bedload transport characteristics of Idaho streams and rivers. Earth Surface Processes and Landforms 33: 1757-1768.

22- Nino Y. 2002. Simple model for downstream variation of median sediment size in Chilean rivers. Hydraulic Engineering 128 (10): 934-941.

23- Nohegar A., and Mahmoudi F.A. 2003. Investigation of effects of harvesting aggregates (sand and gravel) on the river bed and the regime of Minab. Geographical Studies 45: 58 -45. (In Persian with English abstract)

24- Ochoa-Cueva P., Fries A., Montesinos P., Rodriguez-Diaz J., and Boll J. 2015. Spatial estimation of soil erosion risk be land-cover change in the Andes of Southern Ecuador. Land Degradation and Development 26: 565–573.

25- Ozturk M. 2017. Sediment size effects in acoustic Doppler velocimeter-derived estimates of suspended sediment concentration. Water 9(7)529: 2-18.

26- Palacio R.G., Bisigato A.J., and Bouza P.J. 2014. Soil erosion in three grazed plant communities in Northeastern Patagonia. Land Degradation and Development 25: 594–603.

27- Parker C., Simon A., and Thorne C.R. 2008. The effects of variability in bank material properties on riverbank stability: Goodwin Creek, Mississippi. Geomorphology 101: 533–543.

28- Pizzutom J.E. 1995. Downstream fining in a network of gravel bedded rivers. Water Resources Research 31(3): 753-759.

29- Rengers F., and Wohl E. 2007. Trend of grain sizes on gravel bars in the Rio Chagres, Panama. Geomorphology 83: 282-293.

30- Rice S. 1999. The nature and controls on downstream fining within sedimentary links. Journal of Sedimentary Research 69: 32–39.

31- Sadeghi R.H.S., Khaledi Darvishan A., Vafakhah M., and Gholami L. 2007. Study on changes in morphometric characteristics of bed materials (case study: Vaz watershed, Mazandaran). Journal of the Iranian Natural Resources 4: 1197-1185. (In Persian with English abstract)

32- Sadeghi S.H.R., and Zakeri M.A. 2014. Suspended sediment particle size distribution in Kojour River. Journal of Soil and Water Resources Conservation 3(2): 73-82. (In Persian with English abstract)

33- Sadeghi S.H.R., and Singh V.P. 2017. Dynamics of suspended sediment concentration, flow discharge and sediment particle size interdependency to identify sediment source. Journal of Hydrology 554: 100-110.

34- Sadeghi S.H.R., and Khyrfam H. 2011. The effect takes of sand and gravel on the transport of Suspended load and bed in the river Kojour. Fifth National Conference of Watershed Management and Soil and Water Resources Management, Kerman, 10 to 11 March, 7. (In Persian)

35- Sadeghi S.H.R., and Kiani Harchegani M. 2009. Spatial and temporal changes in the distribution of particle size of suspended sediments of the Kojour River. Journal of Science and Engineering of Watershed Management of Iran 3(8): 63-66. (In Persian with English abstract)

36- Shi Z.H., Fang N.F., Wu F.Z., Wang L., Yue B.J., and Wu G.L. 2012. Soil erosion processes and sediment sorting associated with transport mechanisms on steep slopes. Journal of Hydrology 454–455.

37- Siakeu J.‚ Oguchi T.‚ Aokic T.‚ Esaki Y., and Jarvie H.P. 2004. Change in riverine suspended sediment concentration in Cental Japan in response to late 20th century human activities. Catena 55: 231-254.

38- Surian N. 2002. Downstream variation in grain size along an Alpine river: analysis of controls and processes. Geomorphology 43: 137-149.

39- Van Bavel C.H.M. 1949. Mean weight diameter of soil aggregates as a statistical index of aggregation. Soil Science Society of America Journal 14: 20-23.

40- Walling D.E.‚ Owens PH.N.‚ Waterfall B.D.‚ leeks G.J.L., and Wass P.D. 2000. The Particle size characteristics of fluvial suspended sediment in the Humber and Tweed catchments. UK. The Science of the Total Environment‚ 251/252: 205-222.

41- Whitaker A., and Potts C. 2007. Coarse bed load transport in an alluvial gravel bed stream, Dupuyer Creek, Montana. Earth Surface Processes and Landforms 32(13): 1984-2004.

42- Williams N.D.‚ Walling D.E., and Leeks G.J.L. 2007. High temporal resolution in situ Measurement of the effective particle size characteristics if fluvial suspended Sediment. Water Research 41: 1081-1093.

43- Williams N.D.‚ Walling D.E., and Leeks G.J.L. 2008. An analysis of the factors contributing to the settling potential of fine fluvial sediment. Hydrological Processes 22: 4153–4162.

44- Woodward J.C., and Walling D.E. 2007. Composite suspended sediment particles in river systems: their incidence, dynamics and physical characteristics. Hydrological Processes 21: 3601– 3614.

45- Xu G. 2000. Grain-size Characteristics of suspended load sediment of the Yellow River, China. Catena 43(2): 176–186.

46- Xu G. 2002. Implication of relationships among suspended sediment size. Water discharge and suspended sediment concentration: The Yellow River basin, China. Catena 49: 289–307.

47- Xu G. 2013. Fractal features of soil particle-size distribution and total soil nitrogen distribution in a typical watershed in the source area of the middle Dan River, China. Catena 101: 17–23.