ژئومورفولوژی رودخانه

سیستم های رودخانه ای به شدّت به تغییرات زمین ساخت حسّاس هستند و در واکنش به حرکات زمین ساختی، دچار تغییراتی در ویژگی های ژئومورفولوژیکی بستر و تغییرات بستر خود می شوند. این تغییرات موجب پیدایش آثار مخرّبی روی زمین های کشاورزی، نواحی مسکونی و سازه های اطراف رودخانه می شود. در این پژوهش رودخانه ی گیلان غرب به طول 20 کیلومتر از لحاظ آثار نوزمین ساخت مورد بررسی قرار می گیرد. با استفاده از عکس هایی هوایی سال 1344، تصاویر ماهواره ای TM سال 1365 و تصاویر IRS سال 1381 مسیر رودخانه، در سه دوره ی زمانی در محیط نرم افزارArcGIS رقومی شده و تغییرات بستر، تعداد مئاندرها و تغییرات طول رودخانه در این سه دوره محاسبه شده است. در ادامه برای اثبات تأثیر فعّالیّت های نوزمین ساختی، شاخص های ژئومورفیک SL و S محاسبه شد و نیمرخ طولی رودخانه مورد تحلیل قرار گرفت. درنهایت با بازدیدهای میدانی از منطقه، شواهد ژئومورفولوژیکی آثار نوزمین ساخت بر رودخانه ی گیلان غرب شناسایی شد. نتایج پژوهش حاکی از آن است که طیّ دوره ی زمانی 37 ساله، نوزمین ساخت عامل اصلی تغییرات رودخانه ی گیلان غرب بوده است. به دلیل شدّت فعّالیّت های نوزمین ساختی، میزان تغییرات رخ داده در رودخانه طیّ دوره ی زمانی 1365 تا 1381 شدیدتر از دوره ی زمانی 1344 تا 1365 بوده است و این امر توسّط جابه جای بیشتر بستر، تغییرات تعداد مئاندرها، طول رودخانه و میزان حدّاکثر جابه جایی رخ داده در این دوره و همچنین مقادیر کمّی شاخص های ژئومورفیک و شواهد ژئومورفولوژیک و تفسیر نیمرخ طولی رودخانه تأیید می شود. الگوی رودخانه در قسمت های کم شیب تر از نوع مئاندری و در مناطق پرشیب تر از نوع الگوی شریانی است.

هندسه فرکتال، که عنوان زبان ریاضی طبیعت بر آن نهاده شده است، می تواند به عنوان ابزار کمی مناسب جهت بررسی ژئومورفولوژی رودخانه ها و مدل سازی بسیاری از پدیده های پیچیده طبیعی به کار گرفته شود. مهم ترین ویژگی فرکتالی که در مورد این پدیده ها تحلیل می شود، بعد فرکتال است که اهمیت زیادی در شناخت رفتار و پیش بینی تغییرات مسیر رودخانه دارد. این مقاله باهدف تعیین بعد فرکتال و تحلیل آن با استفاده از تئوری هندسه فرکتال و روش شاخه-بندی هورتون- استرالر و توکوناگا، به مطالعه ویژگی های رودخانه زرینه رود می پردازد. بر این اساس، رودخانه زرینه رود و تمامی شاخه های فرعی آن مرتبه بندی شده و به کمک طول شاخه-ها، بعد فرکتالی محاسبه شد. نتایج نشان داد که شاخه اصلی این رودخانه دارای مرتبه چهارم بوده و همچنین بعد فرکتالی آن مقداری برابر با 98/1 دارد. بعد فرکتالی بالای رودخانه معرف تراکم زهکشی بیشتر و زمان کمتر برای رسیدن به جریان دائمی است. به این ترتیب تعداد انشعابات رودخانه از مرتبه های گوناگون، همچنین سطح و طول این انشعابات از رابطه فرکتالی پیروی می کنند. بعد فرکتالی می تواند شاخص مناسبی برای بیان تغییرات رودخانه باشد و به عنوان پارامتر هندسی جدید وارد مدل های ریخت شناسی رودخانه ها گردد. از این روابط می توان جهت بررسی تغییرات انشعابات رودخانه ها و نیز حوضه ی آن ها در گذر زمان بهره جست. بنابراین با کمک بعد فرکتال می توان به پیش بینی مسائل مربوط هندسه رودخانه و همچنین فرآیندهای فیزیکی درون رودخانه پرداخت.

پلان هر رودخانه، معرّف بسیاری از ویژگی های ژئومورفولوژیکی و دینامیکی آن رودخانه است. شکلنیمرخطولی و عرضیرودومخصوصاًدرجهتقعّرآنبهعواملمختلفیازجملهتمرکزدبی جمعشدهازشبکه هایزهکشیبهمجرایاصلیرود،میزانفرسایشرسوبدرامتداد مجرا،سنگ شناسی،توپوگرافیوویژگی هایتکتونیکیحوضهبستگیدارد. طبیعی است که با تغییر در این شرایط، پلان رودخانه تغییر پیدا می کند. هدفاز این پژوهش بررسی و تحلیل تغییرات ژئومورفیک نیمرخ های طولی و عرضی رودخانه ی قره سو طیّ بازه ی زمانی 1334-1393 بوده کهبا توجه به طویل بودن (حدود 400 کیلومتر)، رودخانه به 5 بازه تقسیم شده و سپس برای رسم مقاطع طولی رودخانه از تصویر ماهواره ای PAN IRS،مدل ارتفاعی(DEM)نقشه توپوگرافی50000/1 منطقه و نرم افزار ArcGISاستفاده شده است. یافته ها نشان می دهد که رودخانه ی قره سو یک نیمرخ طولی نسبتاً منظم و یکنواخت با پیچ و خم های متعددی را می پیماید که شکل کلی آن مقعّر بوده و به سمت پایین دست انحراف بیشتری نسبت به خاستگاه اولیه پیدا کرده است به گونه ای که میزان انحزاف آن در بازه ی پنجم به حدود 50 درجه می رسد. از نظر نیمرخ عرضی نیز رودخانه طیّ 60 سال اخیر روند کاهشی داشته است. در طیّ این دوره ی زمانی بیشترین تغییر در نیمرخ عرضی در بازه ی دو و پنج بوده و کمترین تغییر در نیمرخ عرضی در بازه ی یک اتفاق افتاده است. نتایج حاکی از تمایل رودخانه به افزایش رسوب گذاری و کاهش فرسایش در بیشتر بخش ها بوده که این امر نشان دهنده ی استقرار شرایط تعادل پایدار بر رودخانه است.

پارامترهای هندسی یک رودخانه به طور پیوسته تغییر پیدا می کند، چرا که رودخانه یک عارضه ی هندسی دینامیک است. اما این تغییرات در بیشتر موارد در همه ی بخش های مختلف رودخانه از الگوریتم مشخصی تبعیت نمی کند. برخی از این تغییرات در بخشی از رودخانه ممکن است به شکل افزایشی و در بخشی دیگر به شکل کاهشی باشد. هدف این پژوهش مشخص نمودن کمی مؤلفه های هندسی رودخانه ی قره سو در امتداد نیمرخ طولی آن طی یک دوره ی زمانی 60 ساله است. در ابتدا بر حسب مشخصات هندسی و عوامل ژئومورفولوژیک، رودخانه به پنج بازه ی مختلف تقسیم و سپس، با استفاده از عکس های هوایی سال 1334 و نیز تصاویر ماهواره ای سال 1393 مسیر رودخانه در طول دو دوره ی زمانی رقومی شده و تغییرات بستر و همچنین تعداد قوس ها در طول این دو دوره در هر کدام از بازه ها مورد بررسی قرار گرفته اند. در ادامه، با استفاده از ترسیم قوس های مماس بر مآندرهای رودخانه به محاسبه ی پارامترهای ضریب خمشی، طول موج، طول دره، زاویه ی مرکزی و شعاع پیچانرودها در پنج بازه تعیین شده پرداخته شده است. یافته ها حاکی از تغییر در همه ی پارامترهای هندسی در بخش های مختلف رودخانه با تفاوت در نوع و میزان تغییرات است. برای نمونه، در بازه ی اول و سوم پارامترهای ژئومورفیک ذکر شده افزایش و در بازه های دوم و چهارم و پنجم کلیه ی پارامترهای ژئومورفیک کاهش پیدا کرده ان د. کاهش پارام ترها بیان گر پایداری و مستقیم ش دن مجرا و افزایش آنها بیانگر ناپایداری رودخانه است.

دینامیک و تغییرات بستر رودخانه و مشخصات هندسی آن تابع عوامل طبیعی و انسانی به شکل محلی است و نه تنها از منطقه ای به منطقه دیگر، که در بخش های گوناگون یک رودخانه نیز تفاوت های چشمگیری دارد. به ویژه در چند دهه گذشته فعالیت ها و عملکردهای انسانی اثر چشمگیری بر ویژگی های هندسی بستر رودخانه بر جای گذاشته است؛ ازاین رو، این مطالعه تغییرات نیم رخ طولی و مورفولوژی رودخانه هلیل رود طی دوره زمانی 35 ساله (1984 تا 2020 م) و تأثیر عوامل گوناگون بر آن را با استفاده از تحلیل داده ها و تصاویر ماهواره لندست (5، 7 و 8) ارزیابی و تغییرات نیم رخ طولی آن را در GIS محاسبه کرده است. به دلیل طویل بودن و عبور از واحدهای ژئومورفولوژیکی گوناگون، رودخانه به 8 پاره تقسیم شده است. تحلیل داده ها از افزایش طول رودخانه در پاره های هشت گانه حکایت دارد. به طور خاص برخی پاره ها با افزایش طول  بین 2 تا 4 کیلومتر روبرو شده اند؛ درحالی که برخی پاره ها (به ویژه در بخش های میانی) به دلیل تعادل دینامیکی و تأثیرات زمین ساختی تغییرات کمتری در نیم رخ طولی خود داشته اند. مقاومت سنگ های آذرین در پاره های بالادست سبب پایداری نسبی و رسوبات آبرفتی در پاره های پایین دست سبب دینامیک بالای رودخانه و تغییرات گسترده در الگوی پیچان رودها شده است. فعالیت های زمین ساختی اغلب در بخش های میانی با ایجاد گسل ها و بالاآمدگی های زمین شناختی، انحرافات قابل توجهی در مسیر رودخانه ایجاد کرده است. فعالیت های انسانی همچون ساخت سد، تغییرات چشمگیر در دبی آب و رسوب گذاری در پایین دست سد (پاره های ۵ و ۶) به افزایش طول رودخانه و پیچان رودهای آن و همچنین تغییر الگوی جریان منجر شده و تغییر کاربری اراضی به شکل تخریب پوشش گیاهی و گسترش کشاورزی در پاره های پایانی باعث افزایش فرسایش و تغییرات مورفولوژیکی شده است. ازنظر الگوی زمانی نیز بستر رودخانه در بیشتر پاره های هشت گانه طی سال های 1996 تا 2008 تغییرات نسبتاً کمی داشته است؛ اما پس از آن با تشدید فعالیت های انسانی همچون ساخت سد این تغییرات افزایش یافته است.