تخمین رسوب‌دهی شبکه جاده جنگلی با استفاده از مدل تحویل رسوب و سامانه اطلاعات مکانی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی دانشگاه تربیت مدرس، مازندران، نور

2 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی دانشگاه تربیت مدرس، مازندران، نور

3 گروه مهندسی مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه سمنان، سمنان، ایران*(مسوول مکاتبات).

چکیده

زمینه و هدف: جاده­های جنگلی از مهم‌ترین واحد­های مدیریتی جنگل محسوب می­شوند که در حمل و نقل چوب و استفاده از سایر خدمات جنگل مانند شکار، توریسم و غیره نقش ویژه­ای را ایفا می­کنند. یکی از بزرگ‌ترین مشکلات ناشی از جاده­سازی در جنگل، به ویژه در صورت عدم رعایت اصول جاده­سازی، ایجاد و افزایش اشکال مختلف فرسایش در اطراف جاده­ و بالطبع رسوب­زایی در اثر از بین بردن پوشش گیاهی، تخریب ساختمان خاک، افزایش سرعت رواناب و ناپایدار کردن شیب دامنه است.
روش بررسی: در این تحقیق، رسوب ناشی از جاده­های جنگلی موجود در بخشی از جنگل آموزشی و پژوهشی دانشگاه تربیت مدرس، با استفاده از مدل تحویل رسوب و در محیط GIS تخمین زده شد. عوامل موثر بر فرسایش در این مدل شامل زمین­شناسی، جاده، شیب، بارندگی، پوشش گیاهی و شبکه آب‌راهه می­باشند.
یافته ها: فرسایش تولیدی از این شبکه جاده بدون در نظر گرفتن میزان تحویل رسوب در حدود 4/1576 تن در سال تخمین زده شد. با درنظر گرفتن میزان تحویل رسوب بر اساس فاصله از آب‌راهه، رسوب‌دهی از شبکه جاده در حدود 7/140 تن در سال به دست آمد.
بحث و نتیجه گیری: نتایج نشان داد سهم رسوب تولیدی جاده­ها در حدود 33/1 درصد رسوب خروجی حوضه است، در حالی که این جاده­ها تنها 017/0 درصد از سطح حوزه آب‌خیز را شامل می شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورههجدهم، شماره دو، تابستان 95

 

تخمین رسوب‌دهی شبکه جاده جنگلی با استفاده از مدل تحویل رسوب و سامانه اطلاعات مکانی

 

ذکریا اسداللهی [1]

صالح یوسفی[2]

مجید محمدی [3]*

Majid.mohammady@semnan.ac.ir

 

تاریخ دریافت:18/4/90

تاریخ پذیرش:2/8/90

 

چکیده

زمینه و هدف: جاده­های جنگلی از مهم‌ترین واحد­های مدیریتی جنگل محسوب می­شوند که در حمل و نقل چوب و استفاده از سایر خدمات جنگل مانند شکار، توریسم و غیره نقش ویژه­ای را ایفا می­کنند. یکی از بزرگ‌ترین مشکلات ناشی از جاده­سازی در جنگل، به ویژه در صورت عدم رعایت اصول جاده­سازی، ایجاد و افزایش اشکال مختلف فرسایش در اطراف جاده­ و بالطبع رسوب­زایی در اثر از بین بردن پوشش گیاهی، تخریب ساختمان خاک، افزایش سرعت رواناب و ناپایدار کردن شیب دامنه است.

روش بررسی: در این تحقیق، رسوب ناشی از جاده­های جنگلی موجود در بخشی از جنگل آموزشی و پژوهشی دانشگاه تربیت مدرس، با استفاده از مدل تحویل رسوب و در محیط GIS تخمین زده شد. عوامل موثر بر فرسایش در این مدل شامل زمین­شناسی، جاده، شیب، بارندگی، پوشش گیاهی و شبکه آب‌راهه می­باشند.

یافته ها: فرسایش تولیدی از این شبکه جاده بدون در نظر گرفتن میزان تحویل رسوب در حدود 4/1576 تن در سال تخمین زده شد. با درنظر گرفتن میزان تحویل رسوب بر اساس فاصله از آب‌راهه، رسوب‌دهی از شبکه جاده در حدود 7/140 تن در سال به دست آمد.

بحث و نتیجه گیری: نتایج نشان داد سهم رسوب تولیدی جاده­ها در حدود 33/1 درصد رسوب خروجی حوضه است، در حالی که این جاده­ها تنها 017/0 درصد از سطح حوزه آب‌خیز را شامل می شوند.

واژه­های کلیدی: جاده­های جنگلی، رسوبدهی، سامانه اطلاعات مکانی، فرسایش، مدل تحویل رسوب.

 

J.Env. Sci. Tech., Vol 18, No.2, summer 2016

 

 

 

واژه­های کلیدی: جاده­های جنگلی، رسوبدهی، سامانه اطلاعات مکانی، فرسایش، مدل تحویل رسوب.

Sediment Yield Estimation Due to Forest Road Network Using SEDMDEL and GIS

 

Zakaria Asadollahi[4]

Saleh Yosefi [5]

Majid Mohammady [6]*

Majid.mohammady@semnan.ac.ir

 

Abstract

Background and Objective: Forest roads are important components of forest management units and involving special roles in wood transporting and the other forest uses such as hunting, tourism, etc. One of the most important problems due to forest roads developing is increasing erosion of different forms of soils around roads, sediment yield resulting of vegetation destroy, ruining of soil structure, increasing run off velocity and instability of slope.

Method: In this research, sediment due to existence forest roads was estimated in a part of Experimental Forest Station of Tarbiat Modares University using of SEDMODEL and GIS. In this model effective factors consist of geology, road, slope, precipitation, vegetation cover and drainage network.

Findings: Created erosion resulting of this road network was estimated about 1576.4 ton/year without considering SEDMODEL. This amount was estimated about 140.7 ton/year with considering SEDMODEL on basis distance of waterway.

Discussion and Conclusion: Results showed that the share of roads sediment yield is about 1.33 percent of watershed exit, but roads includes 0.017 percent of watershed areas. Paying attention to the covered areas by roads in watershed, the amounts of sediment yield is 78 equal of sediment yield average in watershed area.

 

Keywords: Forest Roads, Sediment Yield, Geographical Information System (GIS), Erosion, SEDMODEL.

 

 

 

 

مقدمه


مدیریت بهینه مناطق جنگلی، نیازمند داشتن شبکه جاده جنگلی با پراکنش مناسب در سطح جنگل است. شبکه جاده، امکان دسترسی به مناطق مختلف جنگل برای انجام بهره­برداری و فعالیت­های مدیریتی مانند حفاظت در مقابل آتش­سوزی، حمله آفات، نشانه­گذاری و جنگل­کاری را فراهم می­سازد (1)، از این­رو یکی از مهّم­ترین عوامل هزینه در مدیریت جنگل به­شمار می­رود (2). از لحاظ استاندارد­های ساخت، جاده­های جنگلی با جاده­های روستایی و بزرگراه­ها بسیار متفاوتند. معمولاً سطح پایین­تری از ترافیک را دارا بوده و ماشین آلات عبوری از آن‌ها اغلب بزرگ و سنگین می­باشد. این جاده­ها اغلب به صورت فصلی مورد استفاده قرار گرفته و در مناطق احداث این جاده­ها، اشکال متفاوتی از فرسایش مشاهده می­شود (3). در سال­های اخیر فعالیت­های ساخت و ساز و تعمیر و نگه‌داری جاده­های جنگلی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته، زیرا احداث جاده­ها افزایش نگرانی­ها در مورد تاثیرات کوتاه مدت و بلند مدت بر محیط زیست و تخریب را به‌دنبال دارد (4 و 5). جاده سازی‌های غیر اصولی با از بین بردن نظم طبیعت و فروپاشی چرخه حیات کوهستان و حجم زیاد خاک­برداری، نابودی زیست‌گاه­های جانوری و گیاهی، کاهش ارزش‌های زیباشناسی و آسیب دیدگی مناطق حساس را به دنبال دارد (6). یکی از بزرگ‌ترین مشکلات ناشی از جاده سازی در جنگل ایجاد و افزایش اشکال مختلف فرسایش از قبیل فرسایش آبکندی و توده­ای در اطراف جاده­ها می­باشد. علت اصلی این فرآیند از بین بردن پوشش گیاهی، تخریب ساختمان خاک، افزایش سرعت رواناب و ناپایدار کردن شیب دامنه است (7، 8 و 9). از این­رو در طراحی جاده­های جنگلی نه تنها میزان هزینه­ها بلکه مدیریت صحیح آب و خاک نیز باید منظور گردد. نتایج تحقیقات نشان داده است که جاده‌های جنگلی حجم بالایی از رسوبات مناطق جنگلی را تولید می­کنند (10 و 11). رسوب‌دهی به کانال­های آب‌راهه از بخش‌هایی از جاده تاثیرات چشم­گیری بر کیفیت آب (درجه حرارت و کاهش اکسیژن) و موجودات زنده (تخم­ریزی ماهی و حشرات ساکن در آب) دارد (12). مدل­های پیش­بینی تولید رسوب متعددی همانند FROSAM، SEDMODEL و WEEP در جهت کمک به مدیریت جاده­ها در تخمین رسوب متوسط سالانه از یک شبکه جاده جنگلی به شبکه آب‌راهه و در نهایت تعیین سهم جاده­ها در رسوب­زایی یک حوزه آب‌خیز و نیز شناسایی نقاط حساس جاده به فرسایش توسط محققین مورد استفاده قرار گرفته است. Bilby و همکاران (13) به مطالعه و بررسی تولید رسوب در سطح جاده­های جنگلی و روند تغییرات آن پرداختند. Akay و همکاران، (3) در ترکیه به تخمین رسوب‌دهی شبکه جاده جنگلی به شبکه آب‌راهه با استفاده از روش SEDMODEL  و سامانه اطلاعات مکانی (GIS) در دو نوع جاده جنگلی با سطوح آسفالته و گراول اشاره کردند. در مطالعه حاضر از مدل تحویل رسوب جاده (SEDMODL) و GIS برای تخمین میزان و درصد رسوب‌دهی متوسط سالانه ناشی از یک شبکه جاده جنگلی در حوزه آب‌خیز و هم‌چنین شناسایی بخش­هایی با پتانسیل تولید رسوب بالای جاده و تعیین موقعیت آن‌ها استفاده گردید. این روش بر پایه روابط تجربی بین عوامل فرسایش از قبیل نوع استفاده از جاده، مواد مادری منطقه به کار گرفته شده در احداث جاده، وضعیت سطح جاده، شیب طولی جاده، پوشش گیاهی ترانشه خاک­برداری و میزان فاصله از آب‌راهه استوار است (3). با توجه به این‌که جنگل‌های شمال کشور دارای اهمیت ویژه­ای از نظر اقتصادی، تجاری و زیست محیطی هستند، تهیه اطلاعاتی در رابطه با میزان تاثیر جاده­های جنگلی در رسوب‌دهی خروجی حوزه­های آب‌خیز شمال کشور و هم‌چنین مدیریت اصولی­تر این جاده­ها ضروری می­باشد. بدیهی است عدم مدیریت اصولی تهدیدی جدی برای اکوسیستم جنگل و حوزه آب‌خیز است. بنابراین شناخت تاثیر جاده بر میزان و کیفیت تولید رسوب می‌تواند کمک بزرگی به مدیریت و بهره برداری بهینه از حوزه­ آب‌خیز جنگلی نماید. در این تحقیق نیز هدف تخمین رسوب تولیدی جاده­های موجود در حوزه مورد مطالعه با استفاده از مدل پیش‌بینی رسوب به کمک روش GIS است.

2-     مواد و روش­ها

2-1 منطقه مورد مطالعه

شبکه جاده مورد مطالعه، جاده­های چوب‌کشی و جنگلی موجود در سری سه، چهار و پنج جنگل آموزشی- پژوهشی دانشگاه تربیت مدرس به طول 1/16 کیلومتر موجود در ارتفاعات جنگلی کجور در جنوب شرقی شهرستان نوشهر است (شکل 1). جنگل مورد مطالعه قسمتی از حوزه آب‌خیز کجور یکی از حوضه­های شماره 46 البرز مرکزی و مجهز به امکانات فلوم و لیمنوگراف اندازه­گیری دبی آب می‌باشد. از طرفی نمونه­برداری از رسوب خروجی حوضه مذکور جهت برآورد میزان دقیق رسوب خروجی سالانه به صورت روزانه انجام می­پذیرد. این منطقه در حد واسط طول­های جغرافیایی ً05 41َ ˚51 تا  ً12 48َ ˚51 شرقی و عرض­های 14ً ََ29 ˚36 تا  ً18 َ33 ˚36 شمالی واقع شده است.

 

 

 

 

شکل1- موقعیت شبکه جاده مورد مطالعه در ایران

Fig. 1- Location of the road network in Iran

 

 

2-2- تهیه و پردازش نقشه­ها

 

اولین مرحله در این تحقیق تهیه نقشه­های مورد نیاز شامل زمین­شناسی، جاده، شیب، بارندگی، پوشش گیاهی و شبکه آب‌راهه است. نقشه­ها از سازمان­های مربوطه تهیه، اصلاح و در محیط نرم افزار ARC GIS 10  رقومی شدند. در مرحله بعد بازدید میدانی انجام شده و عوامل جنس سطح جاده، ترافیک، میزان تحویل رسوب و ارتفاع ترانشه خاک­برداری مورد بررسی قرار گرفت. جاده­ها بر اساس هر یک از عوامل برش داده شده، سپس با توجه به استاندارد مدل مورد استفاده وزن­دهی گردیدند و تعیین پتانسیل رسوب­دهی انجام شد. لایه اطلاعاتی آب‌راهه‌­ها از نقشه توپوگرافی1:25000 استخراج و با نقشه شبکه آب‌راهه تهیه شده توسطArc Hydro Extension  درARC GIS 10  مورد مقایسه قرار گرفت و خطاهای مورد نظر رفع گردید، به­صورتی که در بازدید میدانی حداکثر انطباق با شرایط محیطی کسب شد (شکل2). هم‌چنین نقشه شیب با استفاده ازDEM  (مدل رقومی ارتفاع) 10 متر (شکل 3) و نقشه زمین­شناسی از نقشه­های 1:100000 شیت­های بلده و نوشهر استخراج گردید (شکل4). اطلاعات جاده­ها نیز برای حداکثر دقت توسط بازدید میدانی با دستگاه GPS برداشت و لایه رقومی آن در نرم افزار ARC GIS 10 تهیه گردید (شکل5). جاده­های موجود در مرز مطالعاتی در 5 قسمت شناسایی شده و در شکل 5 با کلاس­های 1 تا 5 نمایش داده شدند. برای تهیه نقشه بارش متوسط سالانه، ابتدا رابطه گرادیان بارش با برقراری ارتباط بین ارتفاع و بارش میانگین سالانه 3 ایست‌گاه نور، نوشهر و بلده محاسبه گردید. سپس با استفاده از نقشه DEM 10 متر و اعمال آن در رابطه (1)، نقشه هم ­باران میانگین سالانه حوزه استخراج گردید (شکل 6).

رابطه (1)      72/0=    R2     928/8 + X 238/0=  Y 

در این رابطه X ارتفاع و Y میزان بارش محاسبه شده است.

 

                                                                                       

 

شکل 2- نقشه شبکه آب‌راهه

Fig. 2- Map of drainage network

 

شکل 3- نقشه DEM

Fig. 3- Map of DEM

 

شکل 4- نقشه زمین شناسی منطقه

Fig. 4- Map of geology

 

شکل 5- نقشه شبکه جاده­ها

Fig. 5- Map of road network

 

شکل 6- نقشه بارش متوسط سالانه

Fig. 6- Map of annual precipitation

 

 

2-3 روش کار

 

رسوب‌دهی از یک جاده به طور معمول تحت تاثیر سه نوع جریان آب در سطح جاده، ترانشه خاک برداری و آب‌راهه­های کنار جاده می­باشد. در واقع مدل مورد استفاده در این تحقیق (SEDMODEL) بر پایه این سه عامل بنا شده است. بنابراین مجموع رسوب‌دهی به تن در سال از هر بخش جاده بر پایه رابطه (2) محاسبه می­شود (3).

رابطه (2) Total Sediment (t/year) = (TS+CS)×Af

 در رابطه بالا TS رسوب‌دهی ناشی از سطح جاده و آب‌راهه‌های کنار جاده، CS رسوب‌دهی ناشی از ترانشه خاک برداری و Af عامل سن جاده است. بر اساس رابطه (3)، TS نیز متاثر از عوامل طول جاده (Lr)، عرض جاده (W)، میزان فرسایش زمین شناسی (GEr)، جنس سطح جاده (Sf)، ترافیک (Tf)، شیب جاده (Gf)، بارندگی (Pf) و عامل تحویل رسوب ((Df می‌باشد.

رابطه (3)       TS = Lr Wr GEr Sf Tf Gf Pf Df

هم‌چنین رسوب‌دهی ناشی از ترانشه خاک برداری CS بر اساس رابطه (4)، تابعی از عوامل میزان فرسایش زمین شناسی (GEr)، پوشش گیاهی و سنگی اطراف جاده (CSf)، ارتفاع ترانشه خاک برداری (CSh)، طول جاده (Lr) و عامل تحویل رسوب ((Df می­باشد.

رابطه(4)                   CS = GEr CSf CSh Lr Df

رسوب‌دهی جاده در طول یک یا دو سال ابتدایی ساخت تا زمانی که ترانشه خاک­برداری و پشته خاک­ریزی به درستی توسط پوشش گیاهی تثبیت گردد، حداکثر میزان را داراست. در SEDMODL اثر عامل سن جاده (Af)، در سال اول ساخت ضریب 10 و از دو سال بی‌شتر ضریب 2 به خود می­گیرد (3). ارزش مقادیر برای سایر عوامل فرسایش از جداول عرضه شده مدل که بر اساس تحقیقات پیشین محاسبه شده­اند، کسب گردید.

2-3-1  عامل میزان فرسایش زمین شناسی (GEr)

پتانسیل رسوب‌دهی از یک بخش جاده وابستگی بالایی به خصوصیات خاک و زمین شناسی دارد (13). میزان فرسایش برای سازند­های متفاوت با استفاده از جدول (1) و بر اساس استاندارد مدل مورد استفاده، مشخص گردید (13، 11 و 3).

 

 

 

جدول 1- میزان فرسایش زمین شناسی بر اساس سنگ شناسی و سن سازند (تن/ هکتار/ سال)

Table 1- Geologic erosion rates based on lithology and geologic age (in t/ha/year)

                       سن سازند­های زمین شناسی                                 سنگ شناسی

پرکامبرین

پالئوزویک

مزوزوئیک

ترشیاری

کواترنری

 

37

37

37

37

-

دگرگونی

148

148

148

148

-

شیست

74

74

74

37

37

بازالت

74

74

74

37

37

آندزیت

124

124

124

124

124

خاکستر آتشفشانی

74

74

74

124

124

توف

25

25

25

25

-

گابرو

74

74

74

49

-

گرانیت

37

37

37

37

-

سنگ­های بیرون زده

74

74

37

37

-

رسوبات سخت

-

-

-

37

37

سنگ‌ریزه

-

-

-

74

74

رسوبات نرم

-

-

-

148

148

رسوبات نرم ریز‌دانه


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

بر اساس نقشه سازند­های زمین شناسی، وضعیت جاده­های منطقه از نظر خصوصیات زمین شناسی بررسی شد که نتایج آن در جدول 2 ارایه گردیده است. ضریب فرسایش در این جدول بر حسب تن در هکتار در سال است.


 

جدول 2- خصوصیات جاده­های منطقه از نظر زمین­شناسی

Table 2- Geological characteristic of roads

ضریب فرسایش

سن جاده

خصوصیات

سازند

کلاس جاده

دوره          دوران

37

تریاس

مزوزوییک

سنگ آهک ضخیم- سنگ دولومیتی (معادل سازند الیکا)

R2dl

1

148

کواترنری

سنوزوییک

آبرفت­های رودخانه ای عهد حاضر

Qal

37

کرتاسه

مزوزوییک

سنگ آهک آربیتولین دار- شیل آهکی- سازند تیز کوه

K11

2

37

کرتاسه

مزوزوییک

سنگ آهک آربیتولین­دار- شیل آهکی- سازند تیز کوه

K11

3

37

کرتاسه

مزوزوییک

سنگ آهک- مارن- مارن سیلت­دار

K2ml

37

تریاس

مزوزوییک

سنگ آهک ضخیم- سنگ دولومیتی (معادل سازند الیکا)

R2dl

37

کرتاسه

مزوزوئیک

سنگ آهک رس مانند، سنگ آهک مارنی، سنگ آهک بستری ضخیم

K21

37

کرتاسه

مزوزوییک

سنگ آهک- مارن- مارن سیلت­دار

K2ml

4

37

کرتاسه

مزوزوییک

سنگ آهک- مارن- مارن سیلت­دار

K2ml

5

37

تریاس

مزوزوییک

سنگ آهک ضخیم- سنگ دولومیتی (معادل سازند الیکا)

R2dl

 


2-3-2 عامل جنس سطح جاده (Sf)

 

کیفیت مواد مادری سطح جاده تاثیر مستقیمی بر مقدار رسوب‌دهی دارد. در مدل مورد استفاده میزان فرسایش سطح جاده برای کلاس­های مختلف در جدول (3) ارایه شده است (14 و 15).


 

 

 

 

 

 

جدول 3- میزان فرسایش جنس سطح برای جاده­های مختلف

Table 3- Erosion rate for various road

نوع سطح جاده

میزان فرسایش

آسفالت

03/0

گراول

20/0

دارای پستی و بلندی

50/0

پوشش علفی طبیعی

50/0

سطح طبیعی

00/1

سطح طبیعی و وجود ریشه­ها

00/2


 

2-3-3 عامل ترافیک  (Tf)

رسوب‌دهی از سطح جاده به نوع استفاده از آن و وضعیت ترافیک نیز وابسته است (13). Reid و Dunne، (11) در تحقیق خود عامل ترافیک را از عوامل موثر در تولید رسوب معرفی نمودند. میزان فرسایش عامل ترافیک در جدول (4) برای کلاس­های متفاوت جاده ارایه شده است.

 

 

 

 

 

 


جدول 4- میزان فرسایش عامل ترافیک جاده برای کلاس­های مختلف

Table 4- Erosion rate of road traffic factors for various road classes

کلاس جاده

توضیحات

میزان فرسایش

بزرگ راه

بزرگ راه اصلی

120

جاده­های اصلی

تحت استفاده زیاد در طول سال با ماشین­های سنگین- مسیر­های ارتباطی اصلی

120

جاده­های شهری

جاده­های عریض در مناطق مسکونی پر تراکم

50

جاده­های اولیه

جاده­های با ترافیک زیاد تا متوسط در سال که بخش­های مهم حوزه آب‌خیز را به هم وصل می­کند

10

جاده­های ثانویه

جاده­های با ترافیک سبک در سال که گاهی به­عنوان مسیر­های چوب­کشی و تفرج­گاهی با ماشین­های سبک استفاده می­شوند.

2

جاده فرعی

جاده­های فرعی جهت دسترسی سریع‌تر به یک واحد

1

جاده­های رها شده

جاده­هایی که توسط خاک‌ریزی ماشین­های سنگین مسدود شده و مدت زیادی استفاده نمی­شوند.

1/0

 

 

 


2-3-4 عامل شیب جاده (Gf)

نقشه شیب منطقه با استفاده از نقشه DEM و در محیط نرم‌افزار  ARC GIS 10تهیه و ضریب میزان فرسایش شیب جاده به ­ترتیب 2/0، 1 و 5/2 به سه کلاس شیب کم‌تر از 5، 5 تا 10و بی‌شتر از 10 درصد اختصاص یافت (16).

2-3-5 عامل بارندگی (Pf)

میزان پتانسیل رسوب‌دهی از هر بخش جاده با میانگین بارش سالانه مرتبط است. با توجه به مدل مورد استفاده، عامل بارش بر پایه میانگین بارش سالانه در حوضه طبق رابطه (4) محاسبه می­شود (17). در رابطه مزبور Pavr متوسط بارش سالانه است.

رابطه (4)            0.8 ) Pf = (

2-3-6 عامل تحویل رسوب ((Df

مشکل­ترین بخش پیش­بینی مدل، تخمین درصد رسوب‌دهی از یک بخش جاده به آب‌راهه است (17). قسمت­هایی از جاده که در فاصله بی‌شتری از آب‌راهه­ها قرار دارند، معمولاً درصد کمی از رسوب تولیدی را به آب‌راهه­ها وارد می­کنند؛ اگرچه بخش زیادی از رسوب تولیدی در جاده­های جنگلی به واسطه پوشش بالا کنترل و به آب‌راهه­ها نمی­رسد (18). در این مدل میزان تحویل رسوب برای هر بخش از جاده بر پایه فاصله نقطه میانی جاده از نزدیک­ترین آب‌راهه اندازه­گیری می­شود (19). بر اساس مدل برای بخش­هایی از جاده که رسوب‌دهی مستقیم به آب‌راهه دارند و آن را قطع می­کنند، میزان تحویل رسوب 100 درصد، بخش­هایی از جاده که در فاصله 30 و 60 متر هستند، میزان تحویل رسوب 35 و 10 درصد و فاصله بیش از 60 متر به دلیل فیلتر شدن رسوبات توسط پوشش گیاهی، میزان تحویل رسوب صفر محاسبه می­گردد.

 

2-3-7 عامل پوشش گیاهی و سنگی  اطراف جاده (CSf)

این عامل به عنوان درصدی از پوشش سنگ یا گیاه تخریب نشده و یا ترمیم شده­ سطح جاده، ترانشه خاک­برداری و ترانشه خاک­ریزی تعریف می­شود (19) جدول (5) میزان عامل پوشش گیاهی ارایه شده بر اساس درصد پوشش گیاهی و سنگ مناطق اطراف جاده را بیان می­کند (3).


 

جدول 5- میزان فرسایش عامل پوشش گیاهی و سنگی اطراف جاده

Table 5- Erosion rate of vegetation and rock cover

درصد پوشش گیاهی و سنگی

میزان فرسایش

درصد پوشش گیاهی و سنگی

میزان فرسایش

100

1023/0

40

4435/0

90

1500/0

30

5222/0

80

2003/0

20

6155/0

70

2540/0

10

7700/0

60

3116/0

0

0000/1

50

3742/0

-

-

 


2-3-8 عامل ارتفاع ترانشه خاک­برداری (CSh)

 

با بالا رفتن ارتفاع ترانشه خاک­برداری، میزان رسوب‌دهی از این مناطق از طریق خزش و شستشوی ورقه­ای خاک به درون کانال­های آب‌راهه کناری افزایش می­یابد (19). اندازه­گیری این عامل امری بسیار مشکل و در بعضی مناطق غیر ممکن می‌باشد. بر این اساس می­توان از نقشه شیب که در کلاس­های متفاوت طبقه­بندی شده است، استفاده نمود. نقشه شیب به 4 کلاس 15-0، 30-15، 60-30 و بی‌شتر از 60 درصد طبقه‌بندی گردید. میزان فرسایش برای هرکدام از کلاس­ها به ترتیب 75/0، 5/1، 3 و 5/7 متر به­ترتیب اختصاص داده شد (18 و 3).

 

نتایج

همانطور که بیان شد خصوصیات جاده­های منطقه بررسی شده و بر اساس استاندارد مدل مورد استفاده، ضریب مربوط به هر عامل محاسبه گردید. در نهایت بر اساس روابط 1 تا 3 میزان نهایی فرسایش و هم‌چنین رسوب رسیده به آب‌راهه تخمین زده شد. در ادامه مقادیر محاسبه شده برای عوامل مورد نظر آورده شده است. در جدول 6 خصوصیات جاده­های منطقه از نظر وضعیت ترافیک، جنس سطح جاده، شیب و هم‌چنین وضعیت تولید رسوب نشان داده شده است. با توجه به نتایج، تخمین تولید رسوب و میانگین رسوب‌دهی به آب‌راهه از یک متر مربع از هر بخش جاده با استفاده از SEDMODEL در کلاس­های 1، 2، 3، 5 و 4 به ترتیب کاهش می­یابد. برای محاسبه تحویل رسوب عامل فاصله از آب‌راهه مورد بررسی قرار گرفت که نتایج آن در جدول (7) نشان داده شده است.


 


بحث و نتیجه­گیری

 

نتایج بررسی نشان داد که سن سازندها و وضعیت سنگ­شناسی موجود در منطقه شامل دو قسمت مزوزوییک/دگرگونی و سنوزوییک/رسوبات نرم ریز­دانه است. وجود رسوبات نرم آبرفت‌های رودخانه­ای عهد حاضر و بالا بودن میزان فرسایش آن را می­توان از دلایل بالا بودن رسوب‌دهی جاده کلاس 1 دانست. جنس سطح جاده در همه کلاس­ها از نوع سطح طبیعی بوده و عامل ترافیک نیز در کلاس جاده­های ثانویه قرار گرفت و ضرایب مورد نظر اختصاص یافت. هم‌چنین با توجه به نتایج میانگین شیب (جدول 5) در کلاس­های متفاوت جاده می­توان گفت با افزایش میزان شیب رسوب‌زایی نیز افزایش می­یابد. البته کلاس 1 شرایط متفاوتی داشته و با وجود شیب کم فرسایش زیادی دارد که می­توان این شرایط را به تاثیر زیاد عوامل زمین­شناسی و پوشش کناری در این قسمت نسبت داد. این نتایج با یافته‌های Luce و Black، (13) مطابق است. پس از تعیین نقشه رستری عامل بارش حداقل و حداکثر این عامل 43/0 و 63/0 محاسبه و به کلاس­های جاده مقادیر متفاوت اختصاص داده شد. از جدول (7) می­توان نتیجه گرفت که حدود 66 درصد جاده­های موجود فاقد رسوب‌دهی و 24 درصد از جاده­ها در رسوب خروجی از حوزه نقش دارند. بر پایه بازدید­های میدانی از 1/16 کیلومتر جاده­های منطقه درصد تخریب پوشش گیاهی و سنگی اطراف جاده­های مورد بررسی بین 20 تا 80 درصد تخمین زده شد. در کلاس 1 به علت قرار گرفتن در مخروط افکنه حداکثر تخریب و رسوب‌دهی از این عامل را داشتیم. Luce  و Black، (13) و  Akay و همکاران، (3) نیز نقش کاهش پوشش در افزایش رسوب‌دهی را بسیار موثر بیان کردند. در کلاس 2 نیز به واسطه عملیات جاده­سازی جدید تخریب بالا ولی در سایر کلاس­ها مقادیر کم‌تر از 25 درصد لحاظ گردید. برای بررسی عامل ارتفاع ترانشه نیز نقشه رستری شیب بر اساس کلاس­های ارایه شده طبقه­بندی و ضرایب مورد نظر اعمال گردید. مقادیر این عامل از 75/0 تا 3 متر متغیر بود. برای بررسی صحت این عامل با بازدید­های میدانی حداقل در 100 نقطه کارایی بالای این روش تایید گردید. نتایج نهایی نشان داد که فرسایش تولیدی از این شبکه جاده بدون در نظر گرفتن میزان تحویل رسوب در حدود 4/1576 تن در سال می­باشد. با در نظر گرفتن میزان تحویل رسوب بر اساس فاصله از آب‌راهه، رسوب‌دهی از شبکه جاده به طور میانگین در حدود 7/140 تن در سال به تفکیک 135 تن مربوط به سطح جاده و آبرو­های کنار جاده و 7/5 تن مربوط به ترانشه خاک­برداری تخمین زده شد. از طرفی با درنظر گرفتن رسوب خروجی 5/0 گرم بر لیتر در محل ایستگاه هیدرومتری حوزه آب‌خیز کجور، سالانه در حدود 10560 تن رسوب خارج می­گردد که نقش جاده­های جنگلی را می­توان در حدود 33/1 درصد رسوب خروجی حوزه دانست در حالی که این جاده‌ها تنها 017/0 درصد از سطح حوزه آب‌خیز را شامل می‌شوند یعنی می­توان گفت که با توجه به درصد مساحتی از حوزه آب‌خیز که این جاده­ها در بر می­گیرند میزان رسوب تولیدی آن‌ها به صورت نسبی 78 برابر متوسط تولید رسوب در سطح حوزه است. این نسبت، اهمیت توجه به رعایت اصول صحیح در جاده­سازی، طراحی شبکه مناسب و حداقل کردن طول جاده­ها و مدیریت صحیح جاده­ها برای به حداقل رساندن فرسایش و رسوب در این مناطق را نمایان می­سازد. یکی از روش­های مدیریت صحیح مناطق جنگلی ایجاد بانک اطلاعاتی در محیطGIS ، بررسی عوامل موثر در حساسیت جاده و اولویت‌بندی مناطق حساس به فرسایش است. با شناسایی مناطق حساس امکان بهینه­سازی مسیر­های احداث جاده و جلوگیری از تحریک منطقه فراهم می­شود. 

منابع

  1. Demir, M., Hasdemir M., 2005. Functional planning criterion of forest road network  systems  according to recent  forestry  development  and suggestion in Turkey, Am J Environ Sci, Vol. 24,8–22.
  2. مجنونیان، ب و همکاران، 1386، طراحی و ارزیابی فنی شبکه جاده جنگلی از لحاظ قابلیت دسترسی با استفاده از GIS مطالعه موردی: بخش نمخانه، مجله منابع طبیعی، جلد 7، شماره 60، صص 919-907.
  3. Akay, A.E., Erdas, O., Reis M, Yuksel, A., 2008. Estimating sediment yield from a forest road network by using a sediment prediction model and GIS techniques, Journal of Building and Environment, Vol.43, 687–695.
  4. Cole, DN., Landres, PB., 1996. Threats to wilderness ecosystems: impacts and research needs, Ecol Appl, Vol. 6, 84-168.
  5. Williams T., 1998. The unkindest cuts. Audubon (January–February), 24–31.
  6. مجنونیان، ب و همکاران، 1384،طراحی زهکش­های عرضی جاده­های جنگلی در سری سیاه‌بیل حوزه آب‌خیز اسالم، مجله منابع طبیعی ایران، شماره 58: صص350-339.
  7. Grace, J.M., 2002. Control of sediment export from the forest road prism. ASAE Annu Meeting, Vol. 45, 1-6.
  8. Megahan, W.F., 1974. Erosion over time: a model. US Department of Agriculture Forest Service, Intermountain Res Stn, Ogden, Utah Res Paper INT-156. 14p.
  9. Carl, S.C., Li, C., 2006. Impact of planting grass on terrene roads to avoid soil erosion, Landscape and Urban Planning, Vol. 78, 205-216.
  10. Binkley, D., Brown, T.C., 1993. Forest practices as nonpoint sources of pollution in North America, Water Res Bull, Vol. 29, 729–740.
  11. Reid, L.M., Dunne T., 1984, Sediment production from forest road surfaces, Water Resource Res, Vol. 20, 1753–1761.
  12. Akay, A.E., Boston, K., Sessions, J., 2005. The evaluation of computer-aided road design systems, International Journal of Forest Engineering, Vol. 16, 73-79.
  13. Bilby, R.E., Sullivan, K., Duncan, S.H., 1989. The generation and fate of road surface sediment in forested watersheds in southwestern Washington. Forest Sci, Vol. 35, 453–468.
  14. Swift, L.W., 1984. Gravel and grass surfacing reduces soil loss from mountain roads, Forestry Sci, Vol. 30, 657–670.
  15. Foltz, R. B., Burroughs, E.R., 1990. Sediment production from forest roads with wheel ruts. In: Proceedings of a symposium on watershed planning and analysis, July 9–11, 1989, Durango CO, ASCE, 266–275.
  16. Kramer, B.W., 2001. Forest road contracting, construction, and maintenance for small forest woodland owners, Oregon State University, Forest Research Laboratory, Research Contribution 35, 79pp.
  17. WFPB, 1997. Washington Forest Practices Board Manual: standard methodology for conducting watershed analysis, Version 4.
  18. Ouyang, D., Bartholic, J., 1997. Reducing sediment delivery ratio in Saginaw Bay Watershed. In: The 22nd national association of environmental professionals conference proceedings, Orlando, FL, p. 659–671
  19. WDNR, 1995. Standard methodology for conducting watershed analysis, Version 3.0.  Washington Forest Practices Board.

 



[1] - دانش­آموخته کارشناسی ارشد مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی دانشگاه تربیت مدرس، مازندران، نور

[2]-  دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی دانشگاه تربیت مدرس، مازندران، نور

[3]-  گروه مهندسی مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه سمنان، سمنان، ایران*(مسوول مکاتبات).  

[4]- M.Sc., Faculty of Natural Resource and Marine Science, Tarbiat Modarress University, Noor, Mazandarn

2- PhD student, Faculty of Natural Resource and Marine Science, Tarbiat Modarress University, Noor, Mazandarn

[6]- Department of Rangeland & Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Semnan University, Semnan, *(Corresponding Author).

  1. Demir, M., Hasdemir M., 2005. Functional planning criterion of forest road network  systems  according to recent  forestry  development  and suggestion in Turkey, Am J Environ Sci, Vol. 24,8–22.
  2. مجنونیان، ب و همکاران، 1386، طراحی و ارزیابی فنی شبکه جاده جنگلی از لحاظ قابلیت دسترسی با استفاده از GIS مطالعه موردی: بخش نمخانه، مجله منابع طبیعی، جلد 7، شماره 60، صص 919-907.
  3. Akay, A.E., Erdas, O., Reis M, Yuksel, A., 2008. Estimating sediment yield from a forest road network by using a sediment prediction model and GIS techniques, Journal of Building and Environment, Vol.43, 687–695.
  4. Cole, DN., Landres, PB., 1996. Threats to wilderness ecosystems: impacts and research needs, Ecol Appl, Vol. 6, 84-168.
  5. Williams T., 1998. The unkindest cuts. Audubon (January–February), 24–31.
  6. مجنونیان، ب و همکاران، 1384،طراحی زهکش­های عرضی جاده­های جنگلی در سری سیاه‌بیل حوزه آب‌خیز اسالم، مجله منابع طبیعی ایران، شماره 58: صص350-339.
  7. Grace, J.M., 2002. Control of sediment export from the forest road prism. ASAE Annu Meeting, Vol. 45, 1-6.
  8. Megahan, W.F., 1974. Erosion over time: a model. US Department of Agriculture Forest Service, Intermountain Res Stn, Ogden, Utah Res Paper INT-156. 14p.
  9. Carl, S.C., Li, C., 2006. Impact of planting grass on terrene roads to avoid soil erosion, Landscape and Urban Planning, Vol. 78, 205-216.
  10. Binkley, D., Brown, T.C., 1993. Forest practices as nonpoint sources of pollution in North America, Water Res Bull, Vol. 29, 729–740.
  11. Reid, L.M., Dunne T., 1984, Sediment production from forest road surfaces, Water Resource Res, Vol. 20, 1753–1761.
  12. Akay, A.E., Boston, K., Sessions, J., 2005. The evaluation of computer-aided road design systems, International Journal of Forest Engineering, Vol. 16, 73-79.
  13. Bilby, R.E., Sullivan, K., Duncan, S.H., 1989. The generation and fate of road surface sediment in forested watersheds in southwestern Washington. Forest Sci, Vol. 35, 453–468.
  14. Swift, L.W., 1984. Gravel and grass surfacing reduces soil loss from mountain roads, Forestry Sci, Vol. 30, 657–670.
  15. Foltz, R. B., Burroughs, E.R., 1990. Sediment production from forest roads with wheel ruts. In: Proceedings of a symposium on watershed planning and analysis, July 9–11, 1989, Durango CO, ASCE, 266–275.
  16. Kramer, B.W., 2001. Forest road contracting, construction, and maintenance for small forest woodland owners, Oregon State University, Forest Research Laboratory, Research Contribution 35, 79pp.
  17. WFPB, 1997. Washington Forest Practices Board Manual: standard methodology for conducting watershed analysis, Version 4.
  18. Ouyang, D., Bartholic, J., 1997. Reducing sediment delivery ratio in Saginaw Bay Watershed. In: The 22nd national association of environmental professionals conference proceedings, Orlando, FL, p. 659–671
  19. WDNR, 1995. Standard methodology for conducting watershed analysis, Version 3.0.  Washington Forest Practices Board.