بررسی اثر رطوبت خاک به ویژه اثر ترکیبی آن با شدت بارندگی بر فرآیندهای پاشمان، روان آب، فرسایش خاک و تولید رسوب در جهت شناخت و شبیه سازی پاسخ هیدرولوژیکی خاک ضروری است. حال آن که تحلیل فرآیندی اثرات اصلی و متقابل آن ها تاکنون کم تر مورد توجه قرار گرفته است. بر همین اساس پژوهش حاضر برای خاک شنی لومی مراتع ییلاقی البرز در آزمایشگاه شبیه-ساز باران و فرسایش دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تربیت مدرس و مجهز به کرت های شیب پذیر آزمایشی با ابعاد 6×1 متر انجام شد. در این راستا، اثر پنج سطح رطوبت پیشین خاک در چهار سطح شدت بارندگی بر پاشمان، روان آب، فرسایش و رسوب در سه تکرار و در مجموع 60 کرت مورد آزمون قرار گرفت. برطبق نتایج پژوهش حاضر، تأثیرپذیری تمامی متغیرهای مورد بررسی شامل پاشمان کل و خالص، زمان شروع و ضریب روان آب، کل جابجایی خاک در کرت و سهم پاشمان، فرسایش بین شیاری، غلظت رسوب و هدررفت خاک از کرت و نسبت تحویل رسوب از رطوبت پیشین خاک و شدت بارندگی معنی دار بود. حال آن که نسبت پاشمان بالادست به پایین-دست تنها تحت تأثیر معنی دار شدت بارندگی بود. اثر متقابل رطوبت پیشین خاک و شدت بارندگی نیز در مجموع بر تمامی متغیرها به غیر از متغیرهای مربوط به پاشمان، ضریب روان آب و نسبت تحویل رسوب، معنی دار بود. نتایج حاصل از کاربرد خاک دانه های رنگی مصنوعی نشان داد که میانگین جابجایی خاک در دامنه شدت های بارندگی 30 تا 90 میلی متر در ساعت از 321 به 1079 گرم در متر مربع به طور نسبتاً یک نواخت افزایش یافت حال آن که در دامنه رطوبت های پیشین خاک 12 تا 44 درصد ابتدا از 839 به 654 در رطوبت پیشین 29 درصد کاهش و سپس مجدداً تا 765 گرم در متر مربع افزایش یافت. تحلیل نتایج نسبت تحویل رسوب کرت ها نیز نشان داد که نسبت تحویل رسوب حاصل از فرسایش بین شیاری در تمام تیمارها به دلیل زمان کوتاه آزمایش ها و طبعاً عدم وجود فرصت کافی برای انتقال ذرات جدا شده خاک توسط روان آب، کم تر از 20 درصد بود.

تحقیق حاضر به بررسی تاثیر تغییرات زمانی و مکانی پوشش زمین با هدر رفت آب و خاک از سطح حوزه آبخیز سد لتیان می پردازد. برای شبیه سازی دبی و رسوب با استفاده از مدل swat محدوده زمانی 1997 تا 2004، برای واسنجی و 2005 تا 2007 برای اعتبارسنجی مدل انتخاب شد. برای ارزیابی دقت شبیه سازی دبی جریان ماهانه، از معیارهای آماری ضریب تعیینr2 و ناش- ساتکلیف ns استفاده شد که برای دوره واسنجی به ترتیب 86/0 و 85/0 و در دوره اعتبارسنجی به ترتیب 87/0 و 83/0 بدست آمد. پس از شبیه سازی دبی و رسوب ماهانه و سالانه در سطح حوزه و هر یک از زیرحوزه ها، لایه های رستری ndvi نیز برای محدوده زمانی 2005 تا 2007 از سنجنده modis در دو مقیاس زمانی ماهانه و سالانه تهیه و پس از تبدیل لایه های اطلاعاتی خام اولیه به اطلاعات مورد نیاز به بررسی وضعیت پوشش در سطح حوزه و هر یک از زیرحوزه های این حوزه آبخیز پرداخته شد. نتایج حاصل از آنالیز رگرسیونی پوشش گیاهی با تولید رواناب و رسوب نشان داد که تغییرات زمانی ndvi رابطه معنی داری با تولید رواناب و رسوب در سطح حوزه دارد. رابطه با ضریب تعیین 62/0 بیانگر ارتباط بین شاخص ndvi ماهانه حوزه با دبی متناظر و رابطه با ضریب تعیین 74/0 نشان دهنده ارتباط بین شاخص ndvi ماهانه حوزه با رسوب ماهانه حوزه است. نتایج حاصل از تغییرات مکانی ndvi بر رواناب و تولید رسوب سالانه زیرحوزه ها نشان داد که در بعضی از زیرحوزه ها با داشتن مقدار ndvi بیشتر، هدر رفت آب و خاک در آنها نیز زیاد است که ناشی از تاثیر سایر عوامل از جمله بارندگی و شیب در تولید دبی و رسوب می باشد. در نهایت اقدام به بررسی رابطه عامل شیب و بارندگی با شاخص ndvi و رواناب و تولید رسوب در سطح حوزه و هر یک از زیرحوزه ها شد. نتایج نشان داد که با افزایش میزان شیب و بارندگی میزان هدر رفت آب و خاک نیز از سطح حوزه افزایش می یابد.

چکیده: باور عمومی در ایران حاکی از افزایش مقدار فرسایش و رسوب سالانه در بیشتر حوزه های آبخیز است. این باور بر اساس برآوردهای کارشناسی و تجربی بوده و مبنای تحقیقاتی و اندازه گیری معینی ندارند. پژوهش های پیشین به دلیل ضعف داده های ورودی و اشکال در روش ارزیابی نتوانسته اند صحت و سقم این موضوع را به خوبی روشن کنند. در این پژوهش تلاش شده است روند تغییرات رسوب معلق رودخانه ها در هفت ایستگاه سیرا ،سرخاب، رودک، کره سنگ، لوشان، قزاقلی و گیلوان که بعد از بررسی های متعدد جهت انجام این تحقیق مناسب تشخیص داده شدند مورد ارزیابی قرار دهد. جهت بررسی روند از سه روش هیدرولوژیکی، کروسکال -والیس و همبستگی کندال استفاده گردید. از آن جا که تغییرات مقدار رسوب تابعی از تغییرات دبی و غلظت جریان می باشد علاوه بر بررسی مقدار رسوب، دبی جریان و غلظت رسوب به صورت جداگانه تحلیل و روند آن ها تعیین گردید. با توجه به اهمیت جریان های سیلابی در حمل رسوب معلق، روند تغییرات متغیرهای مورد بررسی یک بار در کل دبی، و بار دیگر فقط در دبی های موثر بالا انجام پذیرفت. به علاوه تحلیل ها در دو قالب 1) کل دوره آماری و 2) تقسیم آن به چند بازه زمانی بررسی شد. از بین سه روش تحلیل روند در این تحقیق روش هیدرولوژیکی انعطاف پذیری بالایی نسبت به دو روش دیگر داشته و می توان داده ها را از جهات مختلف با یکدیگر مقایسه نمود. نتایج بدست آمده از آن دقیق تر و قابل اطمینان تر نسبت به دو روش دیگر است. از بین هفت ایستگاه مورد مطالعه در این تحقیق روند غلظت و وزن رسوب در دبی های موثر در پنج ایستگاه در کل دوره کاهش یافته است (هر چند در چند ایستگاه اندکی افزایش در میانه دوره مشاهده گردید) و تنها در دو ایستگاه روند افزایشی مشاهده شد. بنابراین افزایش فرسایش و تولید رسوب در ایران که پیش از این بسیار از آن سخن به میان آمده بود براساس داده ها و اطلاعت موجود برای تمام مناطق ایران صادق نیست و برای هر منطقه باید بصورت موردی مورد مطالعه قرار گیرد.

احداث جاده به ویژه در مناطق شیب دار می تواند به فرسایش شدیدی منجر شود؛ چرا که بر اثر خاکبرداری و خاکریزی ها در هنگام جاده سازی، خاک مستعد فرسایش می شود. با توجه به حجم عملیات راه سازی و عمرانی سالانه ی کشور، می توان گفت بخش قابل توجهی از فرسایش خاک ها از این طریق می-باشد. بنابراین کمی سازی میزان فرسایش در جاده های کشور ضروری است. در این مطالعه برای نخستین بار از روش های آمارگیری نمونه ای برای کمی کردن میزان فرسایش حاشیه ی جاده ها به صورت موردی در 12 کیلومتر جاده ی آسفالته و 18 کیلومتر جاده ی خاکی حوضه ی وردآورد واقع در استان تهران استفاده شده است. هر 100 متر از طول جاده به عنوان واحد نمونه گیری در نظر گرفته شد. با استفاده از معادله ی کوکران تعداد 17 نمونه در جاده ی آسفالته ی درجه 2 و 18 نمونه در جاده ی خاکی انتخاب و محل نمونه ها با استفاده از سیستم نمونه گیری سیستماتیک در جاده ی آسفالته و سیستم نمونه گیری خوشه ای دو مرحله ای سیستماتیک در جاده های خاکی مشخص گردید. در هر یک از آن ها میزان فرسایش شیاری، خندقی و حرکات توده ای و همچنین میزان رسوبات به جا مانده در پای دیواره ها به طور مستقیم اندازه-گیری شد. با استفاده از دو مدل warsem و usle به ترتیب میزان رسوب دهی و فرسایش سطحی در هر یک از این نمونه ها محاسبه و نهایتاً با استفاده از روابط آماری میزان فرسایش و رسوب دهی در کل مسیر برآورد شد. طی اندازه گیری های مستقیم ابعاد شیار و خندق در دیواره ها، میزان فرسایش خندقی در دیواره ی خاکبرداری و خاکریزی جاده ی آسفالته به ترتیب برابر 2/6 و 5/423 تن در سال، در جاده ی خاکی به ترتیب برابر 1/30 و 9/225 تن در سال محاسبه گردید. همچنین فرسایش شیاری و بین شیاری در دیواره ی خاکریزی جاده ی آسفالته به ترتیب برابر 4/1 و 4/0 تن در سال و در دیواره ی خاکریزی جاده ی خاکی برابر 5/2 و 73/0 تن در سال، و میزان تخمین حرکت توده ای که تنها از اندازه گیری 5 عارضه در دیواره ی خاکبرداری جاده ی آسفالته به دست می آید، برابر 11/13 تن در سال، برآورد شدند، در این میان میزان اندک فرسایش شیاری و بین شیاری در مقایسه با فرسایش خندقی، به دلیل ماهیت کوهستانی و صخره ای منطقه است. همچنین طی اندازه گیری مستقیم ابعاد واریزه های پای دیواره کل رسوبات به جا مانده در پای دیواره ها در هر دو گروه جاده ها 4/25477 تن در سال برآورد شد که 4/9704 تن سهم جاده ی آسفالته و 15773 تن سهم جاده ی خاکی می باشد. با استفاده از مدل warsem نیز میزان کل رسوب دهی از دو گروه جاده ها برابر 3/8032 تن در سال، معادل 205 تن در هکتار در سال، برآورد شد که از این مقدار 4/3306 تن در سال سهم دیواره ی خاکبرداری و خاکریزی جاده ی آسفالته و 9/4725 تن در سال سهم دیواره های خاکبرداری و خاکریزی جاده ی خاکی می باشد. افزایش میران رسوب دهی در جاده های خاکی نسبت به جاده ی آسفالته علاوه بر افزایش طول جاده های خاکی می تواند ناشی از افزایش رسوب دهی از سطح و کناره ی این جاده ها نیز باشد. همچنین تفاوت بین میزان رسوب دهی، 3/8032 تن در سال، و رسوبات به جا مانده ی اندازه گیری شده در پای دیواره ها، 4/25477 تن در سال، به این دلیل است که اکثر مواد فرسایش یافته مجدداً در منطقه رسوب می کند و تنها بخش کمی از آن از حوزه خارج می شود. با استفاده از مدل usle نیز میزان فرسایش سطحی در دیواره های جاده ی آسفالته برابر 2/51 تن در سال و در دیواره های جاده ی خاکی مجموعاً برابر 65 تن در سال محاسبه گردید که این نتایج چند برابر بیش از مقدار فرسایش سطحی اندازه گیری شده بود. حتی در صورتی که خطای استاندارد برآورد کل نیز لحاظ شود، حداکثر مقادیر بدست آمده از اندازه گیری مستقیم فرسایش شیاری و بین شیاری از 3 تن در سال تجاوز نمی کند که به ترتیب تقریباً 20 و 10 درصد مقدار برآورد مدل usle در جاده های آسفالته و خاکی است. بر اساس خطای استاندارد، برآورد کل محاسبه شده برای کلیه اندازه گیری ها و برآوردها به استثنای فرسایش شیاری و بین شیاری در دیواره ی خاکریزی و فرسایش خندقی در دیواره ی خاکبرداری جاده ی آسفالته قابل قبول است. خطای زیاد این دو ناشی از تعداد کم عارضه های مشاهده شده و قابل اندازه گیری در نمونه های مورد بررسی بود. بنابراین می توان نتایج استفاده از روش نمونه گیری آماری را در بررسی کمی فرسایش و تولید رسوب در جاده ها قابل قبول دانست. علاوه بر خطای کم، کاهش هزینه مطالعات نیز روش نمونه گیری آماری را مناسب تر و مقرون به صرفه تر در مقایسه با مطالعه تمام طول جاده می کند. معیار دیگر سنجش صحت نتایج، مقایسه ی میزان رسوب دهی محاسبه شده و رسوبات به جا مانده ی اندازه گیری شده در حوزه با اطلاعات جمع آوری شده از سازمان راه و شهرسازی استان تهران بود. طی این مقایسه مشاهده شد که بین ارقام گزارش شده و نتایج به دست آمده از مدل warsem و اندازه گیری رسوبات پای دیواره ها، 30% اختلاف وجود دارد که مقداری قابل قبول است. بنابراین می توان اظهار داشت که اندازه گیری مستقیم عوارض در دیواره ها و رسوبات به جا مانده در پای دیواره ها به همراه روش نمونه گیری آماری و مدل warsem در جهت کمی سازی فرسایش در حاشیه ی جاده هایی مشابه جاده های وردآورد قابل کاربرد است.

شدت فرسایش در زمان های مختلف متغیر و دارای نوسان های فصلی می باشد. نیروی فرسایندگی منتج از باران (در مراحل اولیه فرسایش آبی) با کندن ذرات خاک و ایجاد رواناب سطحی، مهم ترین تأثیر را در پدیده ی فرسایش دارد که این فاکتور نیز تحت تأثیر عوامل مختلفی، دارای تغییرات زمانی و مکانی است. این مطالعه با هدف تعیین تغییرات زمانی فرسایندگی باران و رسوبدهی و تعیین زمان های بحرانی از نقطه نظر خطر فرسایش در سه حوضه ی سرخاب، لتیان و کسیلیان انجام شد. به این منظور شاخص فرسایندگی باران ماهانه و 15روزه در ایستگاه های موجود در داخل و خارج از حوضه ها از ارتباط شاخصei30 با شاخص های سهل-الوصول به دست آمد و پس از انجام درون یابی به روش کریجینگ، میانگین ماهانه و 15 روزه فرسایندگی حوضه ها به دست آمد. برای برآورد رسوبدهی از تلفیق منحنی سنجه رسوب حد وسط دسته ها و آمار جریان روزانه ایستگاه های خروجی هر حوضه استفاده شد. پس از محاسبه ی شاخص فرسایندگی و رسوب خروجی از حوضه در بازه های ماهانه و نیم ماه، در نهایت رابطه بین این دومورد بررسی قرارگرفت. یافته های این پژوهش نشان می دهد که فرسایندگی باران و رسوبدهی دارای تغییرات فصلی شدیدی می باشد. در هر سه حوضه ی سرخاب، کسیلیان و لتیان، دو اوج در مقدار فرسایندگی باران و متوسط بارندگی ماهانه، یکی در اواخر پاییز و دیگری در اوایل بهار دیده می شود که دلیل احتمالی آن تغییر نوع بارش ها بر اساس تغییر دما می باشد. اما رسوبدهی در دو حوضه ی کسیلیان و لتیان، دارای یک اوج می باشد که آن هم در بهار اتفاق افتاده است که علت این تک اوجی بودن، می تواند این باشد که عمده بارش های ابتدای سال آبی به علت خشک بودن زمین، جذب خاک می شوند و در نتیجه رواناب و فرسایش کمی تولید می شود. در حالی که با مرطوب شدن خاک در ماه های بهار، ضریب رواناب افزایش و فرسایش نیز بیش تر می شود. در حوضه ی سرخاب، مشابه با فرسایندگی، رسوبدهی نیز دو اوج را نشان می دهد. در مجموع می توان گفت که فرسایندگی برای پیش بینی رسوبدهی در برخی زمان ها قابل استفاده است.

فرسایش آبی تابعی از برآیند نیروهای وارده بر روی خاک است که با ضربه قطرات باران و رواناب سطحی آغاز شده و به خصوصیات پایداری خاکدانه و فرآیند کنش مرتبط می¬باشد. این پدیده در نتیجه فرآیندهای جدا شدن و انتقال ذرات توسط عوامل فرساینده باران و رواناب و نیز فرآیند رسوبگذاری اتفاق می¬افتد. عامل شیب یکی از عوامل موثر بر شدت فرسایش می¬باشد، که در این زمینه اثر طول شیب حائز اهمیت است.هدف از این تحقیق، بررسی تغییرات زمانی و مکانی توزیع اندازه ذرات رسوب در طول شیب¬های مختلف در یک خاک رسی است. این پژوهش در آزمایشگاه شبیه¬ساز باران و فرسایش پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری در فلومی به طول 6 متر و عرض 1 متر با شیب ثابت 20 درصد و شدت باران 9/55 میلی¬متر بر ساعت در چهار طول شیب مختلف انجام شد. آزمایش¬های مربوط به دو طول یک و شش مترفقط تحت بارش انجام شد. برای شبیه سازی طول های شش و 12 متری، علاوه بر بارش، مقداری جریان نیز از سامانه رواناب در بالا وارد شد. نمونه¬گیری از رواناب حاوی رسوب در 8 دقیقه ابتدایی هر یک دقیقه یک بار، تا دقیقه 18 هر دو دقیقه یک بار و تا دقیقه 30 هر 3 دقیقه یک بار انجام شد و یک نمونه نیز در انتهای آزمایش تا زمان قطع شدن رواناب برداشت شد. نتایج نشان داد با گذشت زمان دبی جریان با کاهش نفوذپذیری افزایش یافت. غلظت و دبی رسوب با گذشت زمان روند کاهشی داشت. خصوصیات هیدرولیکی جریان نظیر سرعت جریان، عمق جریان، تنش برشی و قدرت جریان با افزایش طول شیب به طور نمایی افزایش یافت. هم¬چنین نتایج نشان داد در زمان-های ابتدایی آزمایش (10 دقیقه اول) ذرات با اندازه 003/0 تا 03/0 میلی¬متر بیش¬ترین میزان را در رسوب خروجی دارند. بنابراین، مشاهده شد با گذشت زمان توزیع اندازه ذرات رسوب درشت¬تر شده و به خاک اصلی نزدیک می¬شود. هم¬چنین دانه¬بندی سطح خاک فرسایش یافته در انتهای آزمایش نشان داد که هر چه طول شیب بیش¬تر می¬شود، دانه¬بندی ریزتر می¬شود. از طرفی نتایج نشان داد ذراتی که در رسوب خروجی فراوان تر هستند، در سطح خاک باقی مانده، حداقل و برعکس، ذراتی که در رسوب خروجی کمتر بودند، در سطح خاک حداکثر می¬باشند.

فرسایش خاک از مهم ترین معضلات زیست محیطی، کشاورزی و تولید غذا در جهان است، که اثرات مخربی بر تمام اکوسیستم های طبیعی و تحت مدیریت انسان دارد. فرسایش و برخی از عوامل موثر بر آن نظیر فرسایندگی و پوشش گیاهی دارای چرخه فصلی هستند. اطلاعات کافی درازمدت از این چرخه از الزامات مدیریت صحیح این معضلات است. هدف از تحقیق حاضر، بررسی تغییرات زمانی پوشش گیاهی و فرسایندگی و تاثیر آن بر میزان تولید رسوب در دو حوضه انتخابی کسیلیان در البرز شمالی و لتیان در البرز جنوبی بوده است. به این منظور ابتدا با توجه به آمار دبی سالانه، سه دوره زمانی به عنوان خشک سالی، ترسالی و متوسط انتخاب گردید. تصاویر ماهواره ای tm برای استخراج نقشه کاربری اراضی استفاده شد. تغییرات فصلی پوشش گیاهی 16روزه با بهره گیری از شاخص گیاهی (ndvi) استخراجی از تصاویر مودیس بررسی شد. در تحقیق حاضر، از روش حد وسط دسته ها برای تهیه منحنی سنجه رسوب استفاده شده و سپس با استفاده از دبی روزانه، رسوبدهی روزانه محاسبه شد. جهت محاسبه عامل فرسایندگی باران نیز از داده های رگبار یک دقیقه ای ایستگاه منتخب دارای باران نگار در هر حوضه استفاده شد. متعاقبا رسوبدهی و فرسایندگی 16 روزه مشابه با دوره های شاخص گیاهی، برای سه سال مورد بررسی برآورد گردید. بررسی نتایج ndvi نشان می دهد که افزایش و کاهش این شاخص با آن چه در طبیعت اتفاق می افتد انطباق داشته و با آغاز فصل سرما شاخص کاهش یافته و با ورود به فصل گرم شاخص سیر صعودی به خود می-گیرد. نتایج نشان داد، ndvi در حوضه لتیان دارای ضریب تغییرات بالایی در مقایسه با حوضه کسیلیان است. دلیل این موضوع احتمالا آب و هوای خشک تر این حوضه است. در حوضه کسیلیان، بین مقادیر 16 روزه شاخص گیاهی و مقدار رسوب تولیدی همبستگی منفی بالایی در هر سه سال خشک سالی، ترسالی و سال متوسط مشاهده شد، اما بالاترین همبستگی در سال آبی 84-83 به عنوان ترسالی، دیده شد. در مقابل در حوضه لتیان، بین شاخص گیاهی و مقدار رسوب تولیدی همبستگی معنی داری در هیچ یک از سه سال مشاهده نشد. در حوضه کسیلیان، زمان اوج رسوبدهی سه سال با هم یکسان نبود. در حالی که اوج رسوبدهی تمام سال ها در حوضه لتیان بدون تفاوت بارز زمانی در محدوده اوایل اسفند تا اوایل اردیبهشت همزمان با ذوب برف رخ داد. در حوضه کسیلیان تطابق بالایی بین تغییرات زمانی پوشش گیاهی، فرسایندگی و تولید رسوب وجود داشت، اما در حوضه لتیان احتمالا به دلیل رژیم بارش عمدتا برفی در زمستان، رسوب دهی در دوره زمستان از تغییرات فرسایندگی تبعیت نداشت. در نهایت بر اساس تغییرات زمانی رسوب دهی، فرسایندگی و شاخص پوشش گیاهی، برنامه های مدیریتی برای کاربری های کشاورزی، مرتع و جنگل ارائه گردید.