بررسی علل تغییرات اندازه ذرات به طرف پایین‌دست و منشأ تولید رسوبات دانه ریز در حوضه آبریز رودخانه خشک- شیراز

دسته رسوب شناسی و زمین شناسی دریایی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و یکمین گردهمائی علوم زمین
نویسنده موسوی حرمی۱، رضا؛ محبوبی۱، اسداله؛ رئیسی۲، عزت‌اله و احمدی۱، عفیفه
تاريخ برگزاری ۲۵ مهر ۱۳۸۴

Abstract:
Khoshk River drainage basin is one of the subbasins of Maharloo lake that consists of two subbasins, Nahreaasam and chenarsookhteh.
This drainage basin extends from northwest toward southeast and flows into the Maharloo lake. In many gravel bed rivers, the grains size decreases exponentially toward downstream. The most important controling factors for downstream fining are abrasion, selective sorting and distance of transport.
Study on downstream fining in the Khoshk River drainage basin shows that the process of fining toward downstream is very slow and the grains size has changed alternatively. Tributaries, different types of outcroping rock units and human intervention are the main factors in grains size variation along this drainage basin.
It is necessary to say that a large amount of sediments are transported into Maharloo lake by the Khoshk River each year. Study of fine grain sediments shows that the Razak Formation has a major role in the contribution of fine grain sediments into this river.
This study can help in a better understanding of grain size variation in a similar drainage basin as well as for prevention of fine – grain sediment production in the Khoshk River drainge basin

چکیده:
حوضه آبریز رودخانه خشک شیراز یکی از زیرحوضه‌های دریاچه مهارلو می‌باشد که خود از دو زیرحوضه نهراعظم و چنارسوخته تشکیل شده است. این حوضه از سمت شمال غرب به جنوب شرق کشیدگی دارد و آب آن به دریاچه مهارلو می‌ریزد. در اغلب رودخانه‌های با بستر گراولی اندازه ذرات به طرف پایین دست به فرم نمایی کاهش می‌یابد. مهمترین عوامل کنترل کننده ریزشوندگی در این رودخانه‌ها سایش، جورشدگی انتخابی و مسافت حمل و نقل است. بررسی ریزشوندگی ذرات به طرف پایین دست در حوضه آبریز رودخانه خشک نشان داده است که روند ریزشوندگی به طرف پایین دست بسیار کند بوده و اندازه ذرات به طور متناوب کم و زیاد می‌شود. بطور کلی عوامل کنترل کننده تغییرات اندازه ذرات به طرف پایین دست در این حوضه شامل ورود شاخه‌های فرعی، جنس واحدهای سنگی اطراف حوضه و دخالتهای بشری می‌باشد. لازم به ذکر است که سالیانه مقادیر زیادی رسوب توسط رودخانه خشک به دریاچه مهارلو حمل می‌شود. با بررسی مقادیر درصد ذرات دانه‌ ریز در این حوضه مشخص شده است که سازند رازک در رسوبزایی این رودخانه نقش اساسی دارد. مطالعات انجام شده می‌تواند در جهت شناخت تغییرات بافتی در رودخانه‌های مشابه و نیز برنامه‌ریزی برای پیشگیری از تولید رسوب دانه‌ریز در حوضه آبریز رودخانه خشک کمک نماید.
مقدمه:
رودخانه خشک شیراز از ملحق شدن دو رودخانه نهراعظم و چنار سوخته تشکیل شده و پس از عبور از شهر شیراز به سمت جنوب شرقی حوضه متمایل شده و به دریاچه مهارلو می‌ریزد. حوضه آبریز رودخانه خشک به فرم کشیده و در جهت شمال غرب به جنوب شرق است. واحدهای سنگی اطراف این حوضه آبریز از سازند‌های با سن ترشیاری تشکیل شده‌اند. بیشترین وسعت مربوط به سازند آسماری- جهرم و کمترین وسعت را سازند آغاجاری دارد. سازند رازک با ترکیبی از شیل و مارنهای سبز و قرمز از مهمترین واحدهای سنگی منطقه مورد مطالعه است که در رسوبزایی رودخانه خشک نقش مهمی ایفا می‌کند (جدول 1). بر اساس رده‌بندی شام (1981)، رودخانه‌های این حوضه از نظر نوع کانال به شکل منفرد و با بار بستر می‌باشند که بار بستر آنها بیشتر گراولی- ماسه‌ای است. مشخصات فیزیوگرافی حوضه آبریز رودخانه خشک در جدول (2) آورده شده است. بطور کلی هدف از این مطالعه بررسی روند ریزشوندگی از بالا دست به طرف پایین دست و همچنین بررسی نقش رخنمونهای سنگی اطراف حوضه در تولید رسوب است. به منظور بررسی تغییرات اندازه ذرات و عوامل کنترل کننده آنها در این حوضه تعداد 31 نمونه از کانال اصلی سه رودخانه و 18 نمونه از شاخه‌های فرعی آنها (Tributaries) برای آنالیز به روش غربال کردن برداشت شده است (لویس و مک‌کونچی، 1994). برای نمونه‌هایی که ذرات ریزتر از 4فی آنها بیشتر از 5 درصد بوده است نیز از روش پیپت استفاده شده است. برای هر یک از نمونه‌ها پارامترهای مختلف بافتی شامل مد، میانه، میانگین، جورشدگی، کج‌شدگی و کشیدگی محاسبه شده است. ضمناً‌ پارامترهای محاسبه شده در این تحقیق بر اساس نمونه‌های کانال‌های اصلی این حوضه می‌باشد.
بحث و نتیجه‌گیری:
با توجه به نقشی که رودخانه‌ها در فرسایش و تولید رسوب ایفا می‌کنند همواره مورد توجه گروه زیادی از محققین بوده‌اند. بنابراین مطالعات مختلفی بر روی تغییر اندازه ذرات بستری و عوامل کنترل کننده ریز شوندگی بطرف پایین دست رودخانه‌ها صورت گرفته است. بطور مثال شام (1993) بیان می‌کند که تغییرات سطح مبنا اثر کمی روی مسافت رسوبگذاری و نرخ ریز شدن دارد و این تغییرات در یک حوضه به زمان بسیار زیادی نیاز دارد.
فرگوسن و همکاران (1996) علل ریز شوندگی به طرف پایین دست را جورشدگی رسوبات و کاهش سریع شیب می‌دانند. چرچ (1999) علل ریزشوندگی را رسوبگذاری، سایش، جورشدگی انتخابی و تأثیر هوازدگی بخاطر تغییر شرایط هیدرولیکی رودخانه بیان می‌کند. رایس (1999) ریزشوندگی را به جنس رسوبات و پیوستگی رسوبی و جورشدگی ارتباط می‌دهد. بنابراین مطالعات این افراد بیانگر این است که ریز شوندگی گراولها بطرف پایین دست نتیجه سایش و جورشدگی است. علاوه بر این طبق قانون استرنبرگ (1875) اندازه ذرات به طرف پایین دست بصورت نمایی کاهش می‌یابد. اما این روند برای تمام رودخانه‌ها یکسان نبوده و عوامل مختلفی این قانون را تحت کنترل قرار می‌دهد. رودخانه خشک نمونه‌ای از این رودخانه‌ها است که نرخ ریزشوندگی ذرات آن از بالا دست بطرف پایین دست یکنواخت نبوده و ناپیوستگیهای رسوبی متعددی در نمودارهای ریزشوندگی این رودخانه وجود دارد. برای بررسی تغییرات اندازه ذرات در این حوضه دو پارامتر میانگین و جورشدگی مطالعه شده‌ است. بطور کلی در بسیاری از رودخانه‌های با بستر گراولی اندازه ذرات بطرف پایین دست بصورت نمایی و طبق فرمول کرومباین (1937) کاهش می‌یابد. اندازه ذرات بستر رودخانه‌ها یکی از خصوصیات مهمی است که فاکتور اصلی کنترل کننده مورفولوژی و هیدرولیک کانال می‌باشد (سوریان، 2002).
با بررسی تغییرات اندازه ذرات در حوضه آبریز رودخانه خشک مشخص شده است که روند کاهش اندازه ذرات در این حوضه بسیار کند می‌باشد (شکل1). بطوریکه روند ریزشوندگی در قطر میانگین ذرات بطرف پایین دست با تغییرات زیادی همراه است. با توجه به نمودارهای تغییرات قطر میانگین نمونه‌های کانال اصلی سه رودخانه مشخص می‌شود که در رودخانه چنارسوخته در 6 نمونه روند ریزشوندگی مشاهده می‌شود و فقط 2 نمونه باعث قطع پیوستگی رسوبی (Sedimentary Link) در این رودخانه می‌شود که به دلیل ورود شاخه‌های فرعی است. ضریب کاهشی اندازه ذرات در این رودخانه km-1 0337/0 می‌باشد. در رودخانه نهراعظم در 5 نمونه روند ریزشوندگی وجود دارد و 7 نمونه پیوستگی رسوبی را قطع می‌کند. ضریب کاهشی اندازه ذرات در این رودخانه km-10156/0 است. در رودخانه خشک در 6 نمونه ریزشوندگی مشاهده شده و 5 نمونه باعث قطع پیوستگی رسوبی می‌شود. ضریب کاهشی اندازه ذرات در این رودخانه km-11107/0 است. مقایسه ضرایب R2 و ریزشوندگی ذرات در این نمودارها نشان می‌دهد که در زیر حوضه چنارسوخته ریزشوندگی نسبت به زیرحوضه نهراعظم بهتر است. طول رودخانه چنارسوخته در حدود 30 کیلومتر و شیب متوسط آن 9/2 درصد و طول رودخانه نهراعظم در حدود 46 کیلومتر و شیب متوسط آن 3/1 درصد است. بنابراین در شاخه نهراعظم به دلیل پیوستگی طولی بیشتر و شیب کمتر باید ریزشوندگی بهتری نسبت به شاخه چنارسوخته مشاهده شود. اما چون به رودخانه نهراعظم شاخه‌های فرعی بیشتری وارد می‌شود، ریزشوندگی در این رودخانه با تغییرات زیادی همراه است. همچنین نقش فرایند سایش در ریزشوندگی ذرات در این رودخانه به دلیل وجود شاخه‌های فرعی بیشتر کم اهمیت می‌باشد. در رودخانه خشک ریزشوندگی بهتر از دو زیرحوضه چنارسوخته و نهراعظم است (طول این رودخانه در حدود 33 کیلومتر و شیب آن 5/5 درصد است). در این رودخانه به دلیل شیب و شاخه‌های فرعی کمتر نسبت به دو زیر حوضه روند ریزشوندگی بهتر می‌باشد. یکی دیگر از پارامترهای مورد مطالعه جورشدگی (ضریب یکنواختی) می‌باشد که با استفاده از انحراف معیار ترسیمی جامع فولک (1980) محاسبه شده است. جورشدگی به نرخ تجمع رسوبات، طبیعت رسوبات سطحی، روش حرکت دانه‌ها، ویژگیهای سیال و ویژگیهای دانه‌ها (اندازه، شکل و دانسیته) بستگی دارد (استیدمن، 1982). محاسبه جورشدگی نمونه‌های این حوضه نشان می‌دهد که بیشتر نمونه‌ها دارای جورشدگی بسیار بد تا بد هستند و تنها یک نمونه از جورشدگی خوب- متوسط برخوردار است (شکل 2). در دو زیرحوضه نهراعظم و چنارسوخته به دلیل وجود شاخه‌های فرعی فراوان که از لیتولوژیهای مختلف منشأ می‌گیرند جورشدگی به طرف پایین دست بدتر می‌شود. در رودخانه‌ خشک روند جورشدگی بهتر از دو زیر حوضه است و نمونه‌‌ها به طرف پایین دست جورشدگی بهتری نشان می‌دهند. به استثناء دو نمونه که جورشدگی در آنها به طور ناگهانی تغییر می‌کند که به علت ورود روانآب ارتفاعات بمو و سعدی در قسمت بالادست و ارتفاعات آب‌مرغان، کفترک و کلاه‌قاضی در قسمت پایین دست است که مستقیماً به رودخانه خشک می‌ریزد. به طور کلی تغییرات پارامترهای میانگین و جورشدگی در کل حوضه نشان می‌دهد که روند ریزشوندگی بسیار کند می‌باشد و بطور مداوم در حال تغییر است. این روند نامنظم و ضریب همبستگی کم در این نمودارها بخاطر وجود شاخه‌های فرعی فراوان، واحدهای سنگی مختلف و دخالتهای بشری است. شاخه‌های فرعی فراوانی که از ارتفاعات اطراف حوضه به کانال اصلی می‌ریزند در انتقال ذرات در اندازه گراول نقش اصلی را ایفا می‌کنند. همچنین رخنمون واحدهای سنگی چون کنگلومرای بختیاری و مارنهای رازک که به ترتیب باعث درشت شوندگی و ریزشوندگی ناگهانی ذرات در طول کانال اصلی شده‌اند نیز یکی دیگر از عوامل مؤثر در تغییر اندازه و جورشدگی دانه‌ها است. احداث سد خاکی موقتی که در فصول خشک برای انحراف مسیر آب است نیز از جمله عوامل دخالتهای بشری در تغییر اندازه قطر ذرات این حوضه می‌باشد. با توجه به اینکه رودخانه خشک سالیانه مقادیر زیادی رسوب به دریاچه مهارلو حمل می‌کند مطالعه رسوبزایی و بررسی نقش رخنمونهای سنگی منطقه در تولید رسوب حائز اهمیت است که می‌تواند به برنامه‌ریزی در جهت جلوگیری از تولید رسوب کمک نماید. از واحدهای سنگی این محدوده مطالعاتی که در تولید رسوب نقش بیشتری دارند می‌توان به سازند رازک اشاره کرد که نقش بسزایی در رسوبزایی این حوضه دارد.
این سازند که بیشتر از مارنهای سبز و قرمز تشکیل شده در نواحی بالا دست دو رودخانه نهراعظم و چنارسوخته گسترش دارد. با بررسی مقادیر رسوب دانه‌ریز (در اندازه گل) در دو زیر حوضه نهراعظم و چنارسوخته و محاسبه درصد فراوانی آنها مشخص می‌شود که مقدار درصد رسوبات دانه‌ریز در کانال اصلی زیرحوضه نهراعظم (4/31) بیشتر از کانال اصلی زیرحوضه چنارسوخته (03/6) است. بنابراین می‌توان چنین نتیجه گرفت که سازند رازک به دلیل گسترش بیشتر در بالا دست رودخانه نهراعظم رسوب دانه‌ریز بیشتری نسبت به سازند رازک شاخه چنارسوخته تولید می‌کند. همچنین مقادیر رسوب دانه‌ریزی که توسط شاخه نهراعظم به رودخانه خشک منتقل می‌شود بیشتر از شاخه چنارسوخته است.
در خاتمه می‌توان چنین استنباط نمود که روند ریزشوندگی در حوضه آبریز رودخانه خشک از مدل نمایی کرومباین (1937) بطور کامل پیروی نمی‌کند و با تغییرات زیادی همراه است. همچنین سازند رازک در تولید رسوب در این حوضه نقش مهمی دارد و توسط این سازند رسوب دانه‌ریز بیشتری به شاخه نهراعظم نسبت به شاخه چنارسوخته اضافه شده و سپس به رودخانه خشک و دریاچه مهارلو منتقل می‌شود.

کلید واژه ها: سایر موارد