تجزیه و تحلیل مورفومتریک برای درک فرآیندهای هیدروموفولوژیکی در یک حوضه آبخیز اهمیت حیاتی دارد و بنابراین، برای ارزیابی منابع آب در حوضه های زهکشی اولویت دارد. تجزیه و تحلیل مورفومتریک برای شناسایی خواص زهکشی Wadi Wala و 23 زیرحوضه مرتبه چهارم انجام شد. دادههای ASTER DEM برای گردآوری نقشههای شیب، ارتفاع و جنبه استفاده شد. از نرم افزار Arc GIS برای اندازه گیری و محاسبه پارامترهای مورفومتریک پایه، مشتق شده و شکل استفاده شد. W. Wala یک حوضه زهکشی مرتبه ششم است و الگوی زهکشی در قسمت مرکزی و زیرین حوضه از تریلی به زیر پرده است، در حالی که در قسمت های جنوبی و شمالی الگوی دندریتی تا زیر دندریتی است. شیب های حوضه آبریز از 0 تا 5 درجه تا 35 درجه بیشتر در دسته های شیب متفاوت است. بالا بردن و کج شدن تکتونیکی، سنگ شناسی، ساختار و جوانسازی عوامل اصلی کنترل تغییرات مورفولوژیکی در حوضه است. سیستمهای گسلی شناسایی شده عمدتاً الگوی زهکشی را کنترل میکنند و شکل کشیده زیرحوضهها به خطوارههای متراکم در بخشهای مرکزی و شرقی حوضه نسبت داده میشود. Rمقادیر b برای کل حوضه و حوضه های فرعی از 2 تا 7 با میانگین 4.55 است که نشان دهنده انحراف الگوی زهکشی توسط ساختار زمین شناسی است. مقادیر انتگرال هیپسومتری برای حوضه آبخیز W. Wala و زیر حوضهها بالا است، جایی که از 70٪ تا 89٪ متغیر است. مقادیر بالای HI نشان می دهد که حوضه های زهکشی در مرحله جوانی توسعه ژئومورفیک هستند و تحت تأثیر بالا آمدن تکتونیکی، کج شدن و تسلط فرآیند دامنه تپه قرار می گیرند. تفاوت در مقادیر HI بین زیر حوضه های واقع در قسمت غربی، یا کمربند جوان شده که در آن مقادیر HI از 85٪ تا 89٪ متغیر است، آشکار است. در حالی که مقادیر HI زیرحوضه های واقع در قسمت شرقی حوضه، از 70% تا 84% متغیر است. تجزیه و تحلیل رگرسیون نشان می دهد که R2مقادیر، که نشان دهنده درجه کنترل پارامترهای رانندگی در HI هستند، برای ارتفاع سطح پایه محلی (m) و ارتفاع متوسط زیر حوضه ها (m) به طور معقولی بالا هستند. هر دو پارامتر به ترتیب 0.42 و 0.39 (که در آن F-value در سطوح 0.1٪ و 0.5٪ معنی دار است) کمک می کنند. چنین نتایجی نشان میدهد که ارتفاع سطح پایه محلی (m) و ارتفاع میانگین (m) تنها پارامترهای محرک مورفومتریک هستند که کنترل قابلتوجهی بر مقادیر HI در حوضه W. Wala دارند. تلفات سالانه بالای خاک و بار رسوبی که اخیراً تخمین زده شده است، نشان می دهد که حوضه در حال حاضر به شدت مستعد فرسایش سطحی است. از این رو، مطالعه حاضر و اطلاعات به دست آمده به برنامه ریزی برای اقدامات کارآمد حفاظت از خاک و آب برای کاهش نرخ فرسایش خاک، حفظ آب و کنترل رسوب به سد W. Wala کمک می کند.
کلید واژه ها
GIS , ASTER DEM , مورفومتري , جوانسازي , خطوط , تشريح توپوگرافي
1. مقدمه
یک حوضه زهکشی به عنوان یک واحد هیدروژئومورفیک اساسی برای مدیریت آبخیز شناخته شده است [ 1 ]. بنابراین شاخص ها و پارامترهای ژئومورفومتریک به طور گسترده ای برای بررسی توسعه پایدار منابع طبیعی به کار گرفته شده اند. مشخصات مورفومتریک یک حوضه برای ارزیابی منابع آب سطحی و پتانسیل آب زیرزمینی [ 2 ] [ 3 ] قابل توجه است. خواص ژئومورفومتریک نیز برای استفاده مناسب از منابع زمین و آب یک حوضه برای تولید بهینه با حداقل خطرات زیست محیطی (مانند فرسایش شدید خاک، نرخ رسوب بالا، فعالیت زمین لغزش و سیل) ضروری است تا از مردم ساکن در سراسر حوضه حفاظت شود. ، یا در مناطق اشغال شده نزدیک به خروجی یک حوضه [ 3 ] [4 ] [ 5 ] [ 6 ] . مورفومتری به اندازه گیری و ارزیابی پیکربندی سطح زمین، از جمله شکل و ابعاد لندفرم های آن، و جنبه های مختلف حوضه های زهکشی اشاره دارد [ 7 ]. تجزیه و تحلیل مورفومتریک از طریق اندازه گیری و محاسبه پارامترهای اساسی، پارامترهای مشتق شده و پارامترهای شکل حوضه های زهکشی با استفاده از DEM، ابزار GIS و معادلات ریاضی توسعه یافته برای این منظور انجام می شود [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]. نسبت انشعاب اندازه گیری شده ( Rbبه عنوان مثال به درجه ای که ساختار زمین شناسی شبکه زهکشی را کنترل می کند، اشاره دارد، در حالی که، مقدار بالای میانگین سهمیه انشعاب ( Rbm ) یک سیستم زهکشی، رواناب و سایر عوامل خارجی را نشان می دهد که در تشکیل شبکه های زهکشی نقش دارند [ 12 ]. ] [ 13 ] . ارزیابی خطرات ژئومحیطزیستی بهویژه سیلهای ناگهانی برای حوضههای آبخیز خشک که گهگاه مناطق کوچک و بزرگی از سکونتگاههای انسانی را تهدید میکنند انجام شد [ 14 ] – [ 21 ]] . اولویت بندی حوضه برای حفاظت از خاک و آب، و انتخاب مکان برای برداشت آب، اخیرا بر اساس تجزیه و تحلیل مورفومتریک، تخمین رسوب، کاربری/پوشش زمین و مدلسازی فرسایش خاک با استفاده از GIS و سنجش از دور [ 4 ] [ 6 ] [ 22 ] انجام شد. – [ 27 ] . کاربردهای دیگر آنالیز مورفومتریک در سرتاسر جهان انجام شده است مانند: مطالعه آثار تکتونیک فعال کواترنر بر ساختارها و حوضه های زهکشی [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]، کنترل تکتونیکی بر فرآیندهای ژئومورفیک در شکل دادن به شبکه [زهکشی] 33] و زمین لغزش ها همراه با مکانیسم های محرک آنها [ 34 ]. زمین شناسی (سنگ شناسی و ساختار)، مورفولوژی (تسکین و شیب)، و آب و هوا (بارش و تبخیر) مجموعه عمده ای از عوامل فیزیکی را تشکیل می دهند که الگوی زهکشی، تراکم و هندسه سیستم رودخانه ای را کنترل می کنند [ 35 ].] . تأثیر نسبی هر عامل بر فعالیت رودخانه ها از منطقه ای به منطقه دیگر متفاوت است و متعاقباً تفاوت های قابل توجهی در خواص مورفومتریک بین حوضه های زهکشی به نمایش گذاشته می شود. علاوه بر این، توصیفگرهای هیدرولوژیکی حوضه های زهکشی (از جمله حوضه های آبریز خشک) با پارامترهای مورفومتریک یک حوضه مانند: شیب، شکل، اندازه، تراکم زهکشی، ارتفاع، طول حوضه، حداکثر طول جریان، و طول کل بخش های رودخانه همبستگی مثبت دارند. و غیره [ 36 ] . رفتار هیدرولوژیکی یک حوضه زهکشی تا حد زیادی توسط ویژگی های ژئومورفیک، زمین شناسی، اقلیمی، و مورفومتریک آن که توسط جنبه های خطی، منطقه ای و برجسته حوضه ها تعریف می شود تعیین می شود [ 37 ] [ 38 ].] . تجزیه و تحلیل کمی مورفومتریک شبکه های زهکشی و سایر ویژگی ها به طور سنتی توسط ژئومورفولوژیست ها، هیدرولوژیست ها و مهندسان عمران مورد بررسی قرار می گیرد. در این زمینه، Strahler [ 39] استدلال کرد که تجزیه و تحلیل مورفومتریک یک رویکرد مطالعه ساده در نظر گرفته می شود، بنابراین، امکان ارزیابی مورفولوژی و فرآیندهای حوضه و مقایسه مورفومتریک حوضه های مختلف توسعه یافته در محیط های مختلف را فراهم می کند. چنین رویکردهایی درک ما را از تکامل ژئومورفیک حوضه های زهکشی افزایش می دهد. همچنین در گذشته نزدیک به این نتیجه رسیده بود که هر گونه تغییر قابل توجهی که بر هر یک از اجزای محیطی حوزه آبخیز تأثیر بگذارد، بر سایر مؤلفهها بهویژه آنهایی که در پایین دست واقع شدهاند تأثیر میگذارد، به این معنی که هرگونه تغییر ژئومورفیک و هیدرولوژیکی طبیعی یا انسانی در حال وقوع، فوراً مناطق خاصی را تحت تأثیر قرار میدهد و ممکن است گسترش به سایر نقاط حوضه [ 40] . توسعه GIS قدرتمند و مقرون به صرفه و تکنیکهای سنجش از دور ما را قادر میسازد تا پارامترهای مورفومتریک پایه، مشتق شده و شکلدهی حوضههای زهکشی را با دقت بالا اندازهگیری، محاسبه و پردازش کنیم. علاوه بر این، در دسترس بودن دادههای ارتفاعی دیجیتال با دسترسی آزاد (یعنی STRM و ASTER DEMs) با وضوح بالا، کمیت سریع شبکههای زهکشی، نقشهبرداری موضوعی مورفومتریک را افزایش داده است و بنابراین، کاربردهای تحلیل مورفومتریک را به سایر زمینههای تحقیقاتی گسترش داده است. اهداف اصلی پژوهش حاضر عبارتند از:
1) خواص مورفومتریک حوضه W. Wala و 23 زیرحوضه مرتبه چهارم مربوطه را با استفاده از داده های GIS و ASTER DEM تجزیه و تحلیل کنید.
2) رفتار فیزیکی و روابط متقابل بین پارامترهای مورفومتریک در حوزههای آبخیز خشک و زیرحوضههای آبخیز را با استفاده از تحلیل رگرسیون بررسی کنید.
3) ارزیابی آماری (R L ) و تعداد نهرها و طول نهرها در رابطه با ترتیب آبراهه انجام شد.
با در نظر گرفتن W. Wala به عنوان یک حوضه آبخیز کشاورزی، و یک حوضه آبریز امیدوار کننده برای توسعه منابع آب در آینده، تجزیه و تحلیل مورفومتریک و اطلاعات حاصل از آن برای برنامه ریزی مناسب اقدامات حفاظت از خاک و آب، به حداقل رساندن نرخ فرسایش خاک و بار رسوب، اکتشاف پتانسیل آب زیرزمینی قابل توجه است. و مدیریت آبهای سطحی علاوه بر این، نتایج حاضر می تواند به سایر تحقیقاتی که ممکن است در مطالعه حوضه آبخیز انجام شود نیز کمک کند.
2. منطقه مطالعه
حوضه آبریز W. Wala قسمت بالایی حوضه W. Mujib-Wala را اشغال می کند و یک حوضه مثلثی شکل به مساحت 2063.6 کیلومتر مربع را پوشش می دهد . بین طول جغرافیایی 35˚65’E تا 36˚30’E، و عرض جغرافیایی 31˚55′ تا 31˚90’N قرار دارد ( شکل 1 ). ارتفاع زمین از 327 متر (bsl) در نقطه ای که W. Wala با W. Mujib ادغام می شود (3 کیلومتر قبل از تخلیه سیستم وادی به دریای مرده) تا 1007 متر (میلادی) شمال غربی حوضه آبخیز است ( شکل 2 (a) ) و شکل 2 (ب)). زمین مسطح/موج (0˚ – 5˚) و (5˚ – 10˚) بر قسمت شرقی حوضه تسلط دارد، در حالی که، شیب تند (> 35 درجه) و زمین جدا شده مشخصه قسمتهای غربی است ( شکل 3 ).
آب و هوا به عنوان مدیترانه خشک طبقه بندی می شود، با زمستان های نسبتا سرد و تابستان های گرم، در حالی که دره های پایین دست نزدیک به دریای مرده خشک هستند. میانگین بارندگی سالانه از 346 میلی متر در مدابا (چند کیلومتر به سمت شمال غربی حوزه آبخیز) تا 282 میلی متر در دیبان و 266 میلی متر در ایستگاه هواشناسی W. Wala متغیر است. میانگین بارندگی سالانه برای کل حوزه آبخیز بین 100 تا 200 میلی متر است. بارندگی در زمستان (اکتبر تا مارس) متمرکز است. تغییرات فصلی زیاد در دما مشهود است، جایی که دمای روزانه از حداکثر > 40 درجه سانتیگراد در ماه اوت تا حداقل -5 درجه سانتیگراد در ژانویه متغیر است. میانگین تبخیر پتانسیل سالانه در خروجی نزدیک به دریای مرده 2200 میلی متر است که میانگین آن از 1600 میلی متر در ارتفاعات غربی به 2000 میلی متر در قسمت شرقی حوضه افزایش می یابد. سنگهای کربناته کرتاسه در بیشتر حوضه آبریز W.Wala رخنمون میدهند. قدیمی ترین سنگ هایی که در منطقه مورد مطالعه قرار گرفته اند، واحد سنگ آهک توده ای با سن تورونی است. قسمت پایینی از مارن، سنگ آهک مارنی، شن و ماسه و ندول های چرت تشکیل شده است، در حالی که قسمت بالایی از ندول های مارن، سنگ آهک مارنی تشکیل شده است.
شکل 1 . موقعیت وادی والا، منطقه مورد مطالعه.
(الف)
(ب)
شکل 2 . (الف) DEM حوزه آبخیز W. Wala. (ب) نقشه کانتور حوضه W. Wala.
از سنگ آهک، سنگ آهک دولومیتی و سنگ آهک فسیلی. میانگین ضخامت این واحد سنگ شناسی 67 متر است. واحد گچی W. Umm Ghudran (عصر Coniacian-Santonian) بر واحد سنگ آهک عظیم قرار دارد. از گچ مجیب-ذیبان، سنگ آهک دولومیتی برش خورده تشکیل شده است. سنگ آهک سیلیسی شده امان، سازند فسفریتی الحسا، و سازند مارن گچی مواقار، همگی مربوط به سن ماستریشتین-کامپان-سانتونی. از سنگ آهک سیلیسی شده با لایه نازک و لایه های چرت تشکیل شده است. تشکیل فسفریت تشکیل شده است
شکل 3 . دسته بندی شیب.
سنگ آهک با لایه نازک، فسفوریت سیلیسی شده و لایه هایی از فسفات قابل استخراج. این سازند 90 متر ضخامت دارد. سازند گچ-مارل در بالای سازند فسفری قرار دارد و ضخامت آن بین 20 تا 450 متر است. از مارن و گچ با سنگ آهک گچی تشکیل شده است. سازند چرت-آهک بر روی عضو گچی-مارل قرار دارد. سنگ آهک گچی عظیم، سنگ آهک لایه نازک متناوب و لایه های چرت، و محدوده سنی از پالئوسن اولیه تا ائوسن میانی [ 41] . جریان های بازالتی دوران پلیستوسن در قسمت بالایی W. Wala قرار دارند. علاوه بر این، رسوبات سطحی شن های فلوویاتیل و دریاچه های دوران پلیستوسن بخش هایی از شاخه های عمیق W. Wala را پوشش می دهد. مهمترین سفره های آب در W. Wala آنهایی هستند که محدود به امان-W هستند. به عنوان سنگ آهک سیر (کرتاسه بالایی)، با واسطه W. Umm Ghudran و پوشاندن سازندهای Mowaqqar Chalk-Marl، تشکیل آبزیان. این آبخوان A7-B1 [ 42 ] [ 43 ] نامیده می شود] . وزارت آب و آبیاری مخزن W. Wala (2003) را با ظرفیت ≈10 MCM ساخته است. برنامه آینده افزایش ارتفاع مخزن تا ذخیره 26 MCM است. این مخزن برای تغذیه آب های زیرزمینی و تامین آب چشمه ها و چاه های پمپاژ در مسیرهای پایینی وادی در نظر گرفته شده است. جوانسازی پیشرونده، برش و برش رودخانه W. Wala نتیجه کاهش مداوم سطح پایه دریای مرده بود. برآمدگی تکتونیکی شانه شرقی شکاف دریای مرده در طی تکتونیکهای سوم سوم و کواترنر منجر به ایجاد بخشهای شیب نامنظم (15 درجه تا 35 درجه) شده است که توسط نیمکتهای سنگی از هم جدا شدهاند. نمایه وادی ناپیوستگی های مشخصی را نشان می دهد که احتمالاً نوعی از نقاط جوان شده را نشان می دهد. در این راستا، چهار یا پنج مرحله جوانسازی قابل تشخیص است [ 44] [ 45 ] . فرآیندهای جوانسازی منجر به یک حوضه زهکشی “چند چرخه ای” شده است همانطور که قبلا توسط Chorely [ 46 ] نتیجه گیری شد. مسلم است که توسعه ژئومورفیک، جوانسازی و برش شدید مسئول وجود منحنی هیپسومتری به سمت بالا محدب تیز و مقدار بالای HI (88.14٪) است. شکل HC و مقدار بالای HI نشان می دهد که حوضه آبخیز W. Wala و حوزه های فرعی در مرحله جوانی تکامل ژئومورفیک هستند. بنابراین، آنها حساسیت بالایی به فرسایش خاک، برش عمیق، فعالیت زمین لغزش و سیل دارند [ 47 ]. مراتع آزاد 47 درصد از حوضه آبریز را تشکیل می دهد. کشت دیم غلات (گندم و جو) در 38 درصد از مساحت کل حوزه آبخیز انجام می شود، در حالی که 7 درصد از حوضه آبریز شهری است [ 43 ].] .
3. مواد و روشها
نقشه های توپوگرافی با مقیاس 1:50000 (فاصله کانتور 20 متر) از مرکز جغرافیایی ملی سلطنتی اردن (RJNGC)، امان، منتشر شده در 1992 خریداری شد. اطلاعات توپوگرافی با استفاده از نرم افزار Arc GIS (10.1) با UTM Projection، WGS 1984، Zone 36˚N، دیجیتالی و ارجاع جغرافیایی شد. با استفاده از ماژول تحلیلگر فضایی یک ASTER DEM (v.2) (رزولوشن 30 متر) تولید شد. سپس مرزها و شبکه های زهکشی کل W. Wala و 23 حوضه فرعی مرتبه چهارم با استفاده از ابزار Arc GIS (v.10.1) مشخص و دیجیتالی شدند ( شکل 4 ). سه گروه از پارامترهای مورفومتریک: پارامترهای پایه، مشتق شده و شکل با استفاده از بستههای Arc GIS، معادلات ریاضی توسعهیافته توسط Strahler [ 39 ] [ 48 ] [ 39] [48] [39] [48] اندازهگیری و به صورت کمی محاسبه شدند .49 ] و ASTER DEM. پارامترهای اساسی عبارتند از: مساحت حوضه (A)، محیط (P)، طول پایه (L b )، ترتیب جریان (u)، طول جریان ( Lu )، طول جریان متوسط (L sm )، حداکثر و حداقل ارتفاع (H، h). ، و شیب (S b ). پارامترهای مشتق شده عبارتند از: نسبت انشعاب (Rb )، نسبت طول جریان ( RL)، ضریب RHO (ρ)، فرکانس جریان (F s )، تراکم زهکشی (D d ) ، بافت زهکشی ( Dt )، تسکین حوضه (B h ). نسبت امدادی ( Rr)، عدد ناهمواری ( Rn) و انتگرال هیپومتریک
شکل 4 . 23 حوضه فرعی حوضه آبریز W. Wala.
(H I ). پارامترهای شکل عبارتند از: نسبت طول (R e )، نسبت دایره ( Rc )، و ضریب شکل ( Rf ). ترتیب جریان کل حوضه آبخیز W. Wala و 23 حوضه فرعی طبق Strahler [ 39 ] اجرا شد و حوضه W. Wala درجه ششم بود. مشتقات DEM نیز مقوله های شیب، جنبه و نقشه ارتفاع با استفاده از ابزار تحلیل فضایی موجود در Arc GIS بودند. روش های اتخاذ شده برای محاسبه پارامترهای مورفومتریک در نشان داده شده استجدول 1 و نتایج محاسبات در نشان داده شده استجدول 2 و جدول S1. تجزیه و تحلیل رگرسیون برای ارزیابی رابطه متقابل بین مساحت زیرحوضه ها و سایر پارامترهای مورفومتریک، که در آن مساحت حوضه یک متغیر مستقل در نظر گرفته می شود، و سایر پارامترهای مورفومتریک متغیرهای وابسته هستند، استفاده می شود. علاوه بر این، وابستگی مقیاس مقادیر HI برای 10 زیرحوضه برای ارزیابی اثر پارامترهای مختلف محرک (به عنوان مثال، ترتیب جریان، مساحت حوضه (km2 ) ، ارتفاع سطح پایه محلی (m)، نسبت طول انجام شد. ضریب شکل و میانگین ارتفاع (m) در انتگرال هیپسومتری مقدار R 2 نشان دهنده درجه کنترل این پارامترها بر روی HI است.
4. ارزیابی مورفومتریک حوضه W. Wala
تجزیه و تحلیل کمی برای حوضه W. Wala و 23 حوضه فرعی مرتبه چهارم به منظور ارزیابی خواص مورفومتریک شبکه های زهکشی انجام شد. بیست و یک پارامتر مورفومتریک برای توصیف حوضه و بهبود درک ما از توسعه حوضه زهکشی با اشاره به عوامل کنترل کننده ذاتی مانند سنگشناسی، ساختار و فرآیندهای ژئومورفیک زمین ساختی و مراحل جوانسازی در نظر گرفته شد. نتایج تجزیه و تحلیل مورفومتریک برای کل حوضه آبریز و 23 زیرحوضه در زیر نشان داده شده است.جدول 2 و جدول S1. الگوی زهکشی در قسمت های مرکزی و زیرین حوضه به صورت تریلی تا زیر دندریتی است، در حالی که در قسمت های جنوبی و شمالی به صورت دندریتی تا زیر دندریتی است. حوضه آبریز W. Wala به عنوان حوضه مرتبه ششم طبقه بندی می شود ( شکل 5 ). با اشاره به نسبت بین مساحت حوضه (A) و محیط (P) (5.127:1)، خط مرزی W. Wala یک تقسیم آب نسبتا نامنظم است.
4.1. پارامترهای مورفومتریک پایه
پارامترهای مورفومتریک پایه محاسبه شده برای W. Wala و 23 زیرحوضه شامل مساحت حوضه (A)، محیط حوضه (P)، طول حوضه (L b )، ترتیب جریان (u)، طول جریان ( Lu ) است. و میانگین طول جریان ( Rbm ) و حداکثر و حداقل ارتفاع حوضه (H و h).
4.1.1. مساحت حوضه (A)، طول حوضه (L b ) و محیط حوضه (P)
منطقه زهکشی (A) یک پارامتر مورفومتریک اساسی برای فرآیندهای داده های هیدرولوژیکی، تجزیه و تحلیل و تفسیر است. حوضه ها و زیرحوضه های بزرگتر با تسکین نسبی بالا معمولاً با دبی بیشتر مشخص می شوند و مستقیماً بر قله ها و بزرگی رواناب تأثیر می گذارند. بنابراین، منطقه حوضه یک جزء ضروری در فرآیندهای هیدرولوژیکی است [ 21 ]. در این زمینه، Chorley و همکاران. [ 50 ] به این نتیجه رسیدند که حداکثر دبی سیلاب در واحد سطح با اندازه حوضه زهکشی رابطه معکوس دارد. کل مساحت زهکشی W. Wala می باشد
جدول 1 . پارامترهای مورفومتری و فرمول ریاضی آنها.
جدول 2 . مشخصات مورفومتریک حوضه آبریز W. Wala.
2063.6 کیلومتر مربع ، و برای 23 زیرحوضه، از 18 کیلومتر مربع تا 184.99 کیلومتر مربع متغیر است . طول حوضه مربوط به حداکثر طول حوضه و حوضه های فرعی است که به موازات خط اصلی زهکشی اندازه گیری می شود. طول W. Wala 88.8 کیلومتر است، در حالی که طول حوضه های فرعی از 5.423 تا 38.186 کیلومتر متغیر است. محیط W. Wala 403.9 کیلومتر است و محیط زیرحوضه ها از 17.59 تا 153.578 کیلومتر است ( جدول S1). حوضه فرعی 23 نشان دهنده کوتاه ترین، اما با طولانی ترین محیط است، در حالی که حوضه فرعی 13 طولانی ترین است، اما با
شکل 5 . ترتیب جریان حوضه W. Wala.
بالاترین محیط از نظر مساحت، زیرحوضه 12 بزرگترین و زیرحوضه 10 کوچکترین است. با این حال، زیرحوضه های بزرگتر و طولانی ترین، عموماً نزدیک به مرزهای شمال غربی، جنوب شرقی و شرقی حوضه اصلی قرار دارند. در حالی که کوتاهترین طول و کوچکترین مساحت به دلیل غلبه شیبهای تند و تشریح توپوگرافی در کمربند جوان شده قرار دارند.
4.1.2. ترتیب جریان (u) و شماره جریان (Nu)
ترتیب جریان یا طبقهبندی نهرها بر اساس تعداد و نوع اتصال شاخهای به عنوان یک شاخص مفید برای اندازه جریان، دبی و منطقه زهکشی در نظر گرفته شده است [ 39 ]. تعداد کل نهرها (N u ) 2476 است و نهرهای مرتبه اول 78.2 درصد از تعداد کل نهرها در حوضه W. Wala را تشکیل می دهند. جزئیات ویژگیهای جریان از قانون اول هورتون [ 51 ] یا «قانون اعداد جریانها» پشتیبانی میکند، که بیان میکند که تعداد جریانهای مرتبههای مختلف در یک حوضه زهکشی معین به یک نسبت هندسی معکوس نزدیک است. چنین رابطه هندسی معکوس زمانی که مقادیر log ( Nu ) روی یک نمودار معمولی رسم می شود، به صورت گرافیکی به شکل یک خط مستقیم نشان داده می شود.شکل 6 (الف)). حوضه آبخیز W. Wala از 23 زیرحوضه تشکیل شده است که به عنوان حوضه های مرتبه چهارم و 5 زیرحوضه فقط مرتبه پنجم تعیین می شوند.
4.1.3. طول جریان (L u )
طول جریان از مبدأ یک نهر تا شکاف زهکشی اندازه گیری می شود. Lu یک پارامتر ابعادی است که برای درک ویژگی های عناصر شبکه زهکشی و سطوح حوضه کمک کننده آن استفاده می شود [ 39 ]. این ویژگی های هیدرولوژیکی سنگ های زیرین را بیان می کند. تعداد کمی از طولهای جریان بیشتر در جایی که سنگهای بستر نفوذپذیر هستند، ایجاد میشوند.
(الف) (ب)
شکل 6 . (الف) قانون اول هورتون در مورد تعداد جریان، و (ب) قانون دوم هورتون در مورد طول جریان با استفاده از دادههای W. Wala.
در حالی که تعداد بیشتری از طول جریان های کوچک در جایی که مواد سنگ نفوذپذیری کمتری دارند تشکیل می شوند [ 20 ]. ویژگی های طول جریان حوضه آبریز W. Wala و 23 زیرحوضه مطابق با “قانون طول رودخانه” هورتون [ 51 ] است، که بیان می کند که “طول متوسط جریان های هر یک از ردیف های مختلف در یک حوضه زهکشی نزدیک به تقریبی نسبت هندسی مستقیم». این رابطه خطی هندسی زمانی که مقادیر لاگ این پارامترها بر روی یک نمودار معمولی رسم می شوند به صورت گرافیکی نمایش داده می شود ( شکل 6 (ب)). به طور کلی، بیشتر حوضه ها و زیرحوضه های زهکشی یک رابطه تقریبا خطی با انحراف کوچک از یک خط مستقیم را نشان می دهند که توسط [ 52 ] گزارش شده است. طول کل جریان (L u) W. Wala 2839.2 کیلومتر است و نهرهای مرتبه اول 49.9٪ از طول کل جریان را تشکیل می دهند.
4.1.4. میانگین طول جریان (L sm )
L sm با تقسیم طول کل جریان به ترتیب (u) و تعداد قطعات جریان از همان مرتبه (u) تعریف می شود. میانگین طول جریان برای W. Wala از 0.732 برای جریان های مرتبه اول تا 67.8 برای جریان مرتبه ششم ( جدول S1) متغیر است و مقدار L sm برای هر مرتبه معین بزرگتر از مرتبه پایین تر و کمتر از آن است. از مرتبه بالاتر بعدی خود. برای 23 زیرحوضه، مقادیر Lsm از 0.5999 برای نهرهای مرتبه اول، تا 24.734 برای جریان مرتبه چهارم متغیر است.
4.1.5. حداکثر و حداقل ارتفاع (H، h)
حداکثر و حداقل ارتفاع شبیه به بالاترین و پایین ترین نقطه حوضه و زیرحوضه است. بالاترین ارتفاعات W. Wala مربوط به مناطق شمال غربی و جنوب غربی حوضه است و کمترین ارتفاع در قسمت مرکزی حوضه حوضه غالب است. مقادیر H و h برای کل حوضه به ترتیب 1007 متر و 327 متر است. به همین ترتیب، مقادیر (H) برای زیرحوضه ها از 800 متر تا 1007 متر متغیر است و مقادیر (h) از 513 متر تا 821 متر متغیر است. بر این اساس، مقادیر حداکثر و حداقل ارتفاع برای زیرحوضه های آبخیز متفاوت است، اما آنها به طور قابل ملاحظه ای بالا هستند.
4.1.6. شیب (S b )
شیب حوضه های زهکشی به عنوان یک عامل مورفومتریک از اهمیت هیدرولوژیکی برخوردار است [ 8 ]. شیب های تند گهگاه دارای مقادیر رواناب سطحی بالا و نرخ نفوذ کم هستند که به نوبه خود فرسایش خاک را تسریع می کند. بنابراین، تولید بار رسوب به ویژه در دامنههای بایر بیش از حد چرا زیاد است [ 53 ]. با توجه به مسا [ 8 ]، شیب حوضه با استفاده از فرمول زیر محاسبه شد.
که در آن H و h به ترتیب حداکثر و حداقل ارتفاع حوضه هستند. و L b طول افقی حوضه است. شیب های ثبت شده از 0 درجه تا صخره های >50 درجه شیب متفاوت است. شیب های استخراج شده از ASTER DEM به 0˚ – 5˚، 5˚ – 10˚، 10˚ – 15˚، 15˚ – 20˚، 20˚ – 30˚ و > 30˚ طبقه بندی می شوند ( شکل 3 ). دستههای شیب 0 – 5 درجه تا 10 – 15 درجه قسمت مرکزی حوضه را مشخص میکنند، در حالی که شیبهای بیش از 50 بر قسمت پایینی که وادیهای درهای شکل در پایین دست ایجاد شدهاند، غالب است. شیب کلی W. Wala تقریباً 14 درجه است، اگرچه شیب های تند و زمین های ناهموار تشریح شده مشخصه بخش غربی یا کمربند جوان شده حوضه است. مقادیر شیب برای زیرحوضه های آبخیز از 5.5 درجه تا 41.3 درجه متغیر است. شیب زیرحوضه ها عموماً از شرق به غرب افزایش یافته است.
4.2. پارامترهای مورفومتریک مشتق شده
4.2.1. نسبت انشعاب ( Rb )
نسبت انشعاب (Rb ) به عنوان نسبت تعداد جریانهای یک مرتبه معین ( Nu ) به تعداد جریانهای مرتبه بالاتر بعدی ( Nu + 1) تعریف میشود. پارامتر Rb توسط هورتون [ 51 ] به عنوان یک شاخص مورفولوژیکی تسکین و تشریح توضیح داده شده است. مقدار Rb برای حوضه های آبریز مسطح یا نورد حدود 2 است و برای حوضه های آبخیز بسیار تشدید شده، این مقدار تا 3 یا 4 است. پارامتر Rb شباهت هندسی حوضه زهکشی را نشان می دهد و تنوع شبکه زهکشی را تایید می کند [ 39 ] ] . مقادیر R bبرای W. Wala و 23 زیرحوضه از 2 تا 7 با میانگین 4.55 متغیر است. چنین ارقامی نشان میدهد که حوزههای آبخیز بهشدت تحتتاثیر اختلالات ساختاری قرار میگیرند، جایی که انشعاب زهکشی بهشدت توسط ساختار زمینشناسی کنترل میشود که توسط گسل وادی زرقا معین، گسل W. Wala، گسل از زعفران، و گسلهای کوچک وادی الفلیج نمایش داده میشود. [ 43 ] و خطواره های حاصل.
4.2.2. نسبت طول جریان (R L )
نسبتهای حوضه و حوضه به نسبت بین طول متوسط جریانهای یک مرتبه معین ( Lu ) به میانگین طول نهرها در مرتبه پایینتر بعدی اشاره دارد. نسبت طول جریان یک پارامتر مهم در رابطه با ترکیب زهکشی و تکامل ژئومورفیک حوضه های زهکشی است [ 39 ]. مقادیر R L بین ترتیب نهرهای متوالی در نتیجه تغییر در شرایط تسکین و شیب متفاوت است. RL همچنین رابطه قابل توجهی با دبی جریان سطحی و مرحله فرسایشی حوضه دارد (Sreedevi et al. 2004) . تنوع نسبی در R L وجود داردمقادیر بین جریان های مرتبه های مختلف مربوط به W. Wala (0.41 تا 0.96). چنین تغییراتی به تغییرات ژئومورفیک در نقش برجسته و شیب، مرحله توسعه ژئومورفیک و وضعیت جوانسازی در امتداد حوزه آبخیز W. Wala نسبت داده میشود. مقدار R L برای W. Wala 0.56 است، در حالی که مقادیر RL برای 23 زیرحوضه از 0.034 برای جریان های مرتبه اول تا 0.858 برای جریان های مرتبه چهارم متغیر است.
4.2.3. ضریب RHO (ρ)
ضریب RHO به عنوان نسبت بین نسبت طول جریان ( RL ) و نسبت انشعاب (Rb ) [ 51 ] تعریف می شود . تحت تأثیر عوامل زمین شناسی، ژئومورفیک، اقلیمی، بیولوژیکی و انسانی است [ 8 ]. RHO یک متغیر مهم است که رابطه بین Dd و تکامل ژئومورفیک یک حوضه زهکشی را تعیین می کند. بنابراین، امکان ارزیابی ظرفیت ذخیره سازی شبکه زهکشی را فراهم می کند [ 51 ]. مقدار RHO بالای یک شبکه زهکشی نشان دهنده ذخیره آبی بالا در هنگام سیل است، بنابراین، اثر فرسایش در طول دبی افزایش یافته کاهش می یابد [ 8 ]] . مقدار RHO برای کل W. Wala 1.22 و برای 23 زیر حوضه از 0.092 تا 0.466 متغیر است.
4.2.4. فرکانس جریان (F ثانیه )
فرکانس جریان به عنوان نسبت تعداد کل آبراهه ها ( Nu ) از همه ردیف ها در یک حوضه و منطقه حوضه تعریف می شود [ 51 ]. Fs تحت تأثیر مواد سنگی زیرین قرار می گیرد، بنابراین، نشان دهنده بافت زهکشی حوضه ها و زیرحوضه ها است . مقادیر F s با مقادیر D d یک حوضه همبستگی مثبت دارند . بنابراین، هر گونه افزایش در جمعیت جریان با تراکم زهکشی مرتبط است [ 3 ]. مقادیر F s پایین نشان می دهد که نرخ نفوذ نسبتاً پایینی از آب های سطحی به دست می آید. بنابراین، پتانسیل آب زیرزمینی نسبتا کم است [ 54 ]. ملتن [ 55] بیان کرد که مقدار کم فرکانس جریان (1.0 تا 3.5) نشان می دهد که جریان توسط شکستگی کنترل می شود و فرکانس جریان بالا (4 تا 10) نشان دهنده نفوذ ناپذیری کم و رواناب سطحی بیشتر است. مقدار فرکانس جریان برای حوضه آبخیز W. Wala 1.20 km -2 است و برای 23 زیرحوضه، از 1.064 km -2 تا 1.771 km- 2 متغیر است. چنین مقادیری حاکی از آن است که حوضه آبریز W. Wala دارای رواناب نسبتاً بالایی است.
4.2.5. تراکم زهکشی (D d )
D d به عنوان طول کل نهرها در واحد سطح تقسیم بر مساحت حوضه زهکشی تعریف می شود [ 51 ]. این به نزدیکی فاصله کانال ها اشاره دارد و بنابراین به عنوان معیاری برای تشریح توپوگرافی و پتانسیل رواناب یک حوزه آبخیز معین استفاده می شود. مقدار D d بالا نشان دهنده رواناب زیاد و در نتیجه نرخ نفوذ کم است. در مقابل، چگالی کم زهکشی حوضه حاکی از رواناب کم و نفوذ زیاد است [ 56 ]. علاوه بر این، Strahler [ 39 ] استدلال کرد که مقادیر D d پایین زمانی به دست میآیند که تسکین حوضه زیاد باشد و شیبها بسیار تند باشد. سایر عوامل محیطی کنترل کننده D dعبارتند از: ظرفیت نفوذ خاک و مقاومت مواد زیرین در برابر فرسایش. در حوضه های با زهکشی ضعیف، مقادیر D d در محدوده 0.75 کیلومتر بر کیلومتر مربع یا یک چهارم بزرگتر است [ 51 ]. مقادیر تراکم زهکشی برای حوضه اصلی رودخانه 1.385 و برای زیرحوضه ها از 1.19 تا 1.77 متغیر است که حوضه های آبریز متوسط تا خوب زهکشی شده را نشان می دهد. تغییرات جزئی در مقادیر D d بین زیرحوضه های فوقانی ( = 1.43) و زیر حوضه های پایین (
= 1.32) مشاهده می شود. تراکم زهکشی بالاتر در حوضه های آبخیز بالایی ممکن است به دلیل در دسترس بودن بارندگی و وجود تسکین بالا با شیب های تند که منجر به رواناب بیشتر و خطوط زهکشی سطحی بیشتر شود، نسبت داده شود [ 13 ].] .
4.2.6. بافت زهکشی (D t )
بافت زهکشی ( Dt ) نشان دهنده فاصله نسبی کانال در یک توپوگرافی تشریح شده رودخانه است. D t به تعداد کل بخش های جریان از همه راسته ها در هر محیط آن حوضه اشاره دارد [ 51 ]. این امر به تعدادی از عوامل فیزیکی مانند سنگ شناسی، تسکین، خاک، پوشش گیاهی، ظرفیت نفوذ، آب و هوا، بارندگی و مرحله توسعه حوضه زهکشی بستگی دارد. مقدار D t برای W. Wala 1.7 است و برای 23 زیرحوضه از 1.36 تا 2.753 متغیر است. با این حال، تغییر در مقادیر D t بین زیر حوضه های بالایی اندک است ( 734/1 =). به گفته اسمیت [ 57]، بافت زهکشی W. Wala و زیر حوضه ها از بافت بسیار درشت تا درشت متغیر است. فرض بر این است که مقادیر بالای بافت زهکشی وجود مواد شیب شکننده و سنگهای نرم را نشان میدهد. اگرچه شدت زهکشی برای W. Wala کم است، اما بدتر شدن پوشش گیاهی، چرای بیش از حد، و تسکین حوضه زیاد باعث فرسایش جدی خاک شد، بنابراین، اخیراً تولید رسوب بالا ثبت شد [ 58 ].
4.2.7. تسکین حوضه (B h )
نقش برجسته حوضه ای (Bh ) تفاوت ارتفاع بین بالاترین و پایین ترین نقطه یک حوزه آبخیز معین است [ 59 ]. پارامتر Bh به طور قابل توجهی شیب جریان را کنترل می کند، بنابراین، بر الگوهای سیلابی و میزان رسوبات قابل حمل تأثیر می گذارد. تسکین حوضه در این رابطه، معیاری از انرژی پتانسیل سیستم زهکشی است که به دلیل ارتفاع بالای یک داده معین [ 60 ] وجود دارد. بنابراین، این یک عامل اساسی در درک وضعیت برهنهای یک حوضه زهکشی، توسعه شبکه زهکشی، جریان زمینی و جریان عبوری، و ویژگیهای فرسایشی رودخانهای زمین است. برجستگی حوضه حوضه آبریز W. Wala 1334 متر است و برای 23 زیرحوضه از 96 متر تا 459 متر متغیر است.جدول 2 و جدول S1). مقادیر بالای Bh حاکی از پتانسیل بالای انرژی فرسایشی حوضه زهکشی است. در نتیجه کاهش تدریجی سطح پایه دریای مرده و بالابردن تکتونیکی، وادی در طول تاریخ ژئومورفیک خود برش و برش سریع را حفظ کرد و باعث ایجاد دره های قابل توجهی (300 تا 500 متر عمق) در پایین دست شد و زمین های ناهموار جدا شده در پایین دست، شیب های منقطع سمت دره، و مراحل جوان سازی قابل توجه (1، 2، 3، و 4 در شکل 7 (ب)) که بر روی نیمرخ های متقاطع روی هم قرار گرفته و پیش بینی شده ظاهر می شود ( شکل 7 (الف) و شکل 7(ب)). شرق دریای مرده، سه دسته شیب (15 درجه – 20 درجه، 20 – 30 درجه، > 30 درجه) غالب است. صخره های بیش از 50 درجه نیز در پایین دست W. Wala و در امتداد لبه دریای مرده فراوان هستند. علاوه بر این، بیشتر زمین در اینجا بین خطوط 700 متر و 800 متر محدود شده است. با این وجود، نرخ بالای از دست دادن خاک سالانه و تولید رسوب مشخصه W. Wala [ 58 ]، W. Mujib [ 61 ] و W. Kerak [ 62 ] درست در جنوب منطقه مورد مطالعه حاضر است. تلفات بالای فرسایش خاک و بار رسوبی نشان دهنده فرآیندهای ژئومورفیک فعال در حال حاضر است.
شکل 7 . (الف) پروفیل های متقاطع بر روی هم و (ب) پیش بینی شده W. Wala چهار مرحله جوان سازی در شرق خروجی را نشان می دهد.
4.2.8. نسبت تسکین (R r )
نسبت برجسته (Rr ) به عنوان یک نسبت ارتفاع به طول بدون بعد بین نقش برجسته حوضه (Bh ) و طول حوضه (Lb ) [ 59 ] توضیح داده می شود . پارامتر Rr امکان مقایسه ی تسکین نسبی هر حوضه را بدون توجه به تفاوت در مقیاس توپوگرافی فراهم می کند. نسبت امداد برای حوضه آبریز W. Wala 15.1 و برای حوضه های فرعی از 8.485 تا 76.1 متغیر است. چنین مقادیری به دلیل وجود شیب های تند، قدرت فرسایشی بالا را نشان می دهد.
4.2.9. عدد ناهمواری (R n )
عدد ناهمواری (Rn ) یک پارامتر بدون بعد است که حاصلضرب تسکین حوضه (Bh ) و تراکم زهکشی [ 39 ] [ 48 ] را بیان می کند. پارامتر Rn برای اندازه گیری پتانسیل سیل ناگهانی جریان ها [ 63 ] معرفی شده است و همچنین برای بیان ویژگی های هندسی حوضه های زهکشی [ 10 ] استفاده می شود. مقادیر بالای Rn زمانی حاصل می شود که هر دو پارامتر (B h و D d) بزرگ هستند، همانطور که در W. Wala و دیگر رودخانه های جردن ریفت مثال می زنند، که در آن شیب نه تنها تند بلکه طولانی است. عدد ناهمواری برای W. Wala نسبتاً زیاد است (1.82) و برای 23 زیرحوضه از 0.234 تا 0.628 متغیر است. در نتیجه، حوضه آبریز W. Wala دارای مورفولوژی برجسته در نظر گرفته می شود [ 45 ]. حوضههایی که مقادیر Rn بالایی دارند ، تحت فرآیندهای ژئومورفیک پویا قرار میگیرند، با شیبهای طولانی و شیبدار که با شکستهای شدید شیب به دلیل جوانسازی قطع میشوند. علاوه بر این، حوضه از حساسیت بالایی نسبت به فرسایش خاک، تولید بار رسوب، جابجایی انبوه و واکنش بالا به افزایش دبی اوج برخوردار است.
4.2.10. هیپسومتریک انتگرال (HI)
تحلیل هیپسومتری به نسبت نسبی یک منطقه در ارتفاعات مختلف سطح زمین اشاره دارد [ 64 ]] . این رویکرد برای تفسیر مرحله ژئومورفیک توسعه چشمانداز، فرآیندهای برهنهای که بر روی حوضههای زهکشی عمل میکنند، و برای تجزیه و تحلیل و توضیح تأثیر فعالیت تکتونیکی بر روی یک منطقه توسعه یافته است. هیپسومتری یک حوضه زهکشی را می توان به صورت گرافیکی از طریق “منحنی هیپسومتریک” (HC) و از نظر کمی به عنوان یک انتگرال با نام “انتگرال هیپسومتری” (HI) ارزیابی کرد که هر دو با توجه به درجه تشریح حوضه زهکشی و لندفرم های سن نسبی تحلیل می شوند. . بنابراین، تجزیه و تحلیل هیپسومتریک برای تعیین سن نسبی لندفرم ها ضروری است. در نتیجه، تجزیه و تحلیل هیپسومتریک ابزاری ضروری برای ارزیابی تأثیر سنگشناسی، تکتونیک و آب و هوا بر تغییر شکل زمین، و ارزیابی تعامل بین برآمدگی تکتونیکی و فرسایش در یک منطقه یا حوضه است.65 ] [ 66 ] [ 67 ]، در حالی که انتگرال هیپسومتری از ناحیه زیر منحنی هیپسومتری محاسبه می شود و به صورت درصد بیان می شود، جایی که مقدار آن از 0 تا 1 متغیر است [ 68 ]. منحنی های هیپسومتری W. Wala و 10 زیرحوضه انتخاب شده برای تجزیه و تحلیل بیشتر به سمت بالا محدب هستند که نشان دهنده مرحله جوانی توسعه ژئومورفیک است. دو دسته از انتگرال های هیپسومتری شناسایی می شوند. مقادیر دسته اول از 85٪ تا 89٪ متغیر است و نشان دهنده کمربند جوان شده ( شکل 8 ) است که بخش غربی حوضه را مشخص می کند. در حالی که دسته دوم مقادیر HI را توصیف می کند که از 70٪ تا 84٪ متغیر است و مربوط به ناحیه شرقی حوضه است.شکل 8 ) که کمتر تحت تاثیر جوانسازی قرار می گیرد. نسبت طول حوضه (R e ) به عنوان نسبت بین قطر دایره ای با مساحت حوضه (A) و طول حوضه (L b ) تعریف می شود [ 59 ]. Strahler [ 39 ] ادعا کرد که مقادیر R e در محدوده وسیعی از شرایط زمین شناسی و محیطی از 0.6 تا 1.0 متغیر است.
4.3. پارامترهای مورفومتریک شکل
4.3.1. نسبت طولی (R e )
مقادیر نزدیک به 1.0 مشخصه مناطق با امداد بسیار کم است، در حالی که مقادیر در محدوده 0.6 تا 0.8 نمونه ای از حوضه های زهکشی با تسکین بالا و شیب های تند است. مقادیر پایین R e نشان میدهد که حوضهها درازتر هستند و هرگاه مقادیر به 1.0 نزدیک شوند، شکل حوضه زهکشی به یک دایره نزدیک میشود [ 59 ]. حوضه دایره ای در رواناب کارآمدتر از حوضه دراز است [ 69 ]. ازدیاد طول
شکل 8 . دسته های انتگرال هیپسومتری کمربند جوان شده و منطقه شرقی را مشخص می کند.
نسبت W. Wala 0.577 است و برای زیرحوضهها از 0.475 تا 1.0 متغیر است (یک زیرحوضه فقط دایرهای است) که نشان میدهد بیشتر زیرحوضهها کشیدهتر و کشیدهتر هستند.
4.3.2. نسبت دایره ای (R c )
نسبت دایره ای به عنوان نسبت مساحت حوضه (A) و مساحت دایره ای با محیطی یکسان (P) با محیط حوضه تعریف می شود [ 39 ]. Rc توسط طول و فرکانس نهرها، سنگ شناسی و ساختار، کاربری زمین/پوشش، آب و هوا، تسکین و شیب برای جریان های مختلف کنترل می شود . پارامتر Rc نشان دهنده شکل حوضه، سرعت نفوذ و زمان لازم برای رسیدن آب اضافی به خروجی حوضه است. میلر [ 70] حوضه های زهکشی را با نسبت های دایره ای مختلف از 0.4 تا 0.5 توصیف کرد و به این نتیجه رسید که آنها به شدت کشیده، با مواد زمین شناسی همگن، و نرخ یکنواخت نفوذ هستند. بنابراین، رواناب اضافی زمان بیشتری طول می کشد تا به خروجی حوضه برسد. علاوه بر این، مقادیر کم، متوسط و زیاد Rc حاکی از مرحله جوان، بالغ و پیر چرخه ژئومورفیک حوضه است. مقدار Rc W. Wala 0.159 است و برای 23 زیرحوضه از 0.067 تا 0.469 متغیر است. این مقادیر کم به طور کلی نشان می دهد که حوضه آبخیز و زیرحوضه در مرحله جوانی تکامل ژئومورفیک هستند، که شبیه دیگر حوضه های آبخیز اردن ریفت است [ 68 ].
4.3.3. ضریب فرم (R f )
ضریب شکل ( Rf ) به عنوان نسبت بین مساحت حوضه (A) و مربع طول حوضه ( ) تعریف می شود. هورتون (1945) برای پیش بینی شدت جریان یک حوضه زهکشی یک منطقه تعریف شده توضیح داد. این یک رابطه معکوس با مربع طول محوری و یک رابطه مستقیم با دبی اوج را نشان می دهد [ 37 ]. برای یک حوضه کاملا دایره ای، مقدار Rf همیشه باید <0.75 [ 12 ] باشد. هرچه مقدار ضریب فرم کمتر باشد (<0.45)، حوضه بیشتر کشیده می شود. حوضههای با مقادیر Rf بالا، جریانهای اوج بالایی را با مدت زمان کوتاه تجربه میکنند. در مقابل، یک حوضه دراز با ضریب شکل پایین، جریانهای اوج کم با مدت طولانیتری دارد. R fمقدار W. Wala 0.268 است، و برای 23 زیرحوضه از 0.086 تا 0.81 متغیر است، که نشان می دهد که حوضه های فرعی اغلب حوضه های کشیده هستند. در نتیجه، جریانهای اوج کم با مدت طولانی غالب هستند [ 3 ].
5. نتایج و بحث
ASTER DEM برای تجزیه و تحلیل مورفومتریک حوضه آبخیز ریفت احیا شده پیشرونده در حال تخلیه به دریای مرده، پایین ترین سطح پایه در سراسر جهان، به کار گرفته شد. اگرچه STRM DEM اطلاعات دقیق تری را در مورد ارتفاع تسهیل می کند، ASTER DEM (رزولوشن فضایی 30 متر) جزئیات مورفومتریک، ژئومورفیک و زمین شناسی بهتری را ارائه می دهد [ 71 ]. علاوه بر این، ASTER DEM به صورت آنلاین و بدون هزینه ارائه می شود، و در قالب Geo Tiff، با مختصات طول و عرض جغرافیایی در اندازه سلول شبکه 1 ثانیه قوس، تقریباً 30 متر در دسترس است (ASTER DEM Validation Team 2011). در نتیجه ASTER DEM در مورفومتری حوضه، مدیریت، اولویت بندی اقدامات خاک و آب، و ارزیابی خطرات سیل ناگهانی در حوضه های آبخیز خشک و نیمه خشک استفاده شده است [ 16 ] [ 18 ] [ 16].19 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 72 ] [ 73 ] . استفاده از بسته نرم افزاری ASTER DEM و GIS ابزارهای سریع، دقیق و ارزانی را برای استخراج و تجزیه و تحلیل پارامترهای مورفومتریک W. Wala و 23 حوضه فرعی امکان پذیر می کند. مقادیر Rb مرتبه جریان I بالاتر از مقادیر مرتبه جریان II و III است ( جدول S1). مقادیر Rb در محدوده 2 تا 5 قرار می گیرند به جز زیر حوضه های شماره. 5، 12، 13 و 15 که در آن نسبت انشعاب در نهرهای مرتبه II و III به 7 رسید که این به دلیل کنترل سازه ای و وجود شیب های تند است. R بالا بمقادیر به طور کلی منعکس کننده اختلال ریفت مداوم است که باعث بالا آمدن تدریجی، کج شدن NE، کاهش مداوم سطح پایه دریای مرده، و جوانسازی و در نتیجه فرسایش مکرر به سمت سر و برش رودخانه میشود. علاوه بر این، تعداد کل جریانهای مرتبه I برای زیرحوضههای شمارهای زیاد است. 4، 5، 12، 13، 19، 20، و برای نهرهای درجه دو (حوضه های فرعی شماره 5، 12، و 13) نیز بالا هستند ( شکل 9(الف)) در مقایسه با مرتبه III. تمامی این زیرحوضه ها در قسمت شمال شرقی، شرقی و جنوب شرقی حوزه آبخیز W. Wala قرار دارند که به شدت تحت تأثیر بالا آمدن و کج شدن قرار گرفته اند. همچنین تمامی این زیرحوضه ها بین 800 متر و 900 کانتور و در قسمت جنوب شرقی حوضه بین خطوط 700 متر تا 800 متر مهار می شوند. تسلط شیب های تند و شرایط توپوگرافی به نفع فرسایش سریع و شروع یک شبکه زهکشی یکپارچه با تعداد کل جریان بالا است. حداقل و حداکثر طول جریان (L uکیلومتر، برای جریان های درجه یک (69 تا 265 کیلومتر) نسبت به جریان های درجه دو (25 تا 71 کیلومتر) و جریان های درجه III (13 تا 38 کیلومتر) بالاتر هستند. به طور مشابه، توزیع فضایی زیرحوضه های مرتبه اول، درجه دوم و مرتبه سوم با توزیع زیرحوضه ها از نظر تعداد کل نهرها نسبت به ترتیب آنها نسبتاً یکسان است ( شکل 9 (b )).
شکل 9 . (الف) تعداد نهرها، و (ب) طول جریان در رابطه با ترتیب جریان.
تجزیه و تحلیل رگرسیون برای کشف رفتار فیزیکی و روابط متقابل بین متغیرهای مورفومتریک در خشک و نیمه خشک W. Wala و 23 زیرحوضه انجام شد. شکل 10(a)-(h) نتایج تحلیل رگرسیون بین مساحت حوضه (A) را به عنوان یک پارامتر مستقل در محور افقی و سایر متغیرها (طول کل جریان (km)، فرکانس جریان (Fs ) ، محیط ( P) کیلومتر، طول حوضه (L b ) کیلومتر ، نسبت دایره ( Rc )، جیره ازدیاد طول (Re ) ، تسکین حوضه (Bh ) m، و طول متوسط تجمعی log) به عنوان پارامتر وابسته
(الف) (ب)
(ج) (د)
(ه) (و)
(ز) (ح)
شکل 10 . (a)-( h ) روابط متقابل بین پارامترهای مورفومتریک (A در مقابل P، Lb، Rc ، Re ، و Bh)، (D d ، در مقابل Fs ) ، و (u در مقابل log L sm تجمعی ).
متر در محور عمودی پارامترهایی مانند طول کل جریان (R2 = 0.991)، محیط (R2 = 0.865)، طول حوضه (R2 = 704)، و میانگین طول جریان تجمعی ورود به سیستم (R2 = 0.997) دارای روابط رگرسیون قوی نسبت مستقیم با حوضه هستند. مناطق، در حالی که فرکانس جریان (R2 = 0.184)، و تسکین حوضه (R2 = 0.54)، و نسبت طول (R2 = 0.126) یک رابطه غیر مستقیم با مناطق حوضه، و یک رابطه ضعیف تا متوسط دارند. درجه همبستگی بین مناطق حوضه و سایر پارامترها در شکل 10(a)-(h) نشان داده شده است.
نسبت طول جریان ( RL ) نشانگر خصوصیات هیدرولوژیکی نسبی است، به عنوان مثال، نفوذپذیری سنگهای زیرین، بار رسوب، و نرخ فرسایش خاک بر روی یک حوزه آبخیز. بنابراین، پارامتر مهمی در رابطه با دبی آب و مرحله فرسایش یک حوضه [ 21 ] [ 74 ] در نظر گرفته می شود. یک ارزیابی آماری از نسبت طول جریان اجرا شد و نتایج در اینجا نشان داده شده استجدول 3. جدول نشان می دهد که مقادیر RL تخمین زده شده بین اولین و دومین سفارش بخار، همه دسته های نسبت RL را در خود جای می دهند. سپس مقادیر RL برای زیرحوضهها زمانی که مقادیر RL بین ردیفهای جریان دوم و سوم و بین ردیفهای جریان سوم و چهارم برآورد شد، کاهش یافت. چهار دسته از مقادیر R L در سفارشات II/I مشاهده شده است. سه دسته نسبت R L ارائه شده در سفارشات III/II، و دو دسته از نسبت R L تنها در IV/III وجود داشتند. مقادیر بالاتر مقادیر RL نشان دهنده توسعه لندفرم های ژئومورفیک جوان در سراسر حوضه است [ 13] . علاوه بر این، بیشترین حداقل و حداکثر طولها مرتبه جریان I را مشخص میکنند ( شکل 9 (ب))، و حداقل و حداکثر طول متوسط در مرتبه جریان II تحقق مییابند، در حالی که طولهای حداقل و حداکثر کوچک در مرتبه جریان III مشاهده میشوند. علاوه بر این، بالاترین حداقل و حداکثر تعداد جریان در ترتیب جریان I موجود است. حداقل و حداکثر تعداد جریان متوسط در مرتبه جریان II و اعداد حداقل و حداکثر جریان کوچک در ترتیب جریان III مشاهده میشوند ( شکل 9 (الف) ). زیرحوضه های آبخیز شماره 1، 3، 5، 6، 8، 10، 11، و 12 یک مقدار Rr متوسط 19.12 را نشان می دهد . R rمقادیر شدت شیب کانال جریان را توضیح می دهد، بنابراین، این یک عامل مهم در ارزیابی فرآیندهای فرسایش، نرخ از دست دادن خاک و بار رسوب است. در نتیجه، اوج دبی و شدت رواناب را می توان پیش بینی کرد [ 21 ]. علاوه بر این، حوضه های فرعی غربی دارای شیب متوسط بیشتری هستند، بنابراین شرایط توپوگرافی مطلوبی را برای
جدول 3 . ارزیابی آماری نسبت طول جریان ( RL ).
نرخ بالای فرآیندهای شیب تپه پارامتر عدد ناهمواری (Rn ) تنوع قابل ملاحظه ای را بین زیرحوضه های شرقی و زیرحوضه های غربی نشان می دهد. میانگین مقادیر Rn برای زیرحوضه های شرقی (1، 2، 3، 4، 5، 8، 10، 11، 12 و 13) 0.36 است، در حالی که مقادیر متوسط Rn برای زیرحوضه های غربی یا کمربند جوانسازی (9، 14، 16، 17 و 18) 0.46 است. مقادیر Rn پایین تر در حوضه فوقانی حاکی از سطوح فرسایش یافته زیاد است و مقادیر Rn بالاتر زیرحوضه های پایین دست نشان دهنده پتانسیل سیل ناگهانی بالاتر است. تنوع گسترده ای در نسبت های دایره ای ( Rc ) بین زیر حوضه های کمربند جوان سازی و زیرحوضه های آبریز ناحیه شرقی وجود دارد. میانگین Rمقدار c برای زیرحوضه های غربی (7، 9، 14، 16، 18، 21، 22، و 23) 0.314 یا بیشتر به شکل کشیده است. در مقابل، مقدار متوسط Rc برای زیرحوضه های بخش شرقی (1، 2، 3 ، 4، 5، 12، 13، 17، 19، و 20) 0.182 است که نشان می دهد همه زیرحوضه ها کشیده هستند. ، یا شکل دایره ای کمتری دارند. بنابراین، تخلیه کم رواناب و تاخیر در زمان رسیدن به اوج جریان پیش بینی می شود. زیرحوضه های کشیده را می توان در ناحیه شرقی حوزه آبخیز W. Wala مشاهده کرد که میانگین R e 0.56 و میانگین R e است.برای زیرحوضه های غربی 0.701 است که نشان دهنده زیرحوضه های کمتر کشیده است. غلبه زیرحوضه های کشیده در پهنه شرقی بازتابی از گسل های شناسایی شده در حوزه است. تعداد زیاد نهرهای مربوط به نهرهای ردیف اول و دوم و بیشترین طول نهر مربوط به نهرهای ردیف اول و دوم به ویژه در بخش میانی و بالایی حوزه آبخیز W. Wala و زیرحوضه های مرتبط با آن به دلیل وجود آن یافت می شود. خطواره های متراکم، بالا بردن، و کج شمال حوضه آبریز. مقادیر F s تغییرات قابل ملاحظه ای را از قسمت غربی حوضه به شرق نشان می دهد و روند به طور کلی از پایین به سمت بالا حوضه افزایش می یابد. میانگین F sمقدار برای زیرحوضه های شرقی (به عنوان مثال، زیرحوضه های شماره 5، 6، 8، 10، 11، و 12) 1.43 است، در حالی که مقدار متوسط F s برای زیرحوضه های فرعی غربی (یعنی زیرحوضه های فرعی شماره 14، 15، 16، 18، 21، 22 و 23) 1.39 است. واکنش زیرحوضه ها در منطقه جوان شده نسبت به فرونشست شکاف جردن (و پایین آمدن مداوم سطح پایه دریای مرده) به جای توسعه و افزایش تعداد جریان در میانی و بالادست، به برش پایین دست هدایت شد. برش جریان با خطوط متراکم، کج شدن و شیب شیب تسهیل می شود. تغییرات در مقادیر Fs عمدتاً به زمین ساخت، ساختار، سنگ شناسی و مورفولوژی (نقش برجسته و شیب) بستگی دارد. مقادیر بالای F sکه مشخصه زیرحوضه های شمال شرقی و جنوب شرقی است که به خوبی با ارتفاعات بالا (700 – 800 متر و 800 – 900 متر) منطبق است. در مقابل، مقادیر کمتر F با زیرحوضههایی مرتبط است که در آن دستههای شیب غالب عبارتند از: 20 – 30 درجه و > 30 درجه در پایین دست حوضه. در اینجا، شرایط فیزیکی حاکی از افزایش رواناب و کاهش نرخ نفوذ است، از این رو این زیرحوضه ها را مستعد سیل، فعالیت زمین لغزش و فرسایش سطحی می کند.
یک تغییر قابل توجه در مقادیر نسبت امداد ( Rr ) در 23 زیرحوضه W. Wala وجود دارد. زیرحوضه های غربی (یعنی زیرحوضه های شماره 9، 14، 16، 17، 18، 21، 22، و 23) مقدار متوسط Rr را 30.5 نشان می دهند. زیرحوضههای شمالی، شرقی و جنوبی با مقادیر Rf پایینتر در مقایسه با زیرحوضههای غربی (که در آن Rf 0.286 است)، مشخص میشوند، در حالی که میانگین مقادیر Rf برای زیرحوضههای بخش شرقی 0.418 است. فاکتور شکل بالاتر ( Rf ) کمربند جوان شده نشان دهنده توسعه زهکشی بالاتر و تأثیر کنترل تکتونیکی است. پایین R fمقادیر و شکل کشیدگی به طور کلی نشاندهنده جریانهای اوج کم برای مدت طولانیتر است و به این ترتیب احتمال سیل در زیرحوضههای شرقی کمتر است [ 21 ].
استدلال می شود که مقادیر بالای HI با مرحله جوانی توسعه ژئومورفیک و تکتونیک فعال مرتبط است، در حالی که مقادیر پایین HI مربوط به مناظر قدیمی تخریب شده است که بیشتر فرسایش یافته و کمتر تحت تأثیر نئوتتونیک و فعالیت های تکتونیکی اخیر قرار گرفته اند. [ 75 ] . میانگین مقادیر HI برای کل W. Wala، زیر حوضه های کمربند جوان شده، و زیرحوضه های ناحیه شرقی به ترتیب: 81، 84، و 79 درصد است. مقادیر بالای HI به طور کلی نشان می دهد که این حوضه های زهکشی از نظر تکتونیکی بالا رفته و NE کج شده اند و بنابراین فرآیندهای شیب تپه غالب هستند. برای ارزیابی رابطه تعاملی بین پارامترهای مورفومتریک رانندگی و HIs، یا به طور خاص، برای بررسی درجه کنترل پارامترهای زیر (مساحت زیر حوضه (km 2ارتفاع سطح پایه محلی (m)، میانگین ارتفاع زیرحوضه (m)، شیب (درجه)، نسبت کشیدگی، و ضریب شکل) نسبت به مقادیر انتگرال هیپسومتری. تجزیه و تحلیل رگرسیون نشان می دهد که R2مقادیر (شکل های 11(a)-(f)) مثبت و به طور کلی کم هستند (0.003 – 0.0056)، به جز ارتفاع سطح پایه محلی (m) که 0.42 را تشکیل می دهد (مقدار F در سطح 0.1٪ معنی دار است). و برای ارتفاع متوسط زیرحوضه که 0.39 کمک می کند. قابل توجه است که ارتفاع سطح پایه محلی (m) و ارتفاع میانگین (m) زیرحوضه ها کنترل قابل توجهی بر HI دارند، در حالی که سایر پارامترهای محرک رابطه ضعیفی را نشان می دهند که نشان دهنده کنترل ناچیز بر مقادیر HI است. بنابراین، 42 درصد تغییر در HI با پارامترهای پیشبینیکننده شناسایی شده (ارتفاع سطح پایه (m) و ارتفاع متوسط (m) زیرحوضهها توضیح داده میشود.
5. نتیجه گیری ها
مطالعه حاضر کارایی داده های سنجش از دور (ASTER DEM) و ابزار Arc GIS را برای تجزیه و تحلیل هیدرومورفومتریک در سطح زیرحوضه برای W. Wala، یک حوضه آبریز شکاف جوان شده تأیید می کند. تجزیه و تحلیل مورفومتریک برای محاسبه پارامترهای پایه، مشتق شده و شکل کل حوضه و 23 زیرحوضه مورد استفاده قرار گرفت. یک رابطه قوی بین ترتیب جریان ( u )، تعداد جریان ( Nu ) و طول جریان ( Lu ) شناسایی شده است، و یک خط تقریبا مستقیم ایجاد شده است که جهت جریان کانال ها را از ارتفاع بالاتر (700 متر – 800 متر) نشان می دهد. متر، و 800 متر – 900 متر) تا ارتفاعات کم به سمت دره شکل و V شکل پایین دست. R bمقادیر بالا هستند، جایی که بین 2 تا 7 متغیر است، بنابراین کنترل ساختاری بر روی شبکه زهکشی را نشان می دهد. تعداد کل جریان های مرتبه I به دلیل بالا آمدن، کج شدن و عوامل توپوگرافی (شیب های تند و برجستگی زیاد) بیشتر از مرتبه III است. مقادیر D d بالاتر در زیرحوضه های فوقانی ( = 1.43) در مقایسه با مقدار متوسط D d (
= 1.32) به وجود بارندگی مرتبط با تسکین بالا و شیب های تند نسبت داده می شود که باعث رواناب بیشتر و خطوط زهکشی سطحی بیشتر می شود. . تفاوت جزئی در میانگین مقدار D t بین زیرحوضه های فوقانی (
1.6 =)، نسبت به مقدار متوسط (
= 1.734) برای زیرحوضه پایین تر به فرآیندهای جوان سازی نسبت داده می شود که (به عنوان یک تنظیم برای سطح پایه عمل می کنند).
(الف) (ب)
(ج) (د)
(ه) (و)
شکل 11 . (a)-(f) مدلهای رگرسیون بین مقادیر HI و عوامل محرک مختلف (نسبت طول (a)، ضریب شکل (b)، مساحت حوضه (c)، ارتفاع سطح پایه محلی (d)، ارتفاع میانگین (e) ، و شیب (f)).
تغییرات) قبل از زیرحوضه های فوقانی. بیشتر حوضه های زهکشی در قسمت شرقی حوضه دراز یا کمتر کشیده اند، بنابراین می توان پیش بینی کرد که با قله های سیلاب کوچکتر و مسیر جریان طولانی مشخص می شوند. به دلیل زوال پوشش گیاهی، تمامی زیرحوضه ها دارای پتانسیل بالایی برای فرسایش خاک و رسوب دهی ناشی از عوامل مورفولوژیکی (تسکین و شیب های تند)، و در دسترس بودن عوامل بارندگی هستند. مقدار Rf برای کل حوضه 0.268 است و مقادیر برای 23 زیرحوضه از 0.18 تا 0.81 متغیر است. مقادیر Rf پایین نشان میدهد که حوضهها کشیده یا کمتر کشیده شدهاند، بنابراین، دبی کم یا رواناب مشخصه است و زمان تاخیر تا اوج جریان مورد انتظار است. نسبت تسکین بالا (R rمقادیر بالای HI نشان میدهد که این حوضههای زهکشی تحتتاثیر فعالیتهای تکتونیکی، بالا بردن، و فرآیندهای فعال شیب تپه قرار میگیرند. مقادیر پایین HI را می توان تفسیر کرد که حوضه های شرقی 30 تا 50 کیلومتر از سطح پایه اصلی گسترش یافته اند و بنابراین در مقایسه با زیرحوضه های غربی کمتر تحت تأثیر فرآیندهای جوان سازی قرار می گیرند. درجه کنترل پارامترهای مورفومتریک رانندگی بر مقادیر HI با استفاده از تحلیل رگرسیون ارزیابی شد. نتایج نشان می دهد که R درجه کنترل پارامترهای مورفومتریک رانندگی بر مقادیر HI با استفاده از تحلیل رگرسیون ارزیابی شد. نتایج نشان می دهد که R درجه کنترل پارامترهای مورفومتریک رانندگی بر مقادیر HI با استفاده از تحلیل رگرسیون ارزیابی شد. نتایج نشان می دهد که R2مقادیر (که نشان دهنده درجه کنترل پارامترهای رانندگی بر روی HI) معمولاً پایین هستند، به جز پارامتر ارتفاع سطح پایه محلی (m) که 0.42 را تشکیل می دهد (مقدار F در سطح 0.1٪ معنی دار است) و برای میانگین ارتفاع (m) متغیرهای زیرحوضه که 0.39 کمک می کند. قابل درک است که ارتفاع سطح پایه محلی (m) و ارتفاع متوسط (m) زیرحوضه ها کنترل قابل توجهی بر HI دارند. توسعه بخشهای رودخانه و شکل کشیده حوضههای فرعی به تکتونیکی و ساختار و کنترلهای مورفولوژیکی نسبت داده میشود. گروههای گسلی شناسایی شده و خطوارههای متراکم حاصل، شیب زیاد و برجستگی نسبی به تغییرات کلی در خصوصیات مورفومتریک و هیدرولوژیکی زهکشی زیرحوضهها کمک میکنند (یعنی رواناب و نفوذ، فرسایش خاک، فعالیت زمین لغزش، بار رسوب و سیل). علاوه بر این، پارامترهای شکل منجر به زیرحوضههای دراز یا کمتر کشیده با قلههای سیل کم و جریانهای سیلاب طولانیتر شد. ویژگیهای سیل، نرخ فرسایش خاک و بار رسوبی که اخیراً ثبت شده است، عوامل ذاتی در مدیریت آبخیز، برنامهریزی کاربری اراضی روستایی، مدیریت مرتع، اولویتبندی زیرحوضهها برای اقدامات حفاظت از خاک و آب و ارزیابی خطر سیل در نظر گرفته میشوند.
پیوست (I)
(الف)(ب)
منابع
بدون دیدگاه