ارزیابی و مقایسه ی برآورد میزان رسوب سطح جاده جنگلی توسط دو مدل WARSEM وSEDMODL
(مطالعه موردی: جنگل دارابکلا)
استادراهنما :
دكترسیدعطااله حسینی
استادمشاور:
دکترآیدین پارساخو
 

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول: کلیات

مقدمه ……………………………………………………………………………………..

1-1-1-‌ مسئله ……………………………………………………………………………

1-1-2-  فرضیات …………………………………………………………………………..

1-1-3- اهداف ………………………………………………………………………………

تعاریف و مفاهیم …………………………………………………………………………..

1-2-1- جاده جنگلی ………………………………………………………………………

1-2-2- یک قطعه جاده …………………………………………………………………..

1-2-3- فرسایش پذیری خاک ………………………………………………………….

1-2-4- هدر رفت خاک …………………………………………………………………..

1-2-5- نقش بافت، ساختمان و مواد آلی در هدر رفت خاک………………………..

1-2-6- نقش سازند زمین شناسی در هدر رفت خاک ……………………………..

1-2-7- نقش درجه شیب در هدر رفت خاک …………………………………………

1-2-8- نقش جهت شیب در هدر رفت خاک …………………………………………

1-2-9- رواناب ……………………………………………………………………………

1-2-10- الگوی جریان رواناب روی ساختمان جاده جنگلی ………………………..

1-2-11- مدل برآورد رسوب SEDMODL………………………………………………

1-2-12- مدل برآورد رسوب WARSEM …………………………………………….

1-2-13- سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) ……………………………………….

فصل دوم: پیشینه تحقیق

 2-1- سابقه تحقیق در داخل کشور …………………………………………………

2-2- سابقه تحقیق در خارج از کشور ……………………………………………….

2-2-3- جمع بندی نظرات ارائه شده ………………………………………………..

فصل سوم: مواد وروش‌ها

3-1- مواد ………………………………………………………………………………

3-1-1- مشخصات کلی منطقه مورد مطالعه ………………………………………

3-1-2- شیب و ارتفاع از سطح دریا ………………………………………………

3-1-3- خصوصیات اقلیمی …………………………………………………………

3-1-4- خصوصیات زمین شناسی ………………………………………………..

3-1-5- مشخصات خاکشناسی ………………………………………………….

3-1-6- راه‌های دسترسی ………………………………………………………….

3-2- روش پژوهش ………………………………………………………………….

3-2-1- جمع آوری اطلاعات و برداشت مقدماتی ……………………………….

3-2-2- برآورد رسوب جاده با SEDMODL ……………………………………….

3-2-3- برآورد رسوب جاده با WARSEM …………………………………………

3-2-4- اندازه‌گیری میدانی رسوب ………………………………………………..

3-2-5- محاسبات آماری ……………………………………………………………

فصل چهارم: نتایج

4-1-موقعیت جاده وسگمنت‌ها ……………………………………………………

4-2- مقایسه و ارزیابی دو مدل WARSEM و SEDMODL ……………………….

4-2-1- محاسبه فرسایش …………………………………………………………

فصل پنجم: بحث و نتیجه‌گیری

5-1- بحث…………………………………………………………………………….

5-2- نتیجه‌گیری …………………………………………………………………….

5-3- پیشنهادات ……………………………………………………………………..

چکیده:

برای دسترسی و مدیریت هر چه بهتر جنگل‌ها وجود جاده‌های جنگلی ضروری بوده ولی از طرفی جاده‌های جنگلی باعث تغییر الگوی طبیعی توزیع رواناب می شود. افزایش سرعت رواناب روی سطح جاده و تولید و  انتقال رسوب به آبراهه‌های پایین دست باعث آلودگی منابع و زیستگاه‌های آبی و خاکی می‌شود.امروزه مدل­های مختلفی برای پیش ­بینی میزان رسوب­دهی وجود دارد که می­توانند به کارشناسان جهت پیش ­بینی میزان تولید رسوب در جاده­های جنگلی کمک کنند. این تحقیق با هدف ارزیابی و مقایسه ی میزان رسوب برآورد شده روی سطح جاده جنگلی توسط دو مدل WARSEMو SEDMODL در سری یک  جنگل آموزشی و پژوهشی دارابکلا به اجرا درآمد. کل جاده­های منطقه به واحدهای همگن تقسیم گردید و سپس برای هر واحد، طول جاده، عرض جاده، میزان فرسایش زمین­شناسی، عامل‌های مربوط به سطح جاده، ترافیک، شیب، بارندگی و تحویل رسوب از طریق جداول مربوطه استخراج گردید و برخی از این عامل‌ها از طریق اندازه ­گیری و مشاهدات میدانی بدست آمد و در مدل قرار داده شد. برای برداشت میزان رسوب واقعی سطح جاده، در انتهای هر واحد با قرار دادن ظرف مناسب پس از هر بارندگی اقدام به برداشت نمونه شد. نتایج نشان داد که میزان رسوب­دهی در  جاده­های منطقه با توجه به خروجی مدل­هایWARSEMو SEDMODEL به ترتیب 14/13 و 29/18 تن در سالمی­باشد. به طور کلی، بین مقدار رسوب برآورد شده توسط WARSEM و SEDMODL تفاوت معنی­داری وجود نداشت اما این مقادیر برآوردی در سطح احتمال 5 درصد بیشتر از مقدار اندازه ­گیری شده بودند. شیب طولی جاده بر مقدار رسوب برآورد شده توسط مدل­های تجربی در سطح احتمال 5 درصد تأثیر معنی­دار داشت. به کارگیری این مدل­ها و ارزیابی قابلیت آنها در برآورد رسوب جاده جنگلی می تواند درتعمیر و نگهداری جاده های جنگلی به نحوی كه میزان رسوب تولیدی به حداقل برسد، به مدیران و طراحان این جاده‌ها كمك كند.

فصل اول: کلیات

مقدمه:

در سطح جهانی پس از دهه‌های 60 و 70 میلادی علاوه بر ارزیابی‌ها و مطالعات فنی و اقتصادی برای پروژه‌های عمرانی از جمله راه‌سازی، ارزیابی زیست محیطی آغاز گردید. اما در کشور ما جز در سال‌های اخیر توجه چندانی به شناخت و ارزیابی‌ پیامد‌های اجتماعی – اقتصادی و زیست محیطی نشده است. با توجه به اینکه انجام ارزیابی زیست محیطی پروژه‌های راه‌سازی باعث شناخت و پیش‌بینی هرچه دقیق‌تر پیامد‌ها و اثرات اجرای این پروژها بر جوانب مختلف اجتماعی- اقتصادی وبه خصوص محیط‌های طبیعی، گیاهی، جانوری، آب، خاک و هوا گزینه‌‌های مناسب‌تر برای کاهش این اثرات نامطلوب را ارائه می کند و برنامه‌های مدیریت و پایش زیست‌محیطی را مد نظر قرار می‌دهد (بی نام،1386).

جنگل‌های پهن برگ مناطق معتدله دارای اهمیت فراوانی از جهت بهبود كیفیت آب و تولید چوب هستند. برای دسترسی و مدیریت هر چه بهتر این جنگل‌ها وجود جاده‌های جنگلی ضروری بوده ولی از طرفی جاده‌های جنگلی با عملكرد اكولوژیكی و هیدرولوژیكی این جنگل‌ها در تضاد می‌باشد. جاده‌های جنگلی باعث به هم خوردن مسیر و سرعت آب‌های سطحی و زیر سطحی شده و سبب تغییر الگوی توزیع آب می شوند. افزایش سرعت رواناب در سطح جاده‌ها و كاهش پوشش گیاهی باعث تولید رسوب و انتقال آن به آبراهه‌های پایین دست شده و در نتیجه باعث آلودگی منابع و زیستگاه‌های آبی می‌شود (راهبری سی سخت و عبدی، 1389). هدر رفت خاک پدیده‌ای است که در صورت بروز در هر منطقه‌، حاصلخیزی خاک، دوام و پایداری ابنیه فنی و سازه‌های مختلف، پایداری دیواره‌های خاکی، کیفیت منابع آب سطحی، توازن بوم شناختی و منظره طبیعت را به مخاطره می‌اندازد (پارساخو 1391).

طراحی سطح جاده های جنگلی از اهمیت ویژهای برخوردار است به طوری که درجاده های تثبیت نشده سطح جاده پتانسیل تولید رسوب بالایی دارد، عبور و مرور وسایل نقلیه باعث خرد شدن مواد سطحی جاده می‌شود و آن‌ها را به ذرات ریز قابل حمل تبدیل می کند. همچنین رد چرخ‌های وسایل نقلیه افزایش میزان فرسایش و حمل رسوبات را به دنبال دارد تمرکز آب در این مکان‌ها باعث افزایش انرژی رواناب و قدرت جریان رواناب شده و قدرت حمل ذرات درشت را افزایش می‌دهد، تناوب عملیات حفاظتی و نگهداری جاده نیز می‌تواند در افزایش و یا کاهش میزان تولید رسوب از سطح جاده‌ها موثر باشد عملیات مسطح سازی جاده می‌تواند مکان‌های تجمع هرز آب (شیارها و رد چرخ‌ها) را از بین ببرد و فرسایش را کاهش دهد. اما از طرف دیگر باعث خرد شدن مواد سخت سطح جاده شده و آن‌ها را به ذرات ریز قابل حمل تبدیل می‌کند(بهزادفر،1383).  سطح جاده می‌تواند به شکلی طراحی شود که شیب داخلی یا شیب خارجی داشته باشد و یا به شکل گرده ماهی باشد جاده‌هایی که دارای شیب داخلی هستند رواناب را به سمت جوی کناری هدایت می‌کنند در حالی شیب بیرونی رواناب را به سمت دیواره خاکریزی هدایت می‌کند و شکل گرده ماهی تلفیقی از دو عمل بالا را انجام می‌دهد تا رواناب کمتری در سطح جاده جریان داشته باشد (ارهان کاسکن، 2012).

 جاده‌های جنگلی تاثیر زیادی  روی آب و منابع آبی وتولید رسوب دارند به همین جهت می‌توان با شناسایی  بخش‌هایی از جاده که توان تولید رسوب بالایی را دارند این اثرات را به مقدار زیادی کاهش داد. تا کنون مدیران جنگل نتوانستند رسوب جاده جنگلی را اندازه‌گیری کنند ولی امروزه به کمک متغیرهایی نظیر خصوصیات مواد سطحی جاده، شدت ترافیک، شیب، روش ساخت جاده و بارندگی

 

می‌توان تولید رسوب را مدل سازی  واز آن در جهت احیا و نگهداری جاده‌های جنگلی استفاده نمود (بهزادفر،1383).

1-1-1- مسأله

فرسایش آبی یک فرآیندی طبیعی است که طی آن ذرات خاک در اثر برخورد قطرات باران از بستر اصلی خود جدا شده و به کمک رواناب به مکانی دیگر حمل می‌شوند(هدر رفت خاک).کاهش توان تولید مزارع، جنگل‌ها و مراتع فقط بخشی از مسئله تاسف بار فرسایش را بازگو می کند. ذرات خاک شسته شده و یا باد رفته از مناطق فرسایشی بعداً در جای دیگر مانند اراضی پست مجاور رودخانه‌ها و نهر‌ها و یا در مخازن ته نشین می‌شوند. مواد خاکی جابجا شده سبب آلودگی آب و هوا شده و هزینه سنگین اقتصادی و اجتماعی را در جامعه به دنبال خواهد داشت. خوشبختانه دهه‌های اخیر پیشرفت‌های زیادی در فهم سازوکار فرسایش و ابداع روش‌هایی که می توانند به طور موثر و توجیه پذیر از جنبه اقتصادی هدر رفت خاک را در اکثر موارد مهار کنند،  صورت گرفته است.در گذشته طراحی شبکه جاده بستگی زیادی به مسائل اجتماعی و اقتصادی داشته است، در سال­های اخیر نحوه نگهداری ساختمان جاده‌های جنگلی، وضعیت رسوبدهی جاده‌ها، حجم ترافیک، آلودگی صوتی و تنوع زیستی گیاهان و جانوران حاشیه جاده مورد بحث و بررسی محققین قرار گرفته است(آکای و همکاران، 2007)[1] وجود جاده‌ها و اهمیت آن‌ها در جنگل ضروری و غیر قابل اجتناب است استقرار جاده در جنگل خسارت‌هایی را به اکوسیستم جنگل وارد می‌کند که غیر قابل محاسبه است رسوب تولیدی ناشی از احداث جاده موجب از دست رفتن خاک و مانع از استقرار گونه‌های گیاهی جنگلی می شود(خلیل پور و حسینی ، 2008)[2].

مدیریت اقتصادی جاده‌­های جنگلی نه تنها شامل مدیریت هزینه­‌های کل جاده بلکه شامل مدیریت هزینه‌های خسارت­ زیست محیطی ایجاد شده طی مراحل ساخت جاده و استفاده از آن نیز می­شود. همچنین کارایی وسایل سنگین جاده­‌‌سازی بایستی مورد مطالعه قرار گیرد تا از بهترین آن‌­ها برای ساخت جاده استفاده گردد(پارساخو و همکاران، 2009). در یک جاده با میزان فاکتور ترافیک بالا معمولاً کیفیت مواد روسازی به کار رفته خوب است و در نتیجه تولید رسوب کاهش می­یابد(آکای و همکاران، 2007). مدل­های مختلفی برای پیش ­بینی میزان رسوب ­دهی وجود دارد که می­توانند به کارشناسان جهت پیش­‌بینی میزان تولید رسوب در جاده­‌های جنگلی کمک کنند. هم چنین به منظور تجزیه و تحلیل طرح سیستم زهكشی عرضی و كاستن از حجم تحویل رسوب حاصل از جاده‌های جنگلی به رودخانه، نرم ­افزارها و مدل­‌های مختلفی طراحی شده است(آکای وسیسان، 2005)[3]. مدل­های مختلفی مانند[4]WEPP،SEDMODL ، STJ-EROS،WARSEM، [5]FROSAM، CULSEDو … برای پیش ­بینی میزان رسوب­دهی وجود دارد که می­توانند به کارشناسان جهت پیش ­بینی میزان تولید رسوب در جاده­های جنگلی کمک کنند. در این مطالعه ازمدل­های پیش بینی تولید رسوب  WARSEM[6] و SEDMODL برای تخمین میزان متوسط سالیانه تولید رسوب در جاده­های جنگلی استفاده شد. مدل­های مذکور، یک برنامة مدل­سازی مبتنی بر [7]GIS هستند که توسط شرکت­های خصوصی در ایالات متحده آمریکا و با همکاری انجمن ملی بهسازی هوا و رودخانه توسعه پیدا کردند(داف وهمکاران2010 ). این مدل­ها قسمت­هایی از یک جاده با پتانسیل رسوبدهی بالا در یک حوزة آبخیز را معین و مشخص می­ کنند. وضعیت دوری و نزدیکی جاده­ها به شبکة رودخانه، توسط داده­های مکانی سنجیده می­شود. به منظور افزایش اعتبار مدل، اغلب مجموعه ­ای از مشخصات مهم جاده مانند نوع کاربری، وضعیت روسازی، پهنای جاده، زمان ساخت، ارتفاع شیروانی خاکبرداری و شیب جاده به مدل اضافه می­شود. مدل فرسایش سطح جاده واشنگتن توسط گروه منابع طبیعی واشنگتن طراحی شده است(داف وهمکاران2010 ). این برنامه قادر است فرآیند رسوبگذاری و زهکشی را از یک حوزة آبخیز پهناور گرفته تا یک قسمت کوچک از جاده مدل­سازی کند. به کمک این مدل می­توان یک برنامه دراز مدت برای مدیریت پایدار جاده تدوین نمود. در تحقیق حاضر، هر دو مدل یاد شده جهت برآورد نرخ رسوب تولیدی توسط سطح جاده جنگلی مورد استفاده قرار گرفته و نتایج حاصل از آنها با یکدیگر مقایسه گردید. دانستن این مطلب می تواند درتعمیر و نگهداری جاده های جنگلی به نحوی كه میزان رسوب تولیدی به حداقل برسد، به مدیران و طراحان این جاده‌ها كمك كند.

Akay-1

Khalilpor and Hosseini-2

Akay and Sessions-3

Water Erosion Prediction Project -4

Forest Road Sediment Assessment Methodology-5

Washington Road Surface Erosion Model -6