پژوهش های ژئومورفولوژی کمی

بررسی و پایش میدان جابه جایی ناشی از تغییر شکل های سطح زمین از مطالعات مهم و کاربردی در مباحث مختلف ازجمله زمین شناسی، ژئومورفولوژی، ژئوفیزیکی است که در پیشگیری و رفتارشناسی سوانح طبیعی از قبیل زلزله، فرونشست و زمین-لغزش نقش به سزایی دارد. در این میان فرونشست زمین یکی از پدیده های مخرب ژئومورفولوژیکی است که می تواند خسارت-های جبران ناپذیر مالی و جانی به دنبال داشته باشد و به بسیاری از زیرساخت ها و سازه ها آسیب برساند. به همین سبب با توجه به پیامدهای مخرب این پدیده، مطالعه و بررسی و حتی ارائه مدلی برای تخمین و پیش بینی نرخ فرونشست های آینده برای مناطق مستعد فرونشست ضروری به نظر می رسد. بدین منظور روش های مختلفی برای پایش فرونشست وجود دارد که از میان آن ها تکنیک تداخل سنجی، یکی از تکنیک های مهم و قابل توجه تبدیل شده است. در این پژوهش کوشش بر این است که سری زمانی فرونشست زمین را در دشت کرمانشاه در بازه زمانی 2016(ژوئن)تا2021(ژانویه) با استفاده از36 تصویر ماهواره ای Sentinel-1 و 88 اینترفروگرام حاصل از آن ،با به کارگیری تکنیک تداخل سنجی راداری تحت رویکرد طول خط مبنای کوتاه(SBAS) برآورد شود. نتایج حاصل از تحلیل سری زمانی خط مبنای کوتاه نشان دهنده ی بیشینه10سانتی متر در بخش غربی دشت کرمانشاه می باشد. بررسی ارتباط بین افت سطح آب های زمینی و میزان بیشینه فرونشست در سطح دشت خطی نبودن این رابطه را نشان می دهد. که با بررسی جنس زمین در محدوده مطالعاتی به تاثیر همزمان ضخامت رسوبات ریزدانه و افت سطح آب زیر زمینی در منطقه بیشینه پی برده شد.

این مطالعه روش استفاده از مدل CA-Markov را برای پیش بینی استفاده از زمین توزیع شده در حوضه رودخانه گرگان رود در سال 2040 بر اساس تکامل تاریخی توصیف می کند. تغییرات کاربری اراضی آتی برای سال 2040 با استفاده از مدل یکپارچه CA-Markov با توجه به سناریوی تداوم فرآیند مدیریت فعلی شبیه سازی شده است. این روش به عنوان ابزاری، برای مدیریت خطرات سیل، و طراحی هیدروگراف دوره های بازگشت مورد استفاده قرار گرفت. منحنی های شدت-مدت(IDF) در سه دوره زمانی به صورت دوره تاریخی(1980-1999در)، دوره اخیر(2000-2020) و دوره آینده (2021-2040) تحت شرایط تغییر اقلیم، استخراج و تغییرات آنها مورد بررسی قرار گرفت. برای شرایط آینده از مدل CAMS-CSM1-0 از مجموعه مدل های CMIP6 برای دو سناریو خوشبینانه (SSP2-4-5) و بدبینانه (SSP-5-8.5) استفاده شده است. سپس مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS برای بررسی تأثیر تغییر کاربری زمین بر پاسخ های هیدرولوژیکی حوضه زهکشی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج پیش بینی مدل CA-Markov حاکی از کاهش 13/89% اراضی جنگلی از سال 2020 تا سال 2040 می باشد. حجم سیلاب 53/88%، نسبت به سال 2020 افرایش خواهد داشت. افزایش بیشتر شهرنشینی و تخریب اراضی جنگلی منجر به تغییر بیشتر اوج سیل و تغییر حجم می شود. با بررسی هیدروگراف دبی در دوره بازگشت های مختلف، برای سه سناریو بارشی مشخص شد بارش و تغییرات کاربری نقش موثری در افزایش دبی اوج و حجم سیلاب داشته استه با توجه به کاهش 24 درصدی بارندگی در سناریو سوم(2021-2040) نسیت به ستاریو اول، دبی اوج در این سناریو برای دوره بازگشت 100 ساله به میزان 96/.3%، نسبت به سناریو اول افزایش داشته است.

فرایندهای تکتونیکی نقش مهمی در شکل گیری و تغییر لندفرم ها دارند، بنابراین توجه به این فرایندها در برنامه-ریزی های مختلف حائز اهمیت است. بعضی از مناطق از جمله زون زاگرس دارای وضعیت تکتونیکی فعالی هستند به همین دلیل توجه به فعالیت های تکتونیکی در این منطقه ضروری است. با توجه به اهمیت موضوع، در این پژوهش به ارزیابی وضعیت تکتونیکی زاگرس استان فارس از محدوده اَوز تا کَرموستج پرداخته شده است. در این تحقیق از تصاویر راداری سنتینل 1، مدل رقومی ارتفاعی 5/12 متر SRTM و تصاویر ماهواره ای به عنوان مهم ترین داده های تحقیق استفاده شده است. مهم ترین ابزارهای مورد استفاده در تحقیق، ArcGIS، GMT و SPSS بوده است. همچنین در این تحقیق از 10 شاخص ژئومورفیک و مدل سری زمانی SBAS استفاده شده است. این تحقیق با توجه به اهداف مورد نظر در دو مرحله انجام شده است که در مرحله اول به ارزیابی وضعیت تکتونیکی منطقه با استفاده از 10 شاخص ژئومورفیک و در مرحله دوم نیز با استفاده از روش سری زمانی SBAS، وضعیت تکتونیکی منطقه ارزیابی شده است. نتایج بررسی وضعیت تکتونیکی زیرحوضه ها منطقه از نظر شاخص IAT نشان داده است که زیرحوضه 4 با میانگین ضریب 5/1 دارای کم ترین میانگین است و از نظر شاخص های مورد استفاده، دارای وضعیت تکتونیکی فعال تری نسبت به سایر زیرحوضه ها است و در مجموع نیز زیرحوضه های منطقه از نظر اکثر شاخص ها دارای وضعیت فعالی هستند. همچنین نتایج حاصله از روش تداخل سنجی راداری نشان داده است که محدوده مطالعاتی در طی سال های 2020 تا 2022 دارای 127 میلی متر بالاآمدگی و 109 میلی متر فرونشست بوده است که میزان بالاآمدگی رخ داده را می توان به عوامل تکتونیکی نسبت داد و بنابراین می توان گفت که صحت شاخص های ژئومورفیک مورد تایید است چراکه بر اساس تصاویر راداری نیز منطقه مورد مطالعه از نظر تکتونیکی دارای وضعیت فعالی است..

بررسی شکل زمین و فرآیندهای ایجاد کننده آنها، همواره مورد توجه ژئومورفولوژیست ها در سراسر دنیا بوده است. در مطالعات ژئومورفولوژی مدرن، با استفاده از مدل سازی کامپیوتری و نرم افزارهای مرتبط با نقشه، می توان شکل زمین در هر منطقه ای را استخراج کرده و طبقه بندی نمود. هدف این مطالعه طبقه بندی اشکال زمینی با استفاده از شاخص موقعیت زمین شناختی (TPI) در محیط GIS و تعیین ارتباط آن با کاربری اراضی و میزان سیلاب در استان بوشهر می باشد. برای این منظور در مقیاس های مختلف فضایی (میانگین، 10 متر، 20 متر، 30 متر، 40 متر، 50 متر، 60 متر) نقشه های شاخص موقعیت زمین شناختی و در نهایت نقشه های اشکال زمینی زمین تهیه شد. نتایج این مطالعه نشان داد که با تغییر بین مقیاس کوچک 10 متر و مقیاس بزرگ 60 متر، درصد مساحت دره های u شکل کاهش یافت از 5.64٪ به 2.61٪، و در دره ها و بریدگی های واقع بر ارتفاعات و دامنه ها درصد مساحت از 67.55٪ به 66.05٪ کاهش یافت. اما برای خط الراس های مرتفع، درصد افزایش از 0.81٪ به 2.84٪ بود و برای خط الراس های مرتفع، قله کوه درصد افزایش از 0.11٪ به 0.39٪ بود. بطوریکه با افزایش میزان همسایگی (60 متر)، شکل اصلی زمین از بین می رود و دره های باریک و زهکش ها محو می شوند. اما با کاهش میزان همسایگی (10 متر)، همه اشکال، به ویژه تپه ها، دره ها و زهکش ها، حفظ می شوند. همچنین نتایج ارتباط بین نوع لندفرم و کاربری اراضی نشان داد که در بخش های مختلف شکل زمین انواع متنوعی از کاربری اراضی دیگر مانند مراتع حفاظت شده، اگروفارستی، گردشگری و پارک های طبیعی را می توان ایجاد کرد. در نهایت، مشخص شد که می توان با استفاده از نقشه های اشکال زمینی سطوح خطر برای سیلاب ها را تعیین نمود.

بررسی مکانیزم حرکت گسل ها و نرخ جابجایی بلوک ها می تواند در میزان فعال بودن یک گسل نقش مهمی ایفا کند، در این پژوهش از قابلیت تصاویر راداری در تعیین میزان فعالیت گسل ها استفاده می شود. بدین منظور گسل انار، یکی از گسل های فعال در پهنه ایران مرکزی، به عنوان نمونه موردی انتخاب شد. در این راستا تغییر شکل های رخداده در سطح گسل طی 3 سال اخیر مورد پایش قرار گرفت. در این ارتباط از 148 تصویر سنجنده Sentinel 1 مربوط به سال های 2019 تا 2022 استفاده شد. با انجام روش PSI بر روی تصاویر مذکور نقشه جابجایی رخداده در محدوده مورد مطالعه تهیه شد. نرخ جابجایی سطح زمین در راستای دید ماهواره از 15 تا 5 میلیمتر در سال متغیر است. با استفاده از تکنیک آزیموت آفست جابجایی سه بعدی در محدوده گسل اندازه گیری شد. بر این اساس نرخ جابجایی شرقی-غربی، شمالی-جنوبی و عمودی بلوک های گسل به ترتیب برابر با 2 تا 2، 6 تا 6 و 2 تا 4 میلیمتر در سال محاسبه شد. نتایج حاصل از آنالیز سری زمانی در محدوده گسل نشانگر روند افزایشی نرخ جابجایی در همه ابعاد است. علاوه بر آن نقشه آنومالی غلظت گاز رادون تهیه شده از چاه های مجاور گسل طی یک دوره 3 ساله ، نشان می دهد که محدوده-های با غلظت بالا کاملا با راستای گسل مطابقت دارد، ضمن اینکه غلظت گاز رادون طی این دوره 3 ساله به طور متوسط از 85/23 Bq/L به 30/25 Bq/L افزایش یافته است که این می تواند در نتیجه افزایش فعالیت گسل اتفاق افتاده باشد.

از میان انواع مختلف اشکال فرسایش آبی، فرسایش شیاری یکی از مهمترین عوامل هدر رفت خاک است. کشور ایران نیز با توجه به شرایط اقلیمی و توپوگرافی آن، این نوع از فرسایش خاک به صورت وسیعی خصوصا در مناطق کوهستانی و شیبدار گسترش یافته است. در این پژوهش، به شناسایی عوامل موثر در فرسایش شیاری، پیش بینی و پهنه بندی آن با استفاده از مدل حداکثر آنتروپی (Maxent) در حوضه آبخیز خسویه در استان فارس پرداخته شده است. در ابتدا موقعیت شیارها را با استفاده تصاویر ماهوره ای، عکس های هوایی و بازدیدهای میدانی تهیه گردید و سپس در محیط نرم افزار GIS لایه رقومی شیارها تهیه گردید، در مرحله بعدی شاخص های فیزیوگرافی با استفاده از داده های Tan DEM-X با دقت تفکیک 12.5 متر در نرم افزارSAGA-GIS تهیه گردید. در این تحقیق با عملیات میدانی در منطقه مورد مطالعه و نمونه برداری از خاک نقشه بافت خاک تهیه گردید. لایه نقشه های کاربری اراضی و تراکم پوشش گیاهی نیز با استفاده از تصاویر ماهواره های سنتینل-2 و لندست تهیه گردید. جهت اجرای این مدل، از 70 درصد داده ها برای آموزش و 30 درصد برای تست مدل استفاده شده گردید، که در نهایت تاثیر گذارترین شاخص ها مشخص شدند. جهت اعتبار سنجی مدل جهت پهنه بندی فرسایش شیاری منطقه مورد مطالعه با استفاده از منحنی ROC و مساحت زیر منحنی (AUC) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که شاخص شیب، کاربری اراضی و فاصله از ابراهه تاثیر گذارترین شاخص ها در ایجاد فرسایش شیاری می باشند

فرسایش خاک یک خطر جهانی است که به طور جدی منابع آب و خاک را تهدید می کند و تغییرات اراضی و به ویژه تخریب و تغییرجنگل ها، از عوامل مهّم دخیل در افزایش پتانسیل رخداد آن می باشد. بر این اساس، پژوهش حاضر به دنبال ارزیابی اثر تغییرات پوشش جنگلی، بر فرسایش خاک در حوضه قلعه رودخان فومن، واقع در استان گیلان می باشد. در راستای دستیابی به اهداف پژوهش، ابتدا نقشه کاربری اراضی با استفاده از روش شی گرا برای دو دوره 1371 و 1402، تهیه شد. در مرحله بعد، با شناسایی عوامل مؤثر دخیل در فرسایش منطقه و تهیه لایه های اطّلاعاتی هر معیار در GIS، ارزش گذاری و استانداردسازی لایه ها با استفاده از تابع عضویت فازی و وزن دهی معیارها، با استفاده از روش کرتیک انجام گردید. در نهایت؛ تحلیل و مدل سازی نهایی با استفاده از روش تحلیل چند معیاره ماباک انجام شد. بررسی تغییرات کاربری حوضه حاکی از این امر هست که بیشترین مساحت کاربری در سال 1371 مربوط به پوشش جنگلی با وسعت 17/222 کیلومترمربع می باشد که در سال 1402 وسعت آن به 03/205 کیلومترمربع کاهش یافته است. به علاوه نتایج نشان داد، کاربری مناطق مسکونی بیشترین تغییر را در 30 سال گذشته داشته است، مساحت این کاربری در سال 1371، حدود 01/33 کیلومترمربع بوده که در سال 1402 به مقدار 18/60 کیلومترمربع افزایش پیدا کرده است. با توجه به نقشه پهنه بندی فرسایش نیز به ترتیب؛ مساحت طبقه با پتانسیل فرسایش بسیار زیاد و زیاد از 92/98 و 19/118 کیلومترمربع در سال 1371 به 39/132 و 94/119 کیلومترمربع در سال 1402، افزایش پیدا کرده است. می توان اذعان داشت، کاهش پوشش جنگلی و تبدیل آن به مناطق کشاورزی، مراتع و اراضی مسکونی و همچنین، تجاوز به حریم و بستر رودخانه به صورت تغییرات کاربری رودخانه به کشاورزی و مسکونی، در افزایش پتانسیل فرسایش خاک حوضه بیشترین نقش را داشته است.

شناسایی فروچاله ها از دید زمینریخت شناسی و آبشناسی دارای اهمیت بسزایی است. فضاهای زیرزمینی و مناطق امید به وجود منابع آب کارستی کم ژرفا، گستره هایی هستند که در آنها احتمال فروریزش مواد پوشاننده ی سازندهای انحلال پذیر و پیدایش فروچاله وجود دارد. جستجوها بر پایه نقشه مناطق امید به وجود منابع آب کارستی کم ژرفا، برای شکل گیری فروچاله ها انجام گرفت و با دخالت دادن نقش عوامل تاثیر گذار، مانند دما، بارش و تمرکز جریان سطحی آب و فشردگی خطواره های زمین شناسی، مناطق دارای توان پیدایش فروچاله ها بر فراز مناطق امید، شناسایی شدند. برای انجام این پژوهش از لایه های اطلاعاتی مناطق امید به وجود منابع آب کارستی کم ژرفا، نقشه گسل ها و خطواره های زمین شناسی، نقشه های پهنه های اقلیمی و همدمای تهیه شده توسط اداره کل هواشناسی استان، تصاویر لندست سنجنده ETM+ و نقشه تمرکز جریان سطحی آب بهره گیری شد. در این پژوهش، از روش تلفیق لایه های اطلاعاتی با بهره گیری از معیارهای تصمیم گیری، استفاده شد. برای این کار، لایه های پهنه های اقلیمی و پهنه های هم دما و لایه های فشردگی خطواره ها و تمرکز جریان، دو به دو و نتایج به دست آمده باهم قطع داده شدند. به هریک از حالتهای پیش آمده ناشی از قطع لایه های اطلاعاتی، در قالب جداول دو بعدی، متناسب با ماهیت و اثرگذاری هریک از اجزای آنها بر انحلال سنگهای کربناته، وزن متناسب اختصاص داده شد. انطباق نسبی مناطق دارای توان پیدایش فروچاله ها با برداشت های میدانی و نقشه فروچاله های محاسبه شده از طریق مدل رقومی ارتفاع، درستی یافته ها را ثابت نمود.

از آنجایی که جنس سازند های زمین شناسی از عوامل مهم و تاثیر گذار بر کیفیت آب رودخانه ها می باشد. لذا هدف این پژوهش بررسی کیفیت شیمیایی آب رودخانه قرنقوچای هشترود به منظور مصارف بخش های کشاورزی و شرب با تاکید بر نقش سازند های زمین شناسی بر روی آن می باشد. رودخانه قرنقوچای در شهرستان هشترود و در استان آذربایجان شرقی واقع شده است. این شهرستان با توجه به وجود رودخانه های پر آب و خاک مناسب، قطب تولید غلات شمال غرب کشور می باشد. برای این منظور از نتایج آزمایشگاهی شیمیایی داده ها و نمونه های بدست آمده از چهار ایستگاه ها هیدرومتری موجود در منطقه توسط سازمان آب منطقه ای استان استفاده شد. در ضمن از تعداد 12 پارامتر هیدروشیمی از جمله شاخص های SAR،Mg ،Ca ،So4 ،Cl ،Na ،K ،EC ،TDS ،PH ، Co3وHCo3 بصورت داده های میانگین ماهانه، فصلی و سالانه برای یک دوره 20 ساله (1399-1379) استفاده شد. پس از پردازش داده های اولیه، در محیط نرم افزار chemistry مورد آنالیزهای شیمیایی قرارگرفت و نتیجه آنالیزها در دیاگرام های ویلکاکس، شولر و پایپر نشان داده شد. نتایج نمودار ویلکاکس نشان داد که در اغلب سال ها کیفیت آب شور می باشد و برای استفاده در کشاورزی می بایست تدابیری در نظر گرفته شود. در نمودار شولر باستنثنای پارامتر TDS کیفیت آب برای شرب مناسب تشخیص داده شد و تیپ آب تمامی ایستگاه ها بوسیله نمودار پایپر، کلرید سدیم تعیین شد. دلیل عمده این تیپ آب در رودخانه قرنقو چای وجود سازندهای رسوبی و تبخیری مثل آهک، ژیپس و نمک ها (میوسن قرمز بالایی) بویژه در بخش مرکزی حوضه و عبور سرشاخه های رودخانه از روی آنها می باشد. قابلیت هوازدگی و انحلال شدیدی که این سازندها دارند موجب شده است کیفیت شیمیایی آب ها بیشتر تحت تاثیر یون های غیرسیلیکاتی مانند یون های کلریدها، سولفات، منیزیم و کلسیم قرار داشته باشد.

فروچاله های کارستی به عنوان یکی از مهم ترین لندفرم های کارستیک نقش بسیار مهمی در تغذیه ابخوان های کارستی دارند. عوامل متعددی در سرعت تشکیل و توسعه این اشکال انحلالی دخیل هستند. در این پژوهش به منظور شناسایی نقش عوامل مهم در توسعه فروچاله های کارستی، دو توده کارستی پرآو-بیستون (زاگرس مرتفع) و کبیرکوه (زاگرس چین خورده) مورد مقایسه قرار گرفته اند. به منظور تعیین وزن هر لایه مورد مطالعه در پتانسیل توسعه فروچاله های کارستی از روش AHP اصلاح شده استفاده شده است. نتایج بررسی پتانسیل توسعه فروچاله های کارستی نشان می دهد که 35/68 درصد از توده پرآو-بیستون و 33/53 درصد از توده کبیرکوه دارای پتانسیل متوسط به بالا از نظر توسعه یافتگی فروچاله-ها هستند. نتایج نشان می دهد که توده پرآو-بیستون و کبیرکوه از نظر عوامل بارش، ارتفاع، شیب، سنگ-شناسی و جهت شیب وضعیت تقریبا مشابهی دارند. بیشترین امتیاز برای لایه سنگ شناسی، طبقه حاوی آهک ضخیم لایه در هر دو توده می باشد. بررسی وضعیت لایه های دما، تراکم گسل و پوشش گیاهی بیانگر تفاوت بارز این لایه ها است به طوری که توده پرآو-بیستون از نظر دما وضعیت مناسب تری برای توسعه فروچاله کارستی دارد. ارتباط مکانی گسل ها و پهنه های توسعه فروچاله های کارستی در توده پرآو-بیستون، بسیاز زیاد ولی در توده کبیرکوه، بسیار ضعیف است. پوشش گیاهی در توده کبیرکوه نقش بیشتری در توسعه فروچاله های کارستی دارد. در مجموع می توان گفت که توده پرآو-بیستون به عنوان بخشی از زاگرس مرتفع، پتانسیل بالاتری در توسعه فروچاله های کارستی دارد که مربوط به تراکم بالای گسل و شکستگی آن نسبت به توده کبیرکوه است.

ژئودایورسیتی نقشی کلیدی در آمایش سرزمین و رویکردهای حفاظتی داشته و مفهوم آن توسط مجامع علمی در سطح جهانی پذیرفته شده است. تاکنون از روش های کیفی و کمی گوناگونی برای ارزیابی ژئودایورسیتی و دستیابی به شاخصی برای طبقه بندی نواحی استفاده شده است. در این پژوهش با بهره گیری از روش کمی تابع تراکم کرنل و استفاده از متغیرهای زمین شناسی، ژئومورفولوژی، خاک، گسل و هیدروگرافی، شاخص ژئودایورسیتی در حوضه قزل اوزن استان کردستان ارزیابی و محاسبه شده است. پس از آماده سازی لایه های اطلاعاتی مربوط به حوضه، طی مراحلی این لایه ها وارد ابزار تحلیل تراکم کرنل در نرم افزار ArcGIS نسخه 10.4.1 شدند. با تعریف پارامترهای مهم این ابزار، شامل اندازه سلول ، شعاع جستجو و واحد سطح به کیلومترمربع، نقشه شاخص ژئودایورسیتی حوضه تهیه شد. براساس ارزش های عددی، نقشه حاصل به روش شکست طبیعی که باعث برجسته شدن تفاوت بین طبقات می شود، به 5 طبقه تقسیم شد. دامنه اعداد هر طبقه بیانگر تعداد نقطه یا به عبارتی تعداد عارضه در کیلومتر مربع است. در نهایت، براساس شاخص عددی ژئودایورسیتی در هر طبقه، یک دامنه کیفی شامل تراکم خیلی کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد تهیه گردید. دامنه تنوع عوارض در سلول های نقشه خروجی بین صفر تا 166 متغیر است. بیشترین کانون های تراکم در غرب، محدوده های کوچکی در شمال، شرق و جنوب حوضه دیده می شود. مناطقی که دارای بیشترین ارزش از نظر شاخص ژئودایورسیتی هستند از مناطق مهم ژئوتوریستی استان کردستان محسوب می شوند. نهایتاً برای تعیین میزان تأثیر گذاری هر لایه در شاخص ژئودایورسیتی، با حذف هر یک از لایه ها، در پنج حالت دیگر نقشه شاخص ژئودایورسیتی حوضه تهیه شد. نتایج نشان داد که متغیر ژئومورفولوژی دارای بیشترین تأثیر در تعیین شاخص ژئودایورسیتی حوضه است و پس از آن به ترتیب متغیرهای هیدروگرافی، زمین شناسی، گسل و خاک شناسی در مراتب بعدی قرار دارند.