تحلیل رتبه‌بندی آبراهه‌های حوضه‌های آبریز ایران

مقدمه

فیزیوگرافی، بخشی از مطالعات مربوط به علوم زمین است که در آن، ویژگی‌های فیزیکی حوضۀ آبریز از قبیل مساحت، محیط، پستی‌وبلندی، شیب، جهت شیب و ... مطالعه و بررسی می‌شود. به آن دسته از مطالعات که خصوصیات فیزیکی و شکل حوضه بررسی می‌شود، فیزیوگرافی می‌گویند. آگاهی از خصوصیات فیزیوگرافی یک حوضه همراه با اطلاعاتی از شرایط آب‌وهوایی منطقه، تصویر به‌نسبت دقیقی از کارکرد کمی و کیفی سیستم هیدرولوژیک آن حوضه در اختیار ما قرار می‌دهد (Pitlick, 1994). برای بررسی هر‌چه ‌بهتر و دقیق‌تر، یک حوضۀ آبریز، به واحدهای هیدرولوژی کوچک‌تری با عنوان زیر حوضه تقسیم می‌شود تا هر یک به‌طور مجزا تحلیل شود. برخی از خصوصیات فیزیوگرافی و توپوگرافی ازجمله ارتفاع و شیب بسیاری از عوامل آب‌وهوایی مانند درجه حرارت و نوسان‌های آن، نوع و میزان بارندگی سالانه، میزان تبخیر و تعرق را تشدید یا تعدیل می‌کند و باعث پیدایش انواع آب‌وهوای موضعی یا منطقه‌ای می‌شود (Wang & et al., 2003).

مطالعات فیزیوگرافی در شناخت، برنامه‌ریزی و مدیریت حوضه‌های آبریز نقش اساسی دارد؛ زیرا دیگر مطالعات همچون فرسایش و رسوب، هیدرولوژی و هواشناسی و ... بدان وابسته است و بیشتر پارامترهای حاصل‌شده در شناخت فیزیوگرافیک حوضه، در فرمول‌ها و روابط تجربی استفاده می‌شود. از این ‌رو، مطالعات فیزیوگرافی حوضۀ موردمطالعه با استفاده از آخرین توانمندی‌های نرم‌افزار ArcGIS انجام‌ شده است. با توجه به وابستگی پارامترهای هیدرولوژیکی حوضه‌ها ازجمله میزان آبدهی و دبی اوج سیل، به ‌شدتِ پارامترهای سطح زمین مانند توپوگرافی، شکل، شیب حوضه و ...، استفاده از ArcGIS در جمع‌آوری و پردازش اطلاعات مربوط به این مطالعات بسیار ضروری است. تأثیر و مقایسه بین این فاکتورها در میزان اثربخشی بر شناخت ویژگی‌های حوضۀ آبریز تأثیر دارد. بررسی فیزیوگرافی و هیدرولوژی از مهم‌ترین پارامترها در بررسی وضعیت حوضۀ آبریز است؛ برای تعیین خصوصیات هیدرولوژیکی یک حوضه کلیۀ عوامل در نظر گرفته نمی‌شود، بلکه باید خصوصیات مهمی را انتخاب و بررسی کرد که اهمیت و اثر بیشتری داشته باشد. در این پژوهش خصوصیات فیزیوگرافی و هیدرولوژیکی حوضه‌ها مثل سطح حوضه، محیط حوضه، شکل حوضه، شیب، جهت شیب، هیپسومتری، شبکه و رتبه‌بندی آبراهه‌ها در پهنۀ ایران زمین بررسی شده است.

پیشینه

هورتن (۱۹۴۵) جزء اولین کسانی است که وضعیت شبکه‏های زهکشی را با پارامتر نسبت انشــعابات بررسی کرده است. هاک^[1] (۱۹۷۵) پژوهشی دربارۀ چشم‌اندازهای ژئومورفولوژیکی آبراهه تحت عنوان لندفرم‌های ترکیبی حوضه در حالت‌های ناتعادلی، تعادل و نبود تعادل انجام داده و تأیید کرده که هرکدام از وضعیت‌های مذکور ناشی از رفتار رودخانه است. سینگ^[2] و سینگ (۲۰۱۱) در پژوهش مورفومتری حوضۀ رودخانۀ ماینگرا، در ماهیای هندوستان با استفاده از پارامترهای مورفومتری مانند طول جریان، تراکم زهکشی، فرکانس جریان، بافت زهکشی، نسبت تراکم شکل، نسبت طول، نسبت فشردگی نتیجه گرفتند که حوضۀ ماینگرا الگوی دندریتیکی دارد. این حوضۀ زهکشی، خروجی رتبۀ چهارم دارد. راج و عزیز^[3] (۲۰۱۲) از پژوهش تجزیه‌وتحلیل مورفومتریک سیستم رودخانۀ براتاپوزا در جنوب هند دریافتند که رودخانۀ اصلی با رتبۀ هفتم در چندین جریان پایین‌تر تشکیل شده که نشان‌دهندۀ یک الگوی جریان دندریتی است. زمین‌شناسی حوضه، شیب و الگوهای بارندگی حوضه، ویژگی‌های مورفومتری حوضه را تعیین می‌کند. جنبه‌های خطی حوضه ازجمله نسبت طول جریان و انشعاب، نشان‌دهندۀ کشیدگی در حوضه است. میرعلی و احمدعلی^[4] (۲۰۱۴) در پژوهش تجزیه‌وتحلیل مورفومتری زهکشی و رتبه‌بندی حوضۀ آبخیز رودخانۀ رومشی- ساسار، در هند با استفاده از سنجش ‌از دور و ArcGIS نتیجه گرفتند که حوضۀ آبریز RSMW4 و RSMW5 در رتبۀ بسیار بالا قرار دارد که واحدهای کوچک هیدرولوژیکی یعنی حوضه‌های کوچک برای شروع اقدامات حفاظت از خاک و آب در حوضۀ آبریز در اولویت است. این حوضه‌ها که رتبۀ بسیار بالا دارد، دارای نسبت انشعاب، ارتفاع و شیب زیاد بوده است و توپوگرافی درۀ عمیق دارد که نشان‌دهندۀ ساختار قوی در زهکشی است و بیشتر در معرض عوامل و بلایای طبیعی قرار می‌گیرد. ارونی^[5] و همکاران (۲۰۱۶)، پارامترهای مورفومتری حوضۀ زهکشی رودخانه لامورده را با تأثیرات آب‌وهوایی و آبخیزداری فرایندهای ژئومورفیک مطالعه کردند که با استفاده از شاخص‌های مورفومتری و پارامترهای شکل حوضه بیان‌کنندۀ آن بود که حوضه، پهنای بیشتر و طولانی‌تر دارد. لانزونی^[6] و همکاران (۲۰۱۷)، در مطالعۀ پراکندگی در رودخانه‌های آبرفتی دریافتند که رابطۀ حاصل از مدل‌سازی فیزیکی رفتار رودخانه‌ها طبیعی و عملکرد پارامترهای مرتبط هیدرولیکی و مورفولوژیکی بیان‌کنندۀ ضریب پراکندگی طولی است.

رضایی مقدم (۱۳۷۷) در مطالعات داخلی، تحلیل شبکۀ آبراهه‏ای حوضه‏های دامنۀ جنوبی میشوداغ را به روش هورتن بررسی کرد. مطابق بررسی‏ها‏ی انجام‌شده در دامنۀ جنوبی میشوداغ، قوانین هورتن در ارتباط با ترکیب شبکۀ آبراهه‏ای صادق است. پارامترها‏ی قوانین هورتن از یک حوضه به حوضۀ دیگر و از یک نوع زمین‌شناسی به نوع دیگر، اختلاف اندکی دارد. بین پارامترها‏ی به‌دست‌آمده، روابط خطی خوبی برقرار است. قنبرزاده و همکاران (۱۳۸۵) علل و عوامل ناپایداری دامنه‌ها را در حوضۀ آبریز رودخانۀ تبارک‌آباد قوچان بررسی کردند. نتایج به‌دست‌آمده از بررسی‌های لیتولوژی، سیستم‌های زهکشی و ژئومورفولوژی حوضه نشان‌دهندۀ آن بود که وجود سازنده‌های زمین‌شناسی و شرایط مساعد فیزیوگرافی همراه با کاربری غیراصولی زمین، مهم‌ترین علل ناپایداری دامنه‌ها محسوب می‌شود. خرمی و همکاران (۱۳۹۳)، ویژگی‌های فیزیوگرافی و هیدروگرافی حوضۀ آبریز قره‌سو را در شمال غرب ایران با استفاده از سامانۀ اطلاعات جغرافیایی بررسی کردند. در این پژوهش، خصوصیات فیزیوگرافی ازجمله سطح حوضه، محیط حوضه، شکل حوضه، شیب، جهت شیب، هیپسومتری، شبکه و رتبه‌بندی آبراهه‌ها با استفاده از سامانۀ اطلاعات جغرافیایی بررسی شده است. نتایج نشان‌دهندۀ آن است که علاوه بر وسعت زیاد حوضه، شکل آن کشیده بوده و به‌تبع آن، زمان تمرکز زیاد و فرصت نفوذ نیز بیشتر شده و این موضوع ازلحاظ مدیریت رواناب مهم است. مختاری (۱۳۹۴) در بررسی اثر سیستم‏های شکل‌زا بر مورفولوژی حوضه‏های آبریز ایران، وجود روابط آلومتریک را بین دو مؤلفه، طول رود اصلی و مساحت حوضه در سیستم‏های شکل‏زا تأیید کرد. اسفندیاری درآباد و همکاران (۱۳۹۴)، خصوصیات فیزیوگرافی حوضۀ آبریز درۀ سیر را واقع در استان چهارمحال و بختیاری بررسی کردند. در این راستا، مساحت و محیط حوضه، ضریب فرم، ابعاد مستطیل معادل، زمان تمرکز و ... محاسبه‌ و نقشه‌های شیب، جهت، هیپسومتری و ... با نرم‌افزار ArcGIS تهیه شد. نتایج به‌دست‌آمده نشان‌دهندۀ آن بود که این حوضه به علت شیب زیاد برای کاربرهای کشاورزی و مسکونی مناسب نبوده است، به علت تراکم زهکشی بالا، قدرت فرسایش هیدرولوژی زیادی دارد و ازنظر شکل حوضه مساعد سیل نیست. طیبیان (۱۳۹۶)خصوصیات فیزیوگرافی و مورفومتری حوضۀ آبریز بقمچ را با استفاده از نرم‌افزار ArcGIS بررسی کرد. خصوصیات فیزیوگرافی این حوضه (پارامترهای مساحت، محیط، شکل حوضه، مدل ارتفاع رقومی و شیب) برآورد شد. ضریب شکل، ضریب فشردگی و نسبت دایره‌ای برای این حوضه به‌ترتیب ۲۶/۰، ۶۸/۱ و ۳۵/۰ به‌ دست ‌آمده است؛ همچنین شیب متوسط آن ۳۳/۳۰ درصد است که گواه بر کوهستانی‌بودن و پرشیب‌بودن دامنه‌های این حوضه است. شمسی و همکاران (۱۳۹۶)مشخصات فیزیوگرافی حوضۀ آبریز سنندج را با استفاده از ArcGIS بررسی کردند. با استفاده از نقشه‌های توپوگرافی، مدل رقومی ارتفاعی در محیط نرم‌افزار ILWIS تهیه و به کمک آن پارامترهای فیزیوگرافی حوضه ازجمله زمان تمرکز، ضریب شکل، تراکم آبراهه‌ها، ارتفاع ماکزیمم و مینیمم و ... به‌طور دقیق محاسبه شد. در تمام مواردی که پیش‌تر گفته شد، نتایج ارائه‌شده براساس زیر حوضه‌های محدود بوده و این موضوع کمتر در سطح ملی بررسی ‌شده است. در این پژوهش، چند پارامتر از خصوصیات فیزیوگرافی حوضه‌های آبریز در سطح ملی ایران بررسی می‌شود.

منطقۀ موردمطالعه

محدودۀ موردمطالعه در این پژوهش، شامل پهنۀ ایران است. کشور ایران با مساحتی حدود ۱۶۴۸۱۹۵ کیلومتر مربع به‌طور تقریبی بین مدار ۴۰-۲۵ درجۀ عرض شمالی و ۶۴-۴۴ درجۀ طول شرقی قرار دارد (علایی طالقانی، ۱۳۹۲: ۵؛ آزادبخت و نوروزی، ۱۳۸۷: ۱؛ جداری عیوضی، ۱۳۸۹: ۱۱؛ زمردیان، ۱۳۹۲: ۲۷). ایران سرزمینی ناهموار است؛ به‌طوری ‌که بخش‏های شمالی، شرقی، غربی و مرکزی آن را کوه‏های به‌نسبت مرتفع می‏پوشاند. عواملی همچون عرض جغرافیایی، پستی‌وبلندی‏های گوناگون و سازنده‌های مختلف زمین‏شناسی، سبب توزیع نابرابر بارندگی و منابع آب کشور می‌‌شود که در ۶ حوضۀ آبریز اصلی متمرکز است (ولایتی، ۱۳۹۲: ۲). تقسیم‌بندی و کدگذاری حوضه‌های آبریز ایران، اولین بار در سال ۱۳۳۵ در بنگاه مستقل آبیاری و با همکاری سازمان خواروبار و کشاورزی جهان «F.A.O» صورت گرفت. در این تقسیم‌بندی، سیستم اعشاری «ده‌دهی» مبنای کار قرار گرفت و تعداد تقسیمات در هر مرحله از ۹ تجاوز نمی‌کند. از این تقسیم‌بندی برای مطالعۀ آب‌های زیرزمینی نیز استفاده می‌شود (وزارت نیرو، ۱۳۸۳: ۱). حوضه‏های آبریز شش‌گانۀ کشور، درواقع مساحت کل کشور ایران را در برمی‌گیرد (ولایتی، ۱۳۹۲: ۲). این حوضه‏ها با توجه به اهمیت و ارزش اقتصادی آب به این شرح اولویت‏بندی شد. ۱. حوضۀ آبریز دریای مازندران؛ ۲. حوضۀ آبریز خلیج‌فارس و دریای عمان؛ ۳. حوضۀ آبریز دریاچۀ ارومیه؛ ۴. حوضۀ آبریز کویر مرکزی ایران؛ ۵. حوضۀ آبریز رودخانه‏های شرق کشور؛ ۶. حوضۀ آبریز کویر قره‏قوم (ولایتی، ۱۳۹۲: ۸۶). حوضه‌های آبریز اصلی نیز به ۳۰ حوضۀ آبریز فرعی و درجه‌دو تقسیم می‌شود (شکل ۱)، (وزارت نیرو، ۱۳۸۳: ۱).

شکل (1) پراکندگی حوضه‌های آبریز ایران

Figure (1) Distribution of Iranian basins

مواد و روش

با توجه به اهمیت خصوصیات فیزیوگرافی حوضه‌ها، حجم زیاد اطلاعات و زمان‌بربودن تجزیه‌وتحلیل این اطلاعات، استفاده از روش‌هایی برای انجام سریع و دقیق این مطالعات لازم است. افزایش رتبۀ آبراهه‌های یک حوضۀ آبریز بر کانتکست‌های مختلف ژئومورفولوژیکی، ژئولوژیکی، کلیماتولوژی، اکوسیستمی و ... اثر می‌گذارد که هرکدام به‌نوبۀ خود سیستم‌های باز وسیعی دارد. به‌طور معمول، محققان در برخورد با چنین سیستم‌هایی فرض را بر اثرگذاری بردارهای مشخص و در دسترس می‌گذارند و رفتار سیستم را در ارتباط با آنها ارزیابی می‌کنند. بر این اساس، در این پژوهش، افزایش رتبۀ آبراهه‌های حوضه‌های آبریز ایران در غالب ۹۸۴ زیر حوضه در ارتباط با نسبت انشعاب، طول و میانگین کل آبراهه‌ها و مساحت حوضه بررسی شده است. رابطۀ بین رتبۀ برابر آبراهه با مساحت حوضۀ آبریز و همچنین ارتباط بین ثابت نگهداشت ویژه با شیب و تراکم زهکشی نیز ازجمله خصوصیات فیزیوگرافی حوضۀ آبریز است که در این پژوهش ارزیابی شد. قابلیت‌های سیستم اطلاعات جغرافیایی، سبب شده است متخصصان هیدرولوژی در سال‌های اخیر به استفاده از آن و سنجش ‌از دور روی آورند. برای بررسی خصوصیات فیزیوگرافی حوضه‌های آبریز ایران، لایۀ رودخانه‏های اصلی و آبراهه‏ها از 30*30 DEM مستخرج از ماهوارۀ SRTM استخراج و پس ‌از آن در نرم‌افزار ArcGIS 10.3 براساس نظریۀ هورتن-استرالر رودخانه‌ها رتبه‌بندی شد. در سیستم هورتن تمام شعباتی که از خط‌الرأس‌ها به شاخۀ زیرین متصل می‌شود، به‌عنوان آبراهۀ رتبۀ اول شناخته می‌شود. بدین‌ صورت در محل اتصال هر دوشاخۀ رتبۀ اول، آبراهۀ رتبۀ دومی ایجاد و به‌سمت پایین تا نقطه‌ای توسعه می‌یابد که در آنجا به آبراهۀ رتبۀ دوم دیگری متصل شود؛ درنتیجه شاخۀ رتبۀ سوم و همین‌طور چهارم پدید می‌آید (Elmi Zadeh & et al., 1393: 134) (شکل ۲). براساس محاسبات انجام‌گرفته برای شناخت رفتار رودخانه فاکتورهای مساحت، نسبت انشعاب و مجموع رتبه‌های جریان و برای به دست آوردن خصوصیات فیزیوگرافی حوضه‌های آبریز، فاکتورهای جدول (۱) محاسبه شد. برای هرکدام از فاکتورها پیش‌فرض‌های حاکم بر حوضه‌های آبریز مدنظر قرار گرفت و در تمامی زیر حوضه‌ها تجزیه و تفسیر شد.

جدول (1) فاکتورهای فیزیوگرافی

Table (1) Physiographic factors

یافته‌ها (نتایج)

پهنۀ موردمطالعه در این پژوهش، حوضه‌های آبریز درجه‌دو ایران است. هر حوضۀ آبریز از مجموعه‌ای از زیر حوضه‌ها تشکیل و هر زیر حوضه به‌نوبۀ خود به واحدهای کوچک‌تر تقسیم می‌شود. به علت گستردگی منطقۀ موردمطالعه حوضه‌های آبریز درجه‌دو، به ۹۸۴ زیر حوضه تقسیم شد که براساس سیستم رتبه‌بندی هورتن استرالر از میان حوضه‌های موردمطالعه، رتبۀ خروجی حوضه‌‌ها و فراوانی آ‌نها در جدول (۲) مشخص شد.

شکل (2) نقشۀ رتبه‌بندی ایران به روش هورتن-استرالر

Figure (2) Ranking map of Iranian rivers by Horton- Straler method

رابطۀ مساحت و مجموع رتبه‌های جریان

براساس مطالعۀ مقایسه‌ای که بین حوضه‌ها و اجزای جریان آنها صورت گرفته است، این فرض وجود دارد که باید بین مساحت حوضه‌ها و تعداد کل جریان‌ها رابطه‌ای مثبت وجود داشته باشد. تعداد اجزای جریان با افزایش وسعت حوضه افزایش می‌یابد؛ به‌طوری‌ که حوضه‌هایی با وسعت بیشتر دارای بیشترین اجزای جریان است (پراساد، ۱۳۸۸: ۶۲). درمجموع، در بررسی حوضه‌ها از این منظر، نتایج پیچیده‌ای منتج شده است؛ زیرا اجزای یک حوضه در عین وابستگی به شکل و اندازۀ حوضۀ زهکشی، از ارتفاع، ساختار زمین‌شناسی، اقلیم و پوشش گیاهی و ... متأثر می‌شود. برای آزمون این فرض در حوضه‌های آبریز ایران، رابطۀ رگرسیونی بین مساحت به‌عنوان متغیر مستقل و مجموع رتبه‌های جریان به‌عنوان متغیر وابسته، برقرار و در روابط به‌دست‌آمده از جدول (۳) با سطح معناداری مطلوبی به این فرض پاسخ مثبت داده شد. مقدار ضریب تبیین بیشتر زیر حوضه‌ها بیش از ۹۹/۰ است که دال بر اثرگذاری بسیار زیاد وسعت حوضه‌ها بر مجموع رتبه‌های جریان رودخانه‌هاست. کمترین ضریب تبیین در زیر حوضۀ ابرکو-سیرجان (۸۹/۰) و بعد به‌ترتیب در زیر حوضه‌های کویر درانجیر (۹۲/۰) به‌احتمال‌ زیاد به دلیل خشکی و پلایابودن حوضه‌ها، ارس (به دلیل یک ساحلِ بودن)، هراز قره‌سو (۹۶/۰) و سفیدرود هراز (۹۷/۰) (به دلیل اقلیم متفاوت حوضه‌ها) است.

جدول (2) فراوانی رتبه‌های رودخانه‌ای در حوضه‌های ایران

Table (2) Frequency of river ranks in Iranian basins

جدول (3) روابط لگاریتمی بین مساحت و مجموع رتبه‌های جریان

Table (3) Logarithmic relationships between area and sum of flow ranks

رابطۀ نسبت انشعاب و افزایش رتبه‌ها

نسبت انشعاب در یک ناحیه با افزایش تعداد رتبه‌ها، تمایل به کاهش دارد؛ زیرا با افزایش رتبه‌ها، درصد تلاقی جریان‌ها به‌نسبت رتبه‌های بالاتر نیز افزایش می‌یابد (پراساد، ۱۳۸۸: ۶۶). برای آزمون این فرض در حوضه‌های آبریز، سنجش بر پایۀ فراوانی بیشترین رتبه گذاشته شد و با استفاده از بیشترین رتبه، آبراهه در حوضۀ آبریز برای محاسبۀ نسبت انشعاب، درصدگیری شد. نتایج دال بر این است که نسبت انشعاب با رتبه‌ها رابطۀ معکوس دارد؛ به‌طوری ‌که هرچه رتبۀ آبراهه افزایش یابد، ضریب نسبت انشعاب کاهش می‌یابد (شکل 3؛ جدول ۴). با توجه به محاسبات صورت‌گرفته، حوضه‌های آبریز در این پژوهش پاسخ مثبتی به این فرض داشته‌ است. بیشترین درصد، متعلق به حوضه‌های سفیدرود هراز (۸۲ درصد)، گاوخونی (۷۲ درصد) و دریاچۀ نمک (۶۲ درصد) است که ویژگی مشترک سه حوضۀ قرارگیری آبریز نهایی آنها در گوشه‌ای از حوضه است نه در مرکز آن. زیر حوضه‌های کویر سیاه کوه (۳۵ درصد)، بندرعباس سدیم (۳۶ درصد)، کرخه و ابرقو- سیرجان (۳۷ درصد) کمترین درصد فراوانی رتبه‌های بالا را داشته است.

شکل (3) پراکندگی حوضه‌های آبریز ایران در رابطۀ نسبت انشعاب و افزایش رتبۀ آبراهه‌ها

Figure (3) Dispersion of Iranian catchments in relation to branching and increase of waterways

جدول (4) وضعیت حوضه‌های آبریز ایران در رابطۀ نسبت انشعاب و افزایش رتبۀ آبراهه‌ها (برحسب درصد)

Table (4) Status of Iranian catchments in relation to branching ratio and increase of waterways rank (percentage)

رابطۀ مساحت و رتبه‌های برابر

به‌طور طبیعی حوضه‌های آبریز با رتبۀ برابر، مساحت متفاوتی دارد. کمترین نسبت انشعاب متعلق به کم وسعت‌ترین آنهاست. نسبت انشعاب با افزایش مساحت حوضه افزایش می‌یابد؛ اما بعد از یک مساحت مشخص نسبت انشعاب افزایش نمی‌یابد و ثابت می‌ماند (پراساد، ۱۳۸۸: ۶۶). رتبۀ رودخانه به مساحت حوضه، شیب رودخانه و پستی‌وبلندی حوضه وابسته است (مقیمی، ۱۳۸۸: ۱۱۸). برای آزمون این فرضیه در حوضه‌های آبریز بین مساحت و رتبه‌های برابر، با توجه به فراوانی آنها که در جدول (۴) بیان شد، از رابطۀ رگرسیونی استفاده شد که در این رابطه مساحت متغیر مستقل و نسبت انشعاب متغیر وابسته در نظر گرفته و با توجه به سطح معناداری حاصل از رابطه، در حوضه‌های آبریز پاسخ مثبتی به فرض داده شد. حوضه‌هایی که مساحت کمتر داشت، نسبت انشعاب آنها نیز کمتر بود. در جدول (۵) روابط خطی و سطح معناداری آنها نشان داده شده است. بیشترین ضریب تبیین به زیر حوضه‌های قره‌سو- گرگان رود (۹۹ درصد)، کویر درانجیر (۹۸ درصد)، کویر سیاه کوه (۹۷ درصد) و بندرعباس_ سدیچ (۹۴ درصد) و کمترین ضریب به زیر حوضه‌های سفیدرود و هامون جازموریان (۵۰ درصد)، هامون مشکیل (۵۴ درصد)، ارومیه (۵۹ درصد) و حله (۶۲ درصد) تعلق داشته است.

جدول (5) روابط خطی بین مساحت و نسبت انشعاب (رتبۀ دارای بیشترین تکرار)

Table (5) Linear relationships between area and branching ratio (rank with the most repetition)

طول کل اجزای جریان و افزایش رتبه‌ها

طول زهکشی، پارامتر مورفومتریکی مهمی برای تعیین تراکم زهکشی و ناهمواری حوضه است. طول کل جریان رتبه‌های متفاوت حوضه‌ها با افزایش رتبه، در شرایطی که توپوگرافی متجانس باشد، تمایل به کاهش دارد؛ شایان ‌ذکر است که تحت شرایط توپوگرافی نامتجانس ممکن است حالت فوق دیده نشود (پراساد، ۱۳۸۸: ۷۴). طول جریان هر رتبه در تمام حوضه‌ها اندازه‌گیری و دسته‌بندی‌ شد که در کل، وجود روابط منفی را بین کل طول جریان و رتبه تأیید می‌کند؛ حوضه‌هایی که عکس فرضیۀ فوق عمل کرده‌، ممکن است به دلیل ناهمواری نامتجانس حوضه باشد که بیشتر بر اثر اسارت و انحراف، مقاومت لیتولوژی یا تکتونیک فعال حوضه شکل گرفته است (شکل 4؛ جدول ۶).

شکل (4) پراکندگی حوضه‌های آبریز در ارتباط با طول کل جریان و افزایش رتبۀ آبراهه‌ها

Figure (4) Dispersion of catchments in relation to the total length of the stream and increase the order of waterways

جدول (6) طول جریان‌ها رتبه‌های مختلف در حوضۀ آبریز که عکس فرضیه عمل کردند

Table (6) The lengths of the flows of different ranks in the catchment that acted contrary to the hypothesis

میانگین کل اجزای جریان و افزایش رتبه‌ها

متوسط طول جریان‌های هر رتبه در حوضۀ زهکشی به‌طور تقریبی با تصاعد هندسی مستقیم همراه است. درواقع متوسط طول جریان‌ها با افزایش رده‌ها افزایش می‌یابد (پراساد، ۱۳۸۸: ۷۵). میانگین طول جریا‌ن‌های هر رتبه در حوضۀ آبریز محاسبه و بررسی شد؛ حوضه‌هایی شناسایی‌شده که با فرضیۀ فوق هم‌خوانی نداشت و نشان‌دهندۀ روابط معکوس بود. (شکل 5؛ جدول ۷). روابط معکوس در این حوضه‌ها ممکن است به عوامل محیطی ازجمله توپوگرافی منطقه مربوط باشد.

شکل (5) پراکندگی حوضه‌های حذف‌شده در رابطۀ میانگین طول کل جریان و افزایش رتبۀ آبراهه‌ها

Figure (5) Scattering of eliminated basins in relation to the average total length of the stream and increasing the order of waterways

جدول (7) تعداد و درصد حوضه‌های آبریز عکس فرضیۀ رابطه بین میانگین طول کل جریان و افزایش رتبۀ آبراهه‌ها

Table (7) Number and percentage of catchments Photo Hypothesis Relationship between the mean of the total length of the stream and the increase in the order of waterways

ثابت نگهداشت و شیب

مقادیر ثابت نگهداشت از حوضه‌ای به حوضۀ دیگر متفاوت است؛ این مقادیر به‌شدت تحت‌تأثیر عوامل ناهمواری‌ها و تأثیرات محیطی است. این فرض وجود دارد که هرچه شیب کمتر باشد، مقدار ثابت نگهداشت بیشتر می‌شود. برای آزمون این فرض، رابطۀ رگرسیونی بین ثابت نگهداشت و شیب برقرار و روابط رگرسیونی با روند مثبت برآورد شد (جدول ۸؛ شکل 6). در این آزمون، شیب مستقل و ثابت نگهداشت وابسته در نظر گرفته و بعضی از حوضه‌ها از آزمون حذف شد که به‌احتمال‌ قوی ناشی از شرایط توپوگرافی و لیتولوژیکی حوضه‌ها بوده که بر نگهداشت ویژه اثر گذاشته است. حوضه‌هایی با توسعۀ بیشتر در فضای تپه‌ماهوری، به‌طور معمول تراکم زهکشی کمتری دارد؛ البته در حوضه‌هایی هم که روابط رگرسیونی پذیرفتنی به ‌دست ‌آمده، ضریب تبیین‌ها بین ۵۰ (هامون هیرمن، ابرقو- سیرجان، سفیدرود) تا ۷۹ درصد (گاوخونی) متغیر و در بیشتر حوضه‌ها بین ۵۰ تا ۶۰ درصد بوده و برخلاف ضرایب قبلی آن‌چنان قوی نبوده است و درمجموع تبعیت نگهداشت ویژه را از سایر عوامل تأیید می‌کند.

جدول (8) رابطۀ خطی میانگین شیب و ضریب نگهداشت و تعداد زیر حوضه‌های حذف‌شده

Table (8) Linear relationship between mean slope and retention coefficient and number of deleted sub-basins

شکل (6) پراکندگی زیر حوضه‌های حذف‌شده در رابطۀ بین میانگین شیب و ضریب نگهداشت

Figure (6) Dispersion of deleted sub-basins in the relationship between mean slope and retention coefficient

ثابت نگهداشت و تراکم زهکشی

مقدار ثابت نگهداشت کانال با کاهش تراکم زهکشی افزایش می‌یابد؛ بنابراین بین ثابت نگهداری کانال و تراکم زهکشی رابطۀ معکوس وجود دارد (پراساد، ۱۳۸۸: ۸۴). برای آزمون این فرضیه بین ثابت نگهداشت و تراکم زهکشی، رابطۀ رگرسیونی برآورد شد. تراکم زهکشی متغیر مستقل و ثابت نگهداشت متغیر وابسته بود. این فرض، در حوضه‌های آبریز با سطح معناداری مناسب تعمیم‌شدنی است (جدول ۹). در حوضۀ آبریز سفیدرود، یک زیر حوضه با این فرض همخوانی نداشت و از رابطۀ رگرسیونی حذف شد؛ در حالی ‌که بیشترین ثابت نگهداشت و کم‌ترین تراکم زهکشی متعلق به همین زیر حوضه بود.

جدول (9) روابط خطی ضریب نگهداشت و تراکم زهکشی

Table (9) Linear relationships of maintenance coefficient and drainage density

بحث و نتیجه‌گیری

در این پژوهش به صحت روابط فیزیوگرافی حوضه‌ها توجه شد. بررسی‌های به‌عمل‌آمده دال بر وجود ارتباط خصوصیات فیزیوگرافی حوضه است. افزایش رتبۀ آبراهه‌های یک حوضۀ آبریز بر کانتکست‌های مختلف ژئومورفولوژیکی، ژئولوژیکی، کلیماتولوژی، اکولوژیکی و ... اثر می‌گذارد که هرکدام به‌نوبۀ خود سیستم‌های باز وسیعی دارد که در آنها هر خروجی به‌عنوان ورودی سیستم تلقی می‌شود و تابع قوانین ریاضی محض نیست. به‌طور معمول محققان در برخورد با چنین سیستم‌هایی فرض را بر اثرگذاری بردارهای مشخص و در دسترس می‌گذارند و رفتار سیستم را در ارتباط با آنها ارزیابی می‌کنند. در این پژوهش، افزایش رتبۀ آبراهه‌های حوضه‌های آبریز ایران در غالب ۹۸۴ زیر حوضه در ارتباط با نسبت انشعاب، طول و میانگین کل آبراهه‌ها و مساحت حوضه بررسی شد. رابطۀ بین رتبۀ برابر آبراهه با مساحت حوضۀ آبریز و همچنین ارتباط بین ثابت نگهداشت ویژه با شیب و تراکم زهکشی نیز ازجمله خصوصیات فیزیوگرافی حوضۀ آبریز است که در این پژوهش ارزیابی شد. نتایج دال بر این است که رودخانه‌های سیمره، کرخه، زرآب، قلاسرخه، کارون، کرخه نور، اروندرود، شور، کل، کال شور و ارس در ایران با رتبۀ ۷ به آبریز نهایی خود می‌پیوندد. یکی از عوامل اثرگذار بر مجموع رتبۀ آبراهه‌های یک حوضۀ آبریز، مساحت حوضۀ آبریز است که بین این دو پارامتر در تمامی حوضه‌ها رابطۀ مستقیمی وجود دارد؛ به‌گونه‌ای که در بیشتر حوضه‌های آبریز با ضریب تبیین ۹۹ درصد مجموع رتبۀ آبراهه‌ها از مساحت حوضه تبعیت کرده است؛ حتی در حوضۀ سیرجان که این همبستگی کاهش‌یافته، به ضریب تبیین ۸۹ درصد رسیده است. بین نسبت انشعاب و افزایش رتبۀ رودخانه‌های هر حوضه نیز وابستگی معکوسی وجود دارد. در حوضه‌های آبریز ایران مقدار ضریب تبیین این دو پارامتر از ۳۵ درصد در حوضۀ کویر سیاه کوه تا ۸۲ درصد در حوضۀ آبریز سفیدرود متغیر است. بررسی ضریب تبیین نسبت انشعاب با افزایش رتبۀ آبراهه‌ها دال بر این است که افزایش رتبۀ آبراهه‌ها فقط از نسبت انشعاب متأثر نیست و در بسیاری از زیر حوضه‌ها، عوامل دیگری بر این بردار اثر می‌گذارد. نسبت انشعاب یک حوضۀ آبریز به‌شدت به مساحت حوضه بستگی دارد؛ به‌گونه‌ای که امکان دارد مساحت حوضه با ضریب تبیین ۹۹ درصد بر نسبت انشعاب اثر بگذارد (حوضۀ آبریز قره‌سو- گرگان رود)؛ ولی ضریب تبیین ۵۰ درصد در برخی از حوضه‌ها (حوضه‌های آبریز سفیدرود و هامون جازموریان) دال بر اثرگذاری سایر عوامل بر روی این پارامتر است. طول جریان در رتبه‌های پایین بیشتر از رتبه‌های بالاتر است. در حوضه‌های آبریز ایران گاه این مسئله به‌صورت عکس درمی‌آید. این وضعیت به‌خصوص در رودخانه‌های واحد مورفوتکتونیک زاگرس، سفیدرود و گاه البرز که تکتونیک فعال دارند یا منحرف شده‌اند، بسیار بارز است. با افزایش رتبۀ آبراهه‌ها میانگین طول جریان در همان رتبه افزایش می‌یابد. این فرض نیز به ‌شرط آنکه عوامل ذکرشده در فرض قبلی، بر توپوگرافی حوضه اثر نگذاشته باشد، با حوضه‌های آبریز ایران همخوانی دارد. سطوح شیب‌دار اجازۀ نفوذ آب را کاهش می‌دهد و ثابت نگهداشت را کمتر می‌کند. با بررسی این فرض در بسیاری از حوضه‌های آبریز ایران، ضریب تبیین پذیرفتنی‌ای برآورد نشد و در حوضه‌هایی هم که این فرض تأیید شد، بیشتر با حذف زیر حوضه‌هایی ضریب تبیین حداکثر به ۷۹ درصد رسید (حوضه آبریز گاوخونی). این فرض که هرچه ثابت نگهداشت حوضه بیشتر شود تراکم زهکشی حوضه کاهش می‌یابد، برای بیشتر حوضه‌های آبریز ایران با ضریب تبیین بالاتر از ۹۰ درصد ‌تعمیم‌شدنی است.

[1] .Hack

[2]. Singh

[3] .Raj and Azeez

[4].Umair Ali and Ahmad Ali

[5]. Oruonye

[6] . Lanzoni

[7]. Basin Area (A)

[8]. Stream order (U)

[9]. Bifurcation ratio (Rb)

[10]. Drainage density (Dd)

[11]. constant of channel maintenance (C)

[12]. Slope (S)