| تعداد نشریات | 284 |
| تعداد نشریات سازمان | 82 |
| تعداد شماره‌ها | 3,037 |
| تعداد مقالات | 33,984 |
| تعداد مشاهده مقاله | 45,778,722 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 77,192,303 |
انگشت‌نگاری منابع رسوب ته‌نشین شده در بستر رودخانه با استفاده از ردیاب‌های ژئوشیمیایی و مدل ترکیبی در حوضه‌ای با فرسایش خندقی شدید | ||
| مهندسی و مدیریت آبخیز | ||
| مقاله 6، دوره 15، شماره 3، مهر 1402، صفحه 423-437 اصل مقاله (1.05 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwmse.2022.357493.1954 | ||
| نویسندگان | ||
| محمود بقایی1؛ حمید غلامی* 2؛ ابوالحسن فتح آبادی3؛ مرضیه رضایی4 | ||
| 1دانشجوی دکتری، مدیریت کنترل بیابان، گروه مهندسی منابع طبیعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه هرمزگان، هرمزگان، ایران | ||
| 2دانشیار گروه مهندسی منابع طبیعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه هرمزگان، هرمزگان، ایران | ||
| 3استادیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبد کاووس، گنبد کاووس، ایران | ||
| 4استادیار گروه مهندسی منابع طبیعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه هرمزگان، هرمزگان، ایران | ||
| چکیده | ||
| مقدمه تشدید فرسایش آبی یک تهدید محیط زیستی در قاره‌های مختلف است که بار رسوب معلق در سامانه‌های رودخانه‌ای منتج شده از فرسایش تشدیدی به‌دلیل فعالیت‌های انسانی نیز یک تهدید جدی برای مدیریت پایدار آبخیزها و خدمات اکوسیستم در سراسر دنیا محسوب می‌شود. شناسایی منابع رسوب در آبخیزها به منظور کاهش اثرات منفی آنها شامل اثرات درون منطقه‌ای (مانند کاهش ضخامت و ماده آلی خاک، تخریب ساختمان خاک و غیره) و برون منطقه‌ای و حل مشکلاتی مانند بیش‌غذایی و ته‌نشست رسوبات در مخزن سدها، لازم است. از بین روش‌های مستقیم و غیرمستقیم مورد استفاده برای مطالعه منشا رسوب، انگشت‌نگاری رسوب، روشی موثر برای تعیین سهم منابع رسوب (شامل اراضی کشاورزی، مرتعی، بایر و اراضی دارای فرسایش خندقی) در داخل یک آبخیز است. کاربرد موفقیت‌آمیز این روش در محیط‌های مختلف آبی و بادی گزارش شده است. در نتیجه، در پژوهش حاضر، بهمنظور شناسایی و کمی‌کردن سهم منابع رسوب داخل حوزه آبخیز فارغان در استان هرمزگان، از روش انگشت‌نگاری رسوب استفاده شد. مواد و روش‌ها برای انجام پژوهش، تعداد 38 نمونه سطحی (صفر تا پنج سانتی‌متر) به‌صورت تصادفی-سیستماتیک و با در نظر گرفتن توزیع مناسب از منابع بالقوه تولیدکننده رسوب شامل هشت نمونه از اراضی کشاورزی، 18 نمونه از محل دارای فرسایش خندقی و 12 نمونه از اراضی بایر و مرتعی و شش نمونه از رسوبات خروجی حوضه جمع آوری شد. پس از آماده‌سازی نمونه‌ها، غلظت عناصر ژئوشیمیایی شامل عناصر اصلی، نادر خاکی و کمیاب، با استفاده از دستگاه ICO_OES در آزمایشگاه مرکزی دانشگاه هرمزگان، اندازه‌گیری شد. بهمنظور کمی‌کردن سهم منابع رسوب، با استفاده از تحلیل تابع تشخیص، پنج ویژگی شامل تلوریوم (Te)، زیرکونیوم (Zr)، تانتال (Ta)، بریلیوم (Be) و سدیم (Na)، به‌عنوان ردیاب‌های نهایی شناسایی شدند. در نهایت، با استفاده از مدل ترکیبی، سهم نسبی هر یک از منابع رسوب به‌دست آمد. نتایج و بحث طبق نتایج به‌دست آمده، 16.7 درصد سهم رسوبات مورد بررسی مربوط به کاربری کشاورزی، 50.6 درصد مربوط به خندق و 32.7 درصد مربوط به کاربری مرتع و بایر است. بر اساس نتایج، ترکیبی از Te، Zr، Ta، Be و Na قادر است که 87.5 درصد از نمونه‌های برداشت شده از سه منبع شامل اراضی کشاورزی، فرسایش خندقی و اراضی بایر و مراتع را به درستی طبقه‌بندی کند. از این رو، سهم خندق در تولید رسوب از کاربری‌های کشاورزی و اراضی بایر و مرتعی مورد بررسی، بیشتر است. قسمت‌های مرکزی حوضه نسبت به فرسایش خندقی حساسیت بالایی دارند، زیرا سازندهای زمین‌شناسی غالب در حوضه، بیشتر شامل بنگستان و همچنین، سازندهای آغاجاری و میشان است. سازند میشان، متشکل از لایه‌های عمدتا مارنی و آهکی است و رخنمون‌های سازند آغاجاری متشکل از ماسه‌سنگ و مارن است. اراضی مسطح دشت را آبرفت‌های دوران چهارم زمین‌شناسی تشکیل می‌دهند که حاصل فرسایش سازندهای آغاجاری، میشان و سازندهای قدیمی‌تر هستند. همچنین، به‌دلیل این‌که مناطق مرکزی حوضه دارای شیب کمی بوده، خاک منطقه شامل خاک‌های جوان و فاقد تکامل است و استفاده نادرست از کاربری‌های منطقه باعث شده است، حساسیت به فرسایش خندقی در قسمت مرکزی حوضه بالا باشد. نتیجه‌گیری انگشت‌نگاری منبع رسوبات، یک تکنیک مفید بهمنظور بررسی منشا رسوبات در محیط‌های رسوبی اعم از بادی و رودخانه‌ای است. سهم‌های تخمین زده شده می‌تواند در راستای برنامه‌های مدیریت منابع آب و خاک به مهندسین آبخیز کمک کند. به‌دلیل تغییرپذیری واحدهای زمین‌شناسی از یک منطقه به منطقه دیگر، نوع مدیریت کاربری اراضی و نوع واحدهای خاک هر منطقه، ردیاب‌های انتخابی برای هر منطقه متفاوت است. به همین علت، تا کنون محققان قادر به ارائه یک دستورالعمل جامع برای انتخاب ردیاب‌های بهینه در تمامی مناطق نبوده‌اند. این موضوع یکی از چالش‌های اصلی روش انگشت‌نگاری رسوب است که در صورت غلبه بر این چالش، می‌توان بخش زیادی از هزینه‌های پژوهش که صرف اندازه‌گیری ردیاب‌های مازاد می‌شوند را کاهش داد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| حوزه آبخیز فارغان؛ سهم منبع؛ مدیریت آبخیز؛ منابع بالقوه؛ منشا رسوب | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Fingerprinting of sediment sources deposited in the river bed using geochemical tracers and combination model in a catchment with severe gully erosion | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Mahmood Baghaei1؛ Hamid Gholami2؛ Aboalhasan fathabadi3؛ Marzieh Rezai4 | ||
| 1PhD student in Desert Management, Department of Natural Resources Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Hormozgan, Hormozgan, Iran | ||
| 2Associate Professor, Department of Natural Resources Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Hormozgan, Hormozgan, Iran | ||
| 3Assistant Professor, Department of Range and Watershed Management, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Gonbad Kavous University, Gonbad Kavous, Iran | ||
| 4Assistant Professor, Department of Natural Resources Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Hormozgan, Hormozgan, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction Accelerated soil erosion by water is an environmental threat on different continents. Suspended sediment loads in riverine systems resulting from the accelerated erosion due to human activities are a serious threat to the sustainable management of watersheds and ecosystem services therein worldwide. Identifying sediment provenance in the catchments is essential to to mitigate its negative effects consisting of on-site (e.g., decreasing soil depth and depletion of soil organic, degradation of soil structure, and etc.) and off-site effects and to help remedy problems such as eutrophication, and siltation of reservoirs. Among direct and indirect methods used to study the sediment source, sediment fingerprinting is a useful technique for determining contribution of sediment sources within a catchment like agricultural lands, rangelands, barelands, and etc. The successful application of this method reported in fluvial and aeolian environments. In this study, sediment fingerprinting method used to identify sediment sources and quantifying contribution of its sources in the Farghan Catchment in Hormozgan Province. Materials and methods In this research, 38 surficial samples (0-5 cm) were collected randomly-systematic with a good distribution from the potential sources (consisting of eight samples in agricultural lands, 18 samples from gully erosion sites and 12 samples from barelands and rangelands) and six samples from sediment deposited in the bed of the river in vicinity of catchment outlet, respectively, and after samples preparation, the concentration of the geochemical elements (consisting of major elements, rare earth elements and trace elements) were measured by ICP-OES in the central laboratory of University of Hormozgan. Stepwise discriminant function (DFA) was applied to discriminate the sediment sources, and five tracers consisting of Te, Zr, Ta, Be and Na were selected as the final tracers. Finally, the relative contribution from each source was determined by mixing model. Results and discussion Based on the results, the mean contribution for the agricultural lands, barelands and rangelands, and gully erosion sited were estimated 16.7, 50.6, and 32.7 %, respectively. Based on the results, a combination of Te, Zr, Ta, Be and Na were able to correctly classify 89.3% of the source sediment samples consisting of agricultural lands, gully erosion sites, barelands and rangelands. Due to high sediment rate, gully erosion sites are one of the important forms of soil erosion by water. The central parts of catchment are the most susceptible region to gully erosion because these areas are covered by lithological formations such as Bangestan, Aghajari and Mishan. Mishan lithological formation is involving the marl, limestone, and the Aghajari outcrop consists of sandstone and marl. The lands of flat plains are covered by quaternary fluvial depositions resulting from the erosion of Aghajari, Mishan and older lithological formations. Due to low slop of central parts of study area, existing young soils and without developed horizons and mismanagement of land uses, the land susceptibility to gully erosion is high in central parts. Conclusion Sediment source fingerprinting is a useful technique to investigate the origin of sediment in both windy and fluvial sedimentary environments. The estimated source proportions can help watershed engineers plan the targeting of conservation programmes for soil and water resources and due to the variability of geological units from one region to another, the type of land use management, and the type of soil units of each region, the selected trackers for each region are different, and for this reason, until now researchers are able to provide a comprehensive guide for choosing a tracker. were not optimal in all regions, and this issue is one of the main challenges of sediment fingerprinting. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Farghan Catchment, Potential sources, Sediment provenance, Source contribution, Watershed management | ||
| مراجع | ||
|
Collins, A.L., Walling, D.E., Leeks, G.J.L., 1997. Source type ascription for fluvial suspended sediment based on a quantitative composite fingerprinting technique. Catena 29, 1-27. Collins, A.L., Zhang, Y., Walling, D.E., Grenfell, S.E., Smith, P., Grischeff, J., Brogden, D., 2012. Quantifying fine-grained sediment sources in the River Axe Catchment southwest England: application of a Monte-Carlo numerical modelling framework incorporating local and genetic algorithm optimization. Hydrol. Process. 26(13), 1962–1983. Collins, A.L., Walling, D.E., 2004. Documenting cachment suspended sediment sources: problems approaches and prospects. Prog. Phys. Geogr. 28, 159-196. Collins, A.L., Walling, D.E., 2007. Sources of fine sediment recovered from the channel bed of lowland groundwater fed catchments in the UK. J. Geomorphology 88, 120-138. Collins, A.L., Walling, D.E., Sichingabula, H.M., Leeks, G.J.L., 2001. Suspended sediment source fingerprinting in a small tropical catchment, some management implications. Appl. Geogr. 21, 387-412. Collins, A.L., Zhang, Y.S., Duethmann, D., Walling, D.E., Black, K.S., 2013. Using a novel tracing-tracking framework to source fine-grained sediment loss to watercourses at sub-catchment scale. Hydrol. Process. 27 (6), 959–974. Cooke, D.R., Hollings, P., Wilkinson, J.J., Tosdal, R.M., 2014. Geochemistry of porphyry deposits. In H.D.H.K. Turekian (ed.) Treatise on Geochemistry, Second Edition. Foster, I.D.L., Lees, J.A., Jones, A.R., Chapman, A.S., Turner, S.E., 2002. The possible role of agricultural land drains in sediment delivery to a small reservoir Worcestershire UK: a multiparameter fingerprint study In: Hodgkinson R. (ed.). The Structure Function and Management Implications of Fluvial Sedimentary Systems, IAHS Publ. No. 276: 433-442. Gholami, H., Telfer, M.W., Blake, W.H., Fathabadi, A., 2017. Aeolian sediment fingerprinting using a Bayesian mixing model. Earth Surf. Process. Landf. 42(14), 2365-2376 Gholami, H.E., Takhti Najad, J., Collins, A.L., Fathabadi, A., 2019. Monte carlo fingerprinting of the terrestrial sources of different particle size fractions of coastal sediment deposits using geochemical tracers: some lessons for the user community. Environ. Sci. Pollut. Res. Springer 26(13), 13560–13579. Habibi, S., Gholami, H., Fathabadi, A., Jansen, J.D., 2019. Fingerprinting sources of reservoir sediment via two modelling approaches. Sci. Total Environ. 663, 78–96. Habibi, S., Gholami, H., Fathabadi, A., Walling, D.E., 2018. Source fingerprinting of sediment deposited in the dam reservoir: a case of Lavar Dam Watershed, Fin, Hormozgan Province. Environ. Erosion Res. J. 8(3), 1-15 (in Persian). Haddadchi, A., Nosrati, K., Ahmadi, F., 2014. Differences between the source contribution of bed material andsuspended sediments in a mountainous agricultural catchment of western Iran. Catena 116, 105-113. Haddadchi, A., Ryder, D., Evrard, O., Olley, J., 2013. Sediment fingerprinting in fluvial systems: review of tracers, sediment sources and mixing models. Int. J. Sediment Res. 28, 560-578 (in Persian). Hakimkhani, S.H., Ahmadi, H., Ghayoumian, J., 2009. Determining erosion types contributions to the sediment yield using sediment fingerprinting method, case study: Margan Watershed. Iran. J. Soil Water Sci. 19(1), 83-94 (in Persian). Hakimkhani, S.H., Ahmadi, H., Ghayoumian, J., Feiznia, S., Bihamta, M.R., 2007. Determining a suitable subset of geochemical elements for separation of lithological types of Poldasht water spreading system. J. Iran. Nat. Res. 60(3), 693-711(in Persian). Hughes, A.O., Olley, J.M., Croke, J.C., McKergow, L.A., 2009. Sediment source changes over the last 250 years in a dry-tropical catchment central. Queensland Australia Geomorphology, 104, 262-275. Kouhpeima, A., Feiznia, S., Ahmadi, H., Hashemi, S.A.A., 2011. Determining the ability of acid extractable metals as a fingerprint in sediment source discrimination. Int. J. Nat. Resour. Mar. Sci. 1(2), 93-99. Krause, A.K., Franks, S.W., Kalma, J.D., Rowan, J.S., Loughran, R.J., 2003. Multi-parameter fingerprinting of sediment deposition in a small gullied catchment in SE Australia. Catena 53, 327-348. LeGall, M., Evrard, O., Foucher, A., Laceby, J.P., Salvador-Blanes, S., Thill, O., Dapoigny, A., Lefèvre, I., Cerdan, O., Ayrault, S., 2016. Quantifying sediment sources in a lowland agricultural catchment pond using 137Cs activities and radiogenic 87Sr/86Sr ratios. Sci. Total Environ. 566-567, 968-980. Lim, Y.S., Kimand, J.W., Kim, J.K., 2019. Suspended sediment source tracing at the Juksan Weir in the Yeongsan River using composite fingerprints. Quat. Int. l519, 245–254. Mosaffaie, J., Ekhtesasi, M.R., 2016. Comparison of the relative sediment yield potential of lithological units using sediment grain color. Iran Water. Manage. Sci. Eng. 10(32), 51-58 (in Persian). Nazari Samani, A., Wasson, R.J., Malekian, A., 2011. Application of multiple sediment fingerprinting techniques to determine the sediment source contribution of gully erosion: review and case study from Boushehr Province southwestern, Iran. Prog. Phys. Geogr. 35(3), 75-391. Nosrati, K., Collins, A.L., Madankan, M., 2018. Fingerprinting sub-basin spatial sediment sources using different multivariate statistical techniques and the Modified MixSIR model. Catena 164, 32-43. Nosrati, K., Govers, G., Ahmadi, H., Sharifi, F., Amoozegar, M.A., Merckx, R., Vanmaercke, M., 2011. An exploratory study on the use of enzyme activities as sediment tracers: biochemical fingerprints. Int. J. Sediment Res. 28, 136-151. Oldeman, L.R., Makkeling, R.T.A., Somebroek, W.G., 1992. World map of the status of human-induced soil degradation. Land Degrad. Dev. 3(1), 68–69. Owens, P. N., Walling, D. E., Leeks, G.J. L., 2000. Tracing fluvial suspended sediment sources in the catchment of the River Tweed, Scotland, using composite fingerprinting and a numerical mixing model. In: Foster, I.D.L. (ed.), Tracers in Geomorphology, Wiley, Chichester, 291-308. Patault, E., Alary, C., Franke, C., Abriak, N., 2019. Quantification of tributaries contributions using a confluence-based sediment fingerprinting approach in the Canche River Watershed (France). Sci. Total Environ. 668, 457–469. Possen, I.P., 1996. Thresholds of channel initiation in historical and holocene times. Adv. Water Resour. 2, 687–708. Pulley, S., Foster, I., Antunes, P., 2015. The uncertainties associated with sediment fingerprinting suspended and recently deposited fluvial sediment in the Nene River Basin. Geomorphology 228, 303-319. Refahi, H., 2009. Water erosion and its control (Six ed.). Tehran, Tehran University Press (in Persian). Sadeghi, S.H., Najafi, S., RiyahiBakhtiari, A., 2017. Sediment contribution from different geologic formations and land uses in an Iranian small watershed, case study. Int. J. Sediment Res. 32, 210-220. Sadeghi, S.H.R., Najafi, S., 2014. Sediment fingerprinting of water in watersheds (concepts, methods and technologies). Iranian Student Book Agency (in Persian). Samadi, M., Bahremand, A., Salajegheh, A., Ownegh, M., Hoseializade, M., Fathabadi, A., 2019. Sediment fingerprinting and estimation uncertainty in Toulbane Watershed, Golestan Province. J. Range Water. Manage. 72(2), 443-461 (in Persian). Voli, M.T., Wegmann, K.W., Bohnenstiehl, D.R., Leithold, E., Osburn, C.L., Polyakov, V., 2013. Fingerprinting the sources of suspended sediment delivery to a large municipal drinking water reservoir: Falls Lake, Neuse River, North Carolina, USA. J. Soils Sediments 13(10), 1692–1707. Walling, D.E., 2005. Tracing suspended sediment sources in catchments and river systems. Sci. Total Environ. 344, 159-184. Walling, D.E., Collins, A.L., Stroud, R.W., 2008. Tracing suspended sediment and particular phosphorus in catchments. J. Hydrol. 350, 274-289. Walling, D.E., Woodward, J.C., 1995. Tracing sources of suspended sediment in river basins: a case study of the River Culm, Devon, UK. Mar. Freshw. Res. 46, 327–336. Zhang, X.C., Liu, B.L., 2016. Using multiple composite fingerprints to quantify fine sediment source contributions: a new direction. Geoderma 268, 108-118. Zhao, G., Mu, X., Han, M., An, Z., Gao, P., Sun, W., Xu, W., 2017. Sediment yield and sources in dam-controlled watershed on the northern Loess Plateau. Catena 149, 110-119. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 592 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 357 |
||