استفاده از روش منشأیابی در تعیین سهم واحدهای سنگ‌شناسی حوضه پلدشت در تولید رسوب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه Hakimkhani@yahoo.com

2 استاد، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران

3 استادیار پژوهشی، مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری

چکیده

به دلیل‌ وجود مشکلات زیاد در کاربرد روشهای‌ سنتی‌، روش انگشت­نگاری، ردیابی یا بعبارتی منشأیابی به‌ عنوان‌ روشی جایگزین‌ و مناسب مورد توجه ‌محققین‌ مختلف‌ قرار گرفته‌ است. در این روش‌، خصوصیات فیزیکی‌، ژئوشیمیایی‌ و آلی‌ رسوب و منابع رسوب برای‌ تعیین‌ منابع‌ اصلی‌ رسوب و اهمیت نسبی‌ آنها مورد استفاده قرار می­گیرند. در روش یاد شده با استفاده از ترکیبی مناسب از خصوصیات جدا کننده منابع‌ رسوب، سهم منابع رسوب در تولید رسوب تعیین می­شود. در این تحقیق، سعی شده است با بهره­گیری از ترکیبی مناسب از عناصر ژئوشیمیایی که قادر به جداسازی واحدهای سنگ­شناسی در یکی از زیر حوضه­های حوضه ایستگاه پخش سیلاب پلدشت واقع در شهرستان ماکو از استان آذربایجان غربی است سهم واحدهای یاد شده تعیین شود. بعد از برداشت 106 نمونه معرف از واحدهای سنگ­ شناسی و 6 نمونه رسوب از انتهای حوضه نسبت به تجزیه 18 عنصر ژئوشیمیایی اقدام شد. با بهره­گیری از روش تحلیل تشخیص، حدود 12 عنصر از 18 عنصر به عنوان ترکیب مناسب انتخاب شدند. در آخر با استفاده از ترکیب یاد شده و مدل­های چند متغیره ترکیبی سهم واحدهای مارن، کنگلومرا، آهک و دولومیت، شیل و اسلیت و رسوبات کواترنری به ترتیب برابر با 9/53، 75/29، 85/8،  5/7 و 0 درصد بدست آمد. میانگین خطای نسبی تقریبا برابر با 5/17 درصد و متوسط ضریب کارایی مدل حدود 99/0 است. روش منشأیابی رسوب به عنوان روشی با ارزش برای کسب اطلاعات از منابع رسوب تشخیص داده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Determinining contributions of lithological types of Pouldasht basin to sediment yield using sediment source fingerprinting techniques

نویسندگان [English]

  • Shahrokh Hakimkhani 1
  • Hasan Ahmadi 2
  • Jafar Ghayoumian 3
1 Asistant professor, Urmia University, I.R. Iran, hakimkhani@yahoo.com
2 Professor, Faculty of Natural Resources, University of Tehran
3 Associate professor, Soil and water conservation research center
چکیده [English]

Because of the many problems associated with traditional procedures for identifying sediment sources, fingerprinting method, based on physical, chemical and organic properties of sediment and source materials, are increasingly being used as a valuable and effective alternative approach to assembling such information. In this method, a suitable composite (set) of diagnostic properties and a multivariate mixing model are employed to estimate the relative contributions of sediment sources to sediments yield. In this study, using a suitable composite of geochemical elements capable of discriminating subareas underlain by individual lithological types of the study basin and a multivariate mixing model, the contributions of lithological types to sediments yield were determined. The study basin is the main subbasin of Pouldasht water spreading station basin, located in Makoo township, West Azarbaijan province. The lithological subereas were categorized in five groups as sediment sources. Over 106 representative source material samples and 6 sediment samples were collected from lithological groups and sediments deposited in the river bed respectively. Then, the samples were analyzed to determine the concentrations of 18 geochemical elements. 12 out of the 18 geochemical elements were selected as a suitable composite fingerprint using discriminant function analysis. Mean contributions from the lithological subereas of Marl, Conglomerate, Limestone and dolomite,  Shale and Slate, and Quaternary sediments were estimated to be 53.9, 29.75, 8.85, 7.5 and 0 percent respectively. Mean absolute error and model efficiency of the method were estimated to be 17.5% and 0.99 respectively. The fingerprinting approach to source ascription is seen as providing valuable information regarding sediment sources in the study basin.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Geochemical elements
  • Sediment sources
  • Lithological types
  • Pouldasht
  • Source fingerprinting method
  • Discriminant function analysis

امیری، منوچهر.)1381( منشأیابی کلوئیدها (رسها) و سیلتهای ایستگاه پخش سیلاب کبودرآهنگ، مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، گزارش نهایی طرح تحقیقاتی، 101صفحه.

حکیم خانی، شاهرخ.، احمدی. حسن.، غیومیان. جعفر.، فیض نیا. سادات و قنادها. محمد رضا.(1385) تعیین ترکیب مناسبی از عناصر ژئوشیمیایی برای جداسازی واحدهای سنگ­شناسی حوضه پخش سیلاب پلدشت، مجله منابع طبیعی (در دست چاپ).

فیض‌نیا، سادات.(1374) مقاومت سنگها در مقابل فرسایش در اقالیم مختلف ایران، مجله منابع طبیعی، شماره 47، صفحه 116- 95.

قدیمی عروس محله، فریدون.، پورمتین. افشین.(1381) تجزیه و تحلیل آماری منشاء رسوب در پایین دست حوزه آبخیز قره چای از استان مرکزی، مجموعه مقالات همایش ملی مدیریت اراضی – فرسایش خاک و توسعه پایدار، اراک، 4 - 2 بهمن 1380، صفحه 341- 328.

عطاپور، عباس.، حکیم خانی. شاهرخ.(1382) تعیین سهم زیرحوزه های حوزه آبخیز چنداب در تولید رسوب با بکارگیری کانی های رسی، مجموعه مقالات سومین همایش آبخوانداری، دستاوردها و چشم اندازهای آینده، ارومیه، 4 و 5 شهریور 1382، صفحه 74 – 82.

Bottrill LJ, Walling DE, Leeks GJL (2000) Using recent overbank deposits to investigate contemporary sediment sources in larger river basins. In: Foster, I. D. L. (Ed.). Tracers in Geomorphology. Wiley, Chichester, pp. 369-387.

Collins AL, Walling DE, Leeks GJL (1997) Source type ascription for fluvial suspendedsediment based on a quantitative composite fingerprinting technique. Catena, 29, 1–27.

Collins AL, Walling DE (2004) Documenting catchment suspended sediment sources: problems, approaches and prospects. Progress in Physical Geography, 28: 159–196.

Collins AL, Walling DE, Sichingabula HM, Leeks GJL (2001) Suspended sediment source fingerprinting in a small tropical catchment and some management implications. Applied Geography, 21: 387-412.

Collins AL, Walling DE (2002) Selecting fingerprint properties for discriminating potential suspended sediment sources in river basins. Journal of Hydrology, 261: 218-244.

Foster IDL, Lees JA (2000) Tracers in geomorphology. In: Foster, I.D.L. (Ed.). Tracers in Geomorphology. Wiley, Chichester, pp. 3-20.

Foster IDL, Lees JA, Owens PN, Walling DE (1998) Mineral magnetic characterisation of sedimentsources from an analysis of lake and floodplain sediments in the catchments of the Old Mill reservoir andSlapton Ley, South Devon, UK. Earth Surface Processes and Landforms 23, 685–703.

Foster IDL, Walling DE (1994) Using reservoir deposits to reconstruct changing sediment yields and sources in the catchment of the Old Mill Reservoir, South Devon, UK, over the past 50 years. Hydrological Sciences Journal, 39:, 347-368.

Garrad PN, Hey RD )1989) Sources of suspended and deposited sediment in a Broadland river. Earth Surface Processes and Landforms, 14: 41-62.

Grimshaw DL, Lewin J (1980) Source identification for suspended sediment. Journal of Hydrology, 47: 151—162.

He Q, Walling DE (1996) Interpreting particle size effects in the absorption of 137Cs and unsupported 210Pb by mineral soils and sediments. Journal of Environmental Radioactivity 30, 117-137.

He Q, Owens PN (1995) Determination of suspended sediment provenance using caesium-137, unsupported lead-210 and radium-226: a numerical mixing model approach. In: Foster IDL, Gumell AM, Webb BW (Eds.). Sediment and Water Quality in River Catchments. Wiley, Chichester, pp. 207-227.

Horowitz AJ, Elrick K (1987) The relation of stream sediment surface area, grain size, and composition to trace element chemistry. Appl. Geochem., 2, 437-451.

Loughran RJ, Campbell BL (1995) The identification of catchment sediment sources. In: Foster IDL, Gumell AM, Webb BW (Eds.). Sediment and Water Quality in River Catchments. Wiley, Chichester, pp. 189-205.

Nash JE, Sutcliffe JE (1970) River flow forecasting through conceptual models. Part 1:  A discussion of principles. Journal of Hydrology 10: 282-290.

Oldfield F, Rummery TA, Thompson R, Walling DE (1979) Identification of suspended sediment sources by means of mineral magnetic measurements: some preliminary results. Water Resources Research, 15: 211-219.

Owens PN, Walling DE, Leeks GJL (2000) Tracing fluvial suspended sediment sources in the catchment of the River Tweed, Scotland, using composite fingerprints and a numerical mixing model. In: Foster IDL (Ed.). Tracers in geomorphology.Jon Wiley, Chichester, pp. 291-308.

Peart MR, Walling DE (1988) Techniques for establishing suspended sediment sources in two drainage basins in Devon, UK: a comparative assessment. In: Bordas MPD. E. Walling DE. Sediment budgets: IAHS Publication No. 174: 269–279 (Wallingford).

Rowan JS, Goodwill P, Franks SW (2000) Uncertainty estimation in fingerprinting suspended sediment sources. In: Foster IDL (Ed.). Tracers in Geomorphology. John Wiley, Chichester, 279-290.

Skopp JM (2000) Physical properties of primary particles. In: Samner ME (Ed.). Handbook of soil science, CRC press, B3-B24.

Stone M, Saunderson H (1992) Particle size characteristics of suspended sediment in southern Ontario rivers tributary to the Great Lakes. Geological Society Special Publication, 57: 31-45.

Takken I, Beuselinck L, Nachtergaele J, Govers G, Poesen, J, Degraer G (1999) Spatial evaluation of a physically-based distributed erosion model (LISEM). Catena, 37: 431-447.

Walden J, Slattery MC, Burt TP (1997) Use of mineral magnetic measurements to fingerprint suspended sediment sources: approaches and techniques for data analysis. Journal of Hydrology, 202: 353–372.

Wall GJ, Wilding LP (1976) Mineralogy and related parameters of fluvial suspended sediments in Northwestern Ohio. Journal of Environmental Quality, 5: 168-173.

Wallbrink PJ, Olley JM, Murray AS, Olive LJ (1998) Determining sediment sources and transit times of suspended sediment in the Murrumbidgee River, NSW, Australia using fallout 137Cs and 210Pb. Water Resour. Res. 34 (4): 879–887.

Walling DE, Woodward JC (1995) Tracing sources of suspended sediment in river basins: a case study of the River Culm, Devon, UK. Marine and Freshwater Research, 46, 327–336.

Walling DE (2005) Tracing suspended sediment sources in catchments and river systems. Science of the Total Environment, 344: 159– 184.

Walling DE, Owens PN, Leeks GJL (1999) Fingerprinting suspended sediment sources in the catchment of the River Ouse, Yorkshire, UK. Hydrological Processes, 13: 955–975.

Walling DE, Peart MR, Oldfield F, Thompson R (1979) Suspended sediment sources identified by magnetic measurements. Nature, 281: 110–113.

Walling DE, Russell MA, Hodgkinson RA, Zhang Y (2002) Fine-grained sediment budgets for two small lowland agricultural catchments in the UK. Catena, 47: 323-353.

Walling DE, Collins AL (2000) Integrated assessment of catchment sediment budgets: A technical manual. University of Exeter, 168p.

Yu L, Oldfield F (1993) Quantitative sediment source ascription using magnetic measurements in a reservoir system near Nijar, S. E. Spain. Earth Surface Processes and Landforms, 18: 441-454.