بررسی تاثیر احداث سد مخزنی کرخه بر ریخت شناسی رودخانه با استفاده از شاخص های هیدرولوژیکی و تصاویر ماهواره ای

سابقه و هدف: احداث سدهای بزرگ باعث تغییر الگوی فرسایش و رسوب گذاری رودخانه شده که این امر اثر زیادی بر هندسه و مشکلات ریخت شناسی رودخانه بر جای می گذارد. رودخانه های پیچان سامانه های پویایی هستند که به طور مداوم تحت تاثیر فرسایش، رسوب گذاری و فعالیت های انسانی تغییر می کنند. این تغییرات می تواند منجر به جابه جایی پیچان ها، فرسایش کناره ها و افزایش خطر سیلاب شود. احداث سدهای مخزنی جریان آب و انتقال رسوب به پایین دست را به شدت محدود می کند و تغییراتی در عرض و عمق بستر رودخانه ایجاد می نماید. حوضه کرخه یکی از حوضه های حیاتی و راهبردی در غرب آسیا است که نقشی کلیدی در امنیت غذایی ایران ایفا می کند. پس از آبگیری سد کرخه در سال ۲۰۰۱، میانگین دبی لحظه ای در پایین دست مخزن ۷۸٪ کاهش یافت. مطالعات نشان می دهد که پس از ساخت سد، بخش هایی که پیش تر پایدار بودند، ناپایدار شده اند. عرض رودخانه از ۲۷۳ متر پیش از احداث سد به ۶۰ متر کاهش یافته و جابه جایی جانبی بستر حدود ۳۴ متر در سال گزارش شده است. پژوهش حاضر تغییرات مورفولوژیکی رودخانه ۲۱۲ کیلومتری کرخه را از سال ۱۹۸۵ تا ۲۰۲۴ بررسی می کند و عوامل موثر بر این تغییرات را بر اساس شاخص های هیدرولوژیکی تحلیل می نماید. این اهداف در مجموع به درک اثرات احداث سد کرخه بر تغییرات مورفولوژیک رودخانه و نوسانات دبی جریان کمک خواهند کرد.مواد و روش ها: روش اصلی پژوهش بر مقایسه زمانی و مکانی تغییرات بستر رودخانه تمرکز دارد. در مرحله نخست، موقعیت حوضه رودخانه کرخه و بازه مطالعه با استفاده از نقشه های رقومی توپوگرافی در مقیاس ۱:۲۵۰۰۰ و نرم افزار ArcGIS تعیین شد. سپس تصاویر ماهواره ای مرتبط با محدوده مورد نظر گردآوری گردید. برای بررسی دقیق تر، بازه مطالعاتی به سه بخش طولی تقسیم شد. در گام بعد، با بهره گیری از نرم افزار AutoCAD ویژگی های هندسی قوس ها مانند شعاع قوس، طول موج، زاویه مرکزی، طول دره و ضریب پیچانش برای هر دوره زمانی استخراج گردید. این داده ها سپس با استفاده از نرم افزار آماری JMP تحلیل شدند. در این پژوهش، تاثیرات ساخت و بهره برداری از سد کرخه بر رژیم هیدرولوژیکی و هندسه رودخانه پایین دست آن، با استفاده از تحلیل شاخص های دبی و شاخص های هندسی پیچان رودی بررسی شده است. با توجه به احداث و آبگیری سد مخزنی کرخه در سال ۱۳۸۰، داده های دبی ماهانه برای بررسی شاخص های هیدرولوژیکی به دو دوره در سال های ۱۳۶۴ و ۱۳۷۵ پیش از احداث سد و سال های ۱۳۹۳ و ۱۴۰۳ پس از آن، تقسیم و بررسی شد. سپس با استفاده از تحلیل تصاویر ماهواره ای لندست و سنتینل، شاخص های هندسی رودخانه کرخه نیز بررسی شد.یافته ها: نتایج نشان داد روند سری زمانی دبی ماهانه رودخانه در ایستگاه هیدرومتری پایه پل از ۱۳۶۴ تا سال ۱۴۰۳ تغییرات عمده ای داشته است به نحوی که پیش از ساخت سد، روند افزایشی (۰۶/۱+) مشاهده می شد اما پس از احداث سد، روند کاهشی بارزی (۶۵/۱-) پدید آمد که کاهش چشمگیر حجم جریان را نشان می دهد. تحلیل شاخص های هیدرولوژیکی Q۹۵، Q۵۰، Q۵ کاهش های قابل توجهی را تایید کرد، به ویژه در جریان های کم (کاهش ۵۹.۷٪ شاخص Q۵) که بیانگر افزایش خطر تنش زیست محیطی در زیستگاه های پایین دست است. یافته ها نشان داد که شاخص جریان پایه با افزایش ۴/۵۸ درصد، نشانه افزایش سهم جریان های پایدار در الگوی جریان است. در کنار آن، کاهش ۹/۴۲ درصد در مدت زمان وقوع جریان های حدی و افزایش ۱/۳۱ درصد در شاخص IHA، گویای تنظیم مصنوعی جریان ها و تغییر در پویایی طبیعی رودخانه است. در بخش هندسی، با تحلیل تصاویر ماهواره ای و ترسیم قوس های پیچان رودی در محیط GIS، مشخص شد که پس از ساخت سد، تعداد قوس ها در سه بخش رودخانه از بالادست به پایین دست به ترتیب ۶۰، ۳۳ و ۲۹ درصد افزایش یافته است. هم چنین شاخص ضریب خمیدگی و زاویه مرکزی در بازه های مختلف نشان دهنده روند افزایش خمیدگی قوس ها در دوره پس از احداث سد است. به طور مشخص، سهم قوس های پیچان رودی شدید در بخش بالادست رودخانه ۵۵ درصد افزایش یافته است. نتایج حاکی از آن است که کاهش دبی و انرژی برشی پس از سد منجر به شکل گیری قوس های متعدد اما ملایم تر شده است. بدین ترتیب کنترل دبی توسط سد بالادست ضمن مهار سیلاب های شدید، هندسه رودخانه را به سمت قوس های بیش تر و ملایم تر سوق داده و پارامترهای مورفودینامیکی آن را دستخوش تغییر نموده است.نتیجه گیری: نتایج پایش ۳۹ ساله ی رودخانه کرخه (۱۳۶۴ تا ۱۴۰۳) با استفاده از تصاویر لندست و سنتینل-۲ نشان داد که احداث سد کرخه در سال ۱۳۸۰ موجب تغییرات اساسی در رژیم هیدرولوژیک و رفتار مورفولوژیک رودخانه شده است. شاخص های هیدرولوژیکی نشان می دهند که جریان های حداقلی و حداکثری به شدت محدود شده اند. همچنین شاخص جریان پایه (BFI) با ۵۸.۴% افزایش بیانگر یکنواخت تر شدن جریان و کاهش نوسان های طبیعی رودخانه است. این تغییرات زمینه ساز کاهش انرژی برشی، افزایش رسوب گذاری و در نتیجه، تحول مورفولوژی کرخه در پایین دست سد شده اند. از نظر تغییرات هندسی، تعداد قوس ها پس از احداث سد در بخش های طولی رودخانه بین ۲۹ تا ۶۰ درصد افزایش یافت که نشان دهنده تقسیم قوس های بزرگ به قوس های کوچک تر و ملایم تر است. ضریب خمیدگی نیز پس از سد در هر سه بخش کاهش جزئی داشت (حدود ۵–۱۰٪)، اما تعداد قوس های مربوط به طبقه «پیچان رودی شدید» در بخش یک ۵۵٪ و در بخش های دو و سه حدود ۲۵٪ افزایش یافته است که نشان دهنده تشدید پیچ وخم در مقیاس خرد و کاهش پهنای کانال است. در برخی بازه ها عرض رودخانه تا ۷۸٪ کاهش یافته و این باعث شده جابه جایی جانبی سالانه بستر به حدود ۳۴ متر برسد. جمع بندی آن که سد کرخه اگرچه نوسانات جریان و خطر سیلاب را کاهش داده، اما موجب تشدید ناپایداری جانبی، افزایش تعداد قوس ها، باریک شدن کانال و تغییر الگوی پیچان رودی شده است. از این رو مدیریت آینده باید شامل رهاسازی های سیلابی کنترل شده، مدیریت رسوب، پایش سالانه با تصاویر ماهواره ای، و تثبیت سواحل حساس باشد تا از تشدید ناپایداری و تهدید زیرساخت ها جلوگیری شود.

کلیدواژه ها:

سد کرخه ، تغییرات مورفولوژیکی ، تصاویر ماهواره ای ، ضریب سینوسی ، شاخص جریان پایه