گزارش بازدید علمی از حوزه آبخیز طالقان سال ۱۳۹۴

گزارش بازدید علمی از حوزه آبخیز طالقان*

زمان: 17 اردیبهشت 1394

درس: ارزیابی رسوب زایی سازندها

گردآوری: کمال قادری

استاد: دکتر سادات فیض نیا

مسیر حرکت: تهران، اتوبان کرج –قزوین، گردنه ابراهیم آباد، جوستان

ایستگاه اول توقف: گردنه ابراهیم آباد 

(مرز حوزه آبخیز زیاران به سمت جنوب و حوزه آبخیز طالقان به سمت شمال)

تعیین موقعیت حوضه با استفاده نقشه توپوگرافی 1:50000

حوزه آبخیز از سمت شمال با حوضه الموت رود و از سمت جنوب با حوضه زیاران و از سمت شرق با حوزه آبخیز و از سمت غرب با حوضه شاهرود مرز دارد. طالقان رود از نزدیک جاده چالوس (ارتفاعات عسلک) منشا می­گیرد و پس از طی 30 کیلومتر با الموت رود متصل می شود و شاهرود نامیده می شود و سپس با قزل اوزن (پس از طی70 کیلومتر) به مخزن سفید رود می رسند.

گلینک ایستگاه تحقیقاتی گروه احیا مناطق خشک و کوهستانی و ایستگاه رسوب سنجی حوزه آبخیز طالقان است و دو سوم حوضه را پوشش می دهد.

منطقه مورد مطالعه (معینی و همکاران، 1388)

.....................................................................................................

ویژگی های عمومی حوزه آبخیز طالقان

حداقل ارتفاع: 1600

حداکثر ارتفاع: 4400 متر

وسعت: 1300 کیلومتر مربع (1352000 هکتار)

مساحت بالادست سد: 96300 هکتار

موقعیت: 90 کیلومتری شمال غربی تهران

طالقان رود دارای سه بخش بالاطالقان، میان طالقان و پایین طالقان است.

متوسط بارندگی سالانه: 400 میلی متر

73 درصد اراضی مرتعی حوضه دچار آسیب شده است.

ویلاها در ارتفاعات لغزشی درست شده است.

مشکل آشغال با توجه به توریست پذیر بودن منطقه یکی از مشکلات حوضه است.

یکی از فرسایش پذیرترین زیرحوضه های سد سفید رود و یکی از رسوب خیزترین عرصه های کشور است.

میزان رسوب حوضه 11 تن در هکتار در سال

میزان فرسایش حوضه 33 تن در هکتار در سال (با فرض SDRبرابر 32.5)

شرکت مشاور سوگرا در 1352، فرسایش حوضه را 25.6 تن در هکتار در سال برآورد کرده است که نشان می دهد که طی 24 سال بعد از آن (1382) افزایش 7.4 تن در هکتار در سال داشته است.

بیش از 26 هزار هکتار اراضی دیم رها شده دارد.

کواترنر حدود 8 درصد حوضه را در بر می گیرد.

مارن ها حدود 20 درصد حوضه را در بر می گیرد.

بقیه سطح حوضه نیز متشکل از آتشفشانی ها هستند.

.....................................................................................................

بررسی سازندهای زمین شناسی با استفاده از نقشه زمین شناسی 

نقشه زمین شناسی - ورقه شکران با مقیاس 1:100000 (ngdir.ir)

- مقدار زیادی از مسیر طالقان رود و الموت رود و شاهرود) از سازندهای قرمز فوقانی (Ngm، مارن های تبخیری طالقان) عبور می کند و شدیدا فرسایش پذیر و رسوب زا هستند و مقدار زیادی از رسوبات پشت سد سفیدرود ناشی از این سازندها است.

- گردنه ابراهیم آباد در مرز دو سازند EKv(ائوسن کرج ولکانیکی) و Ngm(سازند قرمز فوقانی) قرار دارد.

- گسل اصلی طالقان در نقشه زمین شناسی مشخص است و باعث شده است واحدهای زمین شناسی قدیمی و جدید (مثلا Cl و EKv) در کنار یکدیگر قرار گیرد.

- یال ها و خط یال را در نقشه زمین شناسی با استفاده از سرشاخه آبراهه ها می توان تشخیص داد.

- حوزه آبخیز طالقان در زون زمین شناسی البرز (جنوبی و مرکزی) دارد.

- طالقان رود به صورت یک چین ناودیسی است و هر چه از محور (رودخانه) دورتر می شویم واحدها قدیمی تر می شوند:

رابطه دوره کواترنر و ترسیر (احمدی و فیض نیا، 1378)

سازندهای چین طالقان رود از قدیم به جدید

1. کواترنر (رسوبات آبرفت امروزه (کاملا سفید) + مخروط افکنه ها + لغزش ها و سولیفلوکسیون ها)

2. Ngm(نئوژن + مارن) مارن های منطقه طالقان که در منابع خارجی گلسنگ و سیلت سنگ گفته می شود.

3. دو واحد تبخیری تر و با حلالیت بیشتر gy1و gy2 دارد.

4. سازند EKv (ائوسن کرج ولکانیکی، آندزیت ها و بازالت ها) قدیمی تر از Ngm است.

5. سازند EKta (توف سازند کرج) که انفجاری و توفی است در یال شمالی بیشتر موجود است.

- مواد زمین شناسی به موارد زیر تقسیم می شود:

1. مواد ماقبل کواترنر (عمدتا مستحکم و سنگی) مثل Ekv * استثنا: مارن های منطقه که سست است.

2. کواترنر (عمدتا سست) * استثنا: توده های آتشفشانی که کواترنر سنگی هستند.

- در این حوضه یک سازند مارن تبخیری (دریاچه های شور ایران) وجود دارد. مارن ها از ترکیبات رس و سیلت و کلسیت و ژیپس و نمک طعام و ... تشکیل می شوند. علاوه بر نیروی باران، حلالیت مارن ها نیز باعث فرسایش پذیری آن ها می شود. فرسایش شدید از جمله آبراهه، لغزش موجود است. رنگ آن قرمز و الوان است.

- با مشاهده در حوضه می توان دریافت که بخش کوهستانی پوشیده با برف، سازند EKta و بخش کوهستانی بدون برف، سازند EKv است و بخش با ارتفاع کمتر، مارن های Ngmاست که در بخش هایی واحد های ماسه سنگی بر روی آن قرار گرفته و باعث شده فرسایش پذیری کمتر باشد و در نتیجه ارتفاع آن بخش بیشتر از بخش هایی از مارن بدون واحدهای ماسه سنگی است.

دریاچه سد طالقان (ویکی پدیا)

روش مطالعه مارن مثل رسوبات شامل نمونه برداری، آنالیزهای فیزیکی، شیمیایی، ترکیب کانی شناسی، دانه بندی، تعیین مقدار گچ و نمک و ... است (مارن ها سست هستند و روش های با چکش اشمیت و .. کارا نیستند).

.....................................................................................................

آزمایشات صحرایی

ابزار مورد استفاده: چکش اشمیت، چکش زمین شناسی، اسید HCL پنج درصد

روش مورد استفاده: Selbi (1980)

1. چکش اشمیت: واحد کاری را انتخاب کرده، سطح را با سمباده تمیز می کنیم. چکش در هر واحد کاری حداقل سه بار و در هر بار 10 قرائت باید انجام می شود. چکش اشمیت بین 0 تا 100 نمره بندی شده است. برای واحد کاری فعلی میانگین 5 قرائت بالایی 60 است. (نمره 19)

Schmidt hammer (Swiss hammer)

1. عرض درزه ها: برای واحد کاری فعلی عرض درزه ها در کلاس 1 تا 5 میلی متر قرار گرفت. (نمره 5)

2. هوازدگی: بین متوسط تا زیاد (نمره 5)

3. فاصله بین درزه ها بین 1 تا 3 متر تشخیص داده شد (نمره 28)

4. جهت یافتگی درزه ها نسبت به شیب دامنه: مساعد-درزه ها دارای شیب متوسط بوده، شیب درزه ها در جهت شیب دامنه است (نمره 18)

5. پیوستگی درزه ها: پیوسته با پرشدگی کم (نمره 4)

6. جریان آب زیرزمینی در ایران جزئی در نظر گرفته می شود (نمره 5)

جمع نمرات 6 عامل برابر 79 است. (با در نظر گرفتن عامل آب زیرزمینی جمع نمرات 84 می شود). که در محدوده very strong rock قرار می گیرد.

آندزیت بین 50 تا 60 باید باشد (ممکن است که یکی از برداشت های ما مثل هوازدگی اشتباه بوده باشد).

طبقه بندی سلبی، طبقه بندی مهندسی سنگ است که در آن شش عامل به شرح زیر در صحرا بررسی و نمره بندی می شوند (فیض نیا و زارع خوش اقبال، 1382).

1. مقاومت سنگ یکپارچه 

2. شدت هوازدگی 

3. فاصله بین درزه ها، سطوح لایه بندی و گسل ها

 4. جهت یافتگی درزه ها و شکستگی ها و مقدار شیب آن ها نسبت به شیب دامنه

 5. عرض درزه ها و سطوح لایه بندی 

6. ممتد بودن یا نبودن جانبی و عمودی درزه ها و مقدار پرشدگی آنها

A rock mass strength classification for geomorphic purposes: with tests from Antarctica and New Zealand .MJ Selby - Zeitschrift für Geomorphologie, 1980

طبقه بندی سلبی (فیض نیا و زارع خوش اقبال، 1382)

تشخیص بافت

در سنگ های نفوذی بلورهای درشت باید در کنار هم ردیف شده باشند (موزاییک با بخش های تیره و روشن)

در سنگ های خروجی خمیره ریز تا شیشه داریم به اضافه اجزای درشت مثل بادامک، حفره، بلور درشت (پورفیری: بلور درشت آمفیبول در خمیره ریز تا شیشه)

در خروجی ها هرچه رنگ تیره تر بازالت (شامل پیروکسن و ...) و هر چه خمیره روشن تر ریولیت است و اگر قرمز باشد آندزیت (شامل آمفیبول و ...) است.

نمونه فعلی: رنگ قهوه ای: آندزیت –بازالت

جوشش اسید بر روی بادامک های کلسیتی

آزمون اسید:

با جوشش بادامک ها با اسید معلوم می شود که بادامک ها کلسیتی هستند. در آذرین ها اصلا نباید جوشش موجود باشد. ممکن است حفره های آذرین ها با کلسیت پر شده باشد.

"آزمون اسید" برای کانی های کربناتی و سنگ های کربناته (http://earth.persianblog.ir)

برای اغلب زمین شناسان اصلاح "آزمون اسید" به معنای قرار دادن یک قطره از اسید هیدروکلریک رقیق (5 تا 10 درصد) بر روی یک سنگ یا کانی و انتظار برای مشاهده ی آزاد شدن حباب های گاز دی اکسید کربن است. حباب ها نشانه ی وجود کانی های کربناتی مانند کلسیت و دولومیت یا یکی از کانی های اشاره شده در جدول 1 است.

جدول 1: فهرستی از کانی های کربناتی رایج و فرمول شیمیایی آن ها و واکنشی که نسبت به اسید هیدروکلریک سرد و گرم در جدول آمده است.

تشخیص جنس بادامک

سبز: کلریت است. سفید و جوشش با اسید: کلسیت است

از نظر سختی: کوارتز 7 (سوزن اثری نمی گذارد)

کانی رسی 1.5 (با اشاره سوزن فرو می ریزد)

زئولیت 5 (با سوزن 5.25 خط برمی دارد)

(4 ترکیب بادامک داریم که یکی از آن ها جوشش با اسید دارند 3 ترکیب ندارند که از نظر سختی بررسی می کنیم)

تشخیص خمیره به وسیله رنگ است.

سختی ناخن 2.25 است.

اسید، چکش زمین شناسی و سوزن

.....................................................................................................

زمین لغزش بر اساس منابع انگلیسی زبان باید دارای 3 بخش دیواره تند scarp (کنش مواد) و منطقه انتقال مواد و منطقه تجمع مواد باشد.

.....................................................................................................

پادگانه های منطقه طالقان:

پادگانه های آبرفتی طالقان رود (احمدی و فیض نیا، 1378)

علت ایجاد شدن پادگانه ها:

طالقان رود در سطوح بالایی جریان داشته ، به دلایلی سطح اساس پایین افتاده و یک پلکان از مواد مادری (مثلا Ekv) ایجاد شد. مرحله بعد افزایش سطح اساس وجود داشته است، رسوب گذاری و خاکزایی انجام شد. و در چندین مرحله این فرآیندها تکرار شد.

دلیل بالا و پایین رفت سطح اساس:

اگر این رودخانه به آب های جهانی ارتباط داشت، تغییرات سطح اساس را مرتبط با تغییرات جهانی سطح آب دریاها و اقیانوس ها (ائوستازی) می توانستیم فرض بدانیم ولی چون طالقان رود ارتباط نداشته، دلیل این تغییرات، شرایط اقلیم و تکتونیک منطقه است.

تشخیص این پادگانه ها در سایر نقاط ایران:

سه مقطع عرضی در امتداد پروفیل طولی حفر کرده از ارتفاعات به سمت کف دره مطالعه شود.

.....................................................................................................

بررسی پادگانه های حوزه آبخیز طالقان

پادگانه گونز در منطقه طالقان شناسایی نشده است. (در سفیدرود شناسایی شده است).

.....................................................................................................

ایستگاه مزرعه کندوی عسل

کواترنر تراس 1 (پادگانه میندل):

سن 400 هزار سال پیش (کواترنر)،

آب و هوا معتدل چون ریزدانه است (نشان از فرسایش مارن هاست) و خاکزایی خوبی روی آن انجام شده است (شرایط بیوستازی)

خاک 1.5 متری، بهترین خاک زراعی منطقه است که اغلب (به جز 3 منطقه) از بین رفته است و زیر این خاک رسوب میندل وجود دارد (ضخامت رسوب حداقل 10 متر است)

ارتفاع 1990 تا 2060 متر

زراعت دیم (گندم، جو) در این پادگانه انجام می شود.

مساحت 1.4 درصد از پادگانه های کواترنر

ترکیب بسیار شبیه مارن های طالقان ولی کمتر شور و قلیا (منشا فرسایش Ngm بوده است)

شیب متوسط میندل 5 تا 10 درصد (در حالی که تپه های مارنی دارای شیب 30 تا 40 درصد هستند).

فرسایش میندل 13.7 تن در هکتار در سال

رسوب میندل 4.5 در هکتار در سال (با فرض SDRبرابر 32.5 )

.....................................................................................................

ایستگاه جاده سد

کواترنر تراس 2 (پادگانه ریس):

درشت دانه و شدیدا گراولی است.

بعضی اوقات روی قلوه ها، آهک نشسته که عروسک های آهکی نام دارد (در دوره های خشک)

ضخامت خاک کم (15 سانتی متر)

ضخامت رسوبات 50 متر

نفوذپذیری و تخلخل بسیار بالاست.

منشا فرسایش سازند کرج (Ekv) است.

شیب 10 تا 15 درصد

ارتفاع 1800 تا 2100 متر

سن 120 هزار سال

کاربری: مرتع

از اراضی غیر لغزشی است (به مسکن تعاونی مصرفی فرهنگیان اختصاص داده شده است)

رسوب ویژه 4.1 تن در هکتار در سال

فرسایش ویژه 12.5 هکتار در سال (با SDRبرابر 32.5)

مساحت ریس بیشتر از وورم و میندل است.

پادگانه ریس

پروفیل پادگانه ریس (احمدی و فیض نیا، 1378)

.....................................................................................................

فرسایش پذیری

برای بررسی فرسایش پذیری، بایستی مواد حوضه را به سنگ و رسوب (مواد سست) تقسیم کنیم. در مورد سنگ دانه و خمیره مطرح است ولی در مورد کواترنر دانه بندی، ترکیب کانی شناسی، تخلخل و نفوذپذیری اهمیت دارد. ممکن است تا 50 درصد مواد حوضه از مواد سست است. با استفاده از روش های ترکیب کانی شناسی و ژئوشیمیایی (روش نوین) می توان منشا یابی کرد.

برای فرسایش پذیری مواد سست (رسوب، مارن) از روش های زیر استفاده می کنیم:

- قطر ذرات با استفاده از نمونه برداری و الک

- ترکیب کانی شناسی رسوب (K تغییریافته)

- شبیه ساز باران یا بارش طبیعی (برای بررسی رابطه قطر ذرات و میزان رسوب)

- روش های آماری دو متغیره و چند متغیره برای تعیین مهم ترین عوامل فرسایش رسوب

- نفوذپذیری و تخلخل (دانه بندی یا دبل رینگ)

.....................................................................................................

ژئومورفولوژی کمی

از شاخص های مورد استفاده برای ژئومورفولوژی کمی می توان به رتبه بندی، نسبت دوشاخه شدن، تراکم زهکشی و ... اشاره کرد.

دو نظام اصلی در رتبه بندی استرالر و هورتون است. یکی از مزایای رتبه بندی، تفکیک وظایف بین منابع طبیعی و وزارت نیرو است.

تراکم زهکشی از تقسیم طول کل شبکه هیدروگرافی شامل رودخانه های فرعی و آبراهه ها به مساحت حوضه به دست می آید و با دبی های حداکثر حوضه ها همبستگی دارد (مهدوی، 1384)

تشخیص بافت و فرسایش پذیری و با تراکم زهکشی:

کمتر از 2 کیلومتر بر کیلومتر مربع: بسیار درشت دانه (بسیار مقاوم + بسیار نفوذ پذیر، مثل گنیس با تراکم زهکشی 1.57)

2 تا 4 کیلومتر بر کیلومتر مربع: درشت دانه (مثل گرانیت با تراکم زهکشی 2.42)

4 تا 6 کیلومتر بر کیلومتر مربع: متوسط

6 تا 8 کیلومتر بر کیلومتر مربع: ریزدانه

بیشتر از 8 کیلومتر بر کیلومتر مربع: خیلی ریزدانه (بسیار حساس + مواد نفوذناپذیر، مثل مارن)

عوامل موثر بر تراکم زهکشی:

- درجه سختی (مقاومت سنگ): هر چه سنگ سخت تر تراکم زهکشی کمتر

- نفوذپذیری: هر چه نفوذپذیری سنگ بیشتر تراکم زهکشی کمتر

- اقلیم و پوشش گیاهی

- ناهمواری نسبی: هر چه ناهمواری نسبی بیشتر تراکم زهکشی بیشتر

- سیکل فرسایش: در مرحله بلوغ بیشترین تراکم زهکشی وجود دارد

.....................................................................................................

الگوی زهکشی:

(اگر تنها متغیر بر الگوی زهکشی سنگ شناسی باشد و بقیه عوامل مثل شیب، جهت و اقلیم را ثابت در نظر بگیریم)

شاخه درختی: اگر سنگ از نظر مقاومت همگن باشد و کنترل ساختمانی وجود نداشته باشد

موازی: اگر کنترل ساختمانی (گسل، چین، سطوح لایه بندی و ...) وجود داشته باشد

شعاعی: اگر مخروط و گنبد آتشفشانی و گنبد نمکی وجود داشته باشد

داربستی: اگر سنگ ها چین خورده و لایه های مقاوم و نامقاوم به طور متناوب قرار گرفته باشند (مثل شیستوزیته و تناوب شیل و ماسه سنگ)

مستطیلی: اگر درزه ها و گسل ها وجود داشته باشند (دو سری گسل عمود بر هم)

مایل به مرکز: در کراترها و سینکهول ها

الگوی زهکشی:

(بر اساس تراکم زهکشی و سنگ مادری - بقیه عوامل ثابت باشند)

مارن ها: شاخه درختی و پرتراکم

سنگ های آتشفشانی: شاخه درختی و کم تراکم

توف: شاخه درختی

ماسه سنگ: موازی (در ماسه سنگ ها سطوح لایه بندی غالب است)

آبرفت ها: بریده بریده یا مئاندر

.....................................................................................................

ایستگاه کنار رودخانه طالقان:

کواترنر تراس 3 (پادگانه وورم):

سن 18 هزار سال پیش

شیب متوسط 3 تا 10 درصد

آب و هوا معتدل چون ریزدانه است (نشان از فرسایش مارن هاست) و خاکزایی خوبی روی آن انجام شده است (شرایط بیوستازی)

خاک 1.5 متری، بهترین خاک زراعی منطقه است که اغلب (به جز 3 منطقه) از بین رفته است و زیر این خاک رسوب میندل وجود دارد (ضخامت رسوب حداقل 10 متر است)

ارتفاع 1700 تا 1900 متر

زمین های زراعی و به ویژه زراعت باغی در این پادگانه انجام می شود.

مساحت 1.4 درصد از پادگانه های کواترنر

منشا فرسایش مثل میندل مارن است ولی شور و قلیا نیست

میزان رسوب 4.8 تن در هکتار در سال

فرسایش 14.77 تن در هکتار در سال (با SDRبرابر 3.5)

پادگانه وورم

تحول پادگانه وورم (احمدی و فیض نیا، 1378)

.....................................................................................................

کواترنر تراس 4 (پادگانه توریا):

سن 3500 سال پیش

1 متر از بستر رودخانه بالاتر

ارتفاع 800 تا 1700 متر

خاک خیلی نازک

رشد درختان غیر مثمر بر روی این پادگانه مشاهده شد.

شیب متوسط 3 درصد

میزان رسوب 1.43 تن در هکتار در سال

فرسایش 4.4 تن در هکتار در سال (با SDRبرابر 32.5)

.....................................................................................................

راهکارهای جلوگیری از گل آلودگی رودخانه طالقان (ناشی از مواد مارنی فرسایش پذیر)

- توری کشی

- ریختن خاک رس (blanket)

- کاشت درختچه ها بدون نیاز به آبیاری (بید) که منجر به لغزش نشود.

- قرق (عدم اجرای هرگونه عملیات فیزیکی، مکانیکی و بیولوژیکی)

.....................................................................................................

مشخصات عمومی سد طالقان:

سد طالقان (thrw.ir)

نوع سد: خاکی با هسته رسی

ارتفاع سد: 103 متر

طول تاج سد: 1100 متر

عرض تاج سد: 12 متر

حجم بدنه: 15 میلیون متر مکعب

حجم مخزن سد: 420 میلیون متر مکعب

حجم مفید مخزن: 329 میلیون متر مکعب

دبی متوسط سالانه رودخانه: 16.3 متر مکعب بر ثانیه

متوسط رسوب سالانه: 1250000 متر مکعب

کل آورد رودخانه: 460 میلیون متر مکعب

حداکثر دبی سیلابی مشاهده شده: 345 متر مکعب بر ثانیه

.....................................................................................................

تصاویر:

استاد:

دکتر سادات فیض نیا

دانشجویان:

منا مسعودی، محبوبه بهشتی راد، نیلوفر رسول زاده، روناک مرادمند، اقبال محمدی، محمدعلی کلی، معصومه غریب، کمال قادری، جواد شعله، امیرحسین معین الدین، ایمان فاضلی ثانی، علی ابراهیمی، حاتمی، تابش و...

.....................................................................................................

* این گزارش برای اردوی علمی درس ارزیابی رسوب زایی سازندها، در سال ۱۳۹۴ تهیه شده است.

لینک دانلود یادداشت در ریسرچ گیت