مقایسه کمّی شاخص‌های مورفومتریکی و تغییرات شیب قاعده مخروط‌افکنه‌های مناطق خشک با تأکید بر ایران مرکزی

نوع مقاله : مقاله کامل

نویسندگان

1 دپارتمان جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم، دانشگاه اِتووش لورند، بوداپست، مجارستان

2 دانشکده جغرافیا و علوم محیطی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

چکیده

مخروط‌افکنه‌ها به دلایل مختلف ازجمله خاک حاصلخیز،منابع آبزیرزمینی، توپوگرافی ملایم و از طرفی مخاطرات طبیعی متعدد مانندفرونشست، زمین‌لرزه وسیلاب،همواره موردتوجه انسان‌هابوده‌اند.بنابراین درک صحیح ودقیق این لندفرم ازجنبه‌های گوناگون از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.در این تحقیق ویژگی‌های کمی مورفومتریک و تغییرات شیب قاعده 40 مخروط‌افکنه در ایران مرکزی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. براین اساس ابتدا مخروط‌افکنه‌های مورد بررسی توسط تصاویر ماهواره‌ای شناسایی شده و محدوده هرکدام از آنها تعیین گردید.درمراحل بعدی،شیب کلی مخروط‌افکنه(SO)،شیب بخش بالایی قاعده(SA)،شیب بخش پایینی قاعده(SB)،نسبت شیب بخش بالایی به بخش پایینی(RS)،زاویه جاروب (AF) و طول مخروط‌افکنه (L) برای تمامی مخروط‌هامحاسبه گردید. تفاوت در شاخص‌های محاسبه شده علاوه بر مشخص کردن شرایط اقلیمی و فرآیندهای رسوبی مسلط بر مخروط‌افکنه، عاملی برای تشخیص مخروط‌افکنه‌ها از سایر عوارض تراکمی پدیمنت محسوب می‌شود. نتایج نشان داد که نیمرخ طولی اکثرمخروط‌افکنه‌های موردمطالعه باتوجه به ویژگی‌های شیب، صاف است.شباهتشاخص SA و SOنشان‌دهنده‌حفظ‌شیب‌مخروط‌افکنه‌هادرشرایط‌اقلیمی‌خشک‌و‌عدم‌وقوع‌فرآیندهای‌فرسایشی است. مقادیر شاخص RS نشان داد که تفاوت چندانی در شیب بخش بالایی و پایینی قاعده مخروط‌افکنه‌های مورد مطالعه وجود ندارد. این موضوع نیز حاکی از عدم وجود فعالیت‌های فرسایشی قابل توجه در قاعده مخروط‌افکنه‌های مورد مطالعه است. همچنین نتایج نشان داد که در مخروط‌افکنه‌هایی که طول آنها زیاد و زاویه جاروب آنها کوچک است، فرآیندهای رودخانه‌ای تسلط دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Quantitative comparison of morphometric indices and alluvial fan toes in arid regions with emphasis on Central Iran

نویسندگان [English]

  • Kaveh Ghahraman 1
  • Mohammad Ali Zanganeh Asadi 2
  • Elahe Akbari 2
1 Department of Physical Geography, Faculty of science, Eötvös Loránd University, Budapest, Hungary
2 Faculty of Geography and Environmental Sciences, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
چکیده [English]

Extended Abstract
Introduction
Alluvial fans are important geomorphic landforms due to their advantages and their hazards. Many researchers in different aspects have investigated alluvial fans. A sudden change in the topographic slope at the mountain front and a decrease in stream power are proposed as the main factors of alluvial fan formation. However, the relationship between alluvial fans and active depositional processes on the surface of alluvial fans. the relationship between the area and the slope of the alluvial fans with geomorphic and geologic characteristics of their basins and investigating the morphology of alluvial fans using quantitative characteristics have been widely studied by many researchers, few studies have focused on the topographic characteristics of alluvial fan toes. The slope is a useful morphometric indicator to distinguish alluvial fans from other depositional landforms distributed on the pediment. The aim of this study is to quantitatively investigate the morphometry and slope changes on the alluvial fan toes of an arid region in order to distinguish them from other depositional landforms on the pediments. Therefore, we analyzed the slope of 40 alluvial fans and their morphometric characteristics in central Iran.
 
Materials and methods
To investigate alluvial fans' morphometric characteristics, we first selected 40 alluvial fans in central Iran using satellite images. We chose a minimum length of 2000 meter for the alluvial fan selction. Next, six morphometric parameters including the overall slope of the alluvial fan (SO), mean slope of the area above the fan toe (SA), mean slope of the area below the fan toe (SB), the ratio of SA to SB (RS), the total length of the alluvial fan (L) and the sweep angle (AF) were measured. The slope of the alluvial fans was calculated using the study area SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) Digital Elevation Model (DEM) with a 30-meter spatial resolution. The digital elevation model was converted to the UTM (Universal Transverse Mercator) coordinate system since we used the metric measurements in this study. The overall slope of the alluvial fans, alluvial fan length, and alluvial fan sweep angle were measured using the digital elevation model and QGIS software. To calculate the slope of the area above and the area below the alluvial fan toe line, we first created a buffer with 250 meters distance from the toe line. This distance was applied to avoid unwanted errors. Each buffer has 1000 meters distance. Generally, we used Google Earth pro, ArcMap, QGIS, and the digital elevation model of the study area to measure the morphometric characteristics of the fans and SPSS to apply the statistical calculations.
 
Result and discussion
To calculate the morphometric parameters and to analyze the slope changes of the alluvial fan toes, we first selected 40 alluvial fans in Central Iran. Afterward, the sweep angle, alluvial fan length, overall slope of the alluvial fan, the average slope of the area above the fan toe, and the average slope of the area below the fan toe were calculated. According to Table 1, the most considerable sweep angle equals 156.12 degrees on the alluvial fan number 31. The smallest sweep angle belongs to the alluvial fan number 1 with the value of 14.7 degrees. Among the studied alluvial fans, the alluvial fan No. 17 has the shortest length (2076.679 m), and the alluvial fan No. 26, with a length of 44569.45 m, is the most elongated alluvial fan. In terms of overall slope, fan No. 17 has the highest value in slope (3.38 degrees), and the alluvial fan No. 16 has the lowest (1.64 degrees). Most of the studied alluvial fan have a slope of 2 to 2.5 degrees in terms of the slope of the area above and below the fan toe. The mean overall slope for the studied fans is 2.27 degrees. In terms of the RS factor, most of the fans are distributed in the range of 1 to 1.5. Generally, the slope decreases from the apex to the toe in an alluvial fan. The most important factors for the slope changes on the surface of the alluvial fans include flow velocity reduction, reducing the flow power, and reducing the channel width to depth ratio. Tectonic activity is also one of the essential factors in determining and changing the slope of alluvial fans. Sometimes due to severe tectonic uplift, new sediments deposit on the young and elevated surfaces of the alluvial fan, leading to steep slopes on the surface of the alluvial fan. Based on the results, with increasing the alluvial fan length, the slope of the area above the fan toe decreases. The same correlation can be seen between the length of the fan and the overall slope. The negative correlation between alluvial fan overall slope and alluvial fan length in this study is consistent with the results of other studies.
 
Conclusion
In an alluvial fan system, the apex of the fan is the steepest part, and the slope decreases to the fan toe. Different factors such as tectonics, stream discharge, sediment materials, etc., affect the slope of the alluvial fan. This study showed that most of the studied alluvial fans have straight profiles. The alluvial fan's straight profile indicates that the materials from the catchments area have been transported during the catastrophic flooding events and preserved on the alluvial fan surface for an extended period. The similarity between the fan's overall slope and the slope of the area above the fan toe is a sign of inactivity of erosional processes. When SA is smaller than SO, the alluvial fan will have a concave profile. The results of this study are also consistent with other studies showing that the arid region alluvial fans have a greater slope than humid regions fans. The RS values in the studied alluvial fans reflect the effect of fluvial processes on the slope changes on fan toes. It also shows that erosional processes have been inactive for a long time in the studied fans.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Alluvial fan
  • Arid regions
  • Morphometric parameters
  • central Iran
  1.  ‏‫جمال آبادی، ج.؛ زنگنه اسدی، م.؛ و امیراحمدی، ا. (۱۳۹۷). روابط کمی بین حجم مخروط افکنه ها و ارتباط آنها با تکتونیک فعال (مطالعه موردی: مخروط افکنه های دامنه جنوبی ارتفاعات جغتای). جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، جلد 71، شماره 3، ص 56-35.
  2. ‏‫خیام، م.؛ و مختاری کشکی، د. (۱۳۸۲). ارزیابی عملکرد فعالیت های تکتونیکی بر اساس مورفولوژی مخروط افکنه ها(مورد نمونه: مخروط افکنه های دامنه شمالی میشو داغ). پژوهش های جغرافیایی، شماره 44، ص10-1.
  3. ‏‫رامشت، م.؛ سیف، ع.؛ شاه زیدی، س. س.؛ و انتظاری، م. (۱۳۸۸). تأثیر تکتونیک جنبا بر مورفولوژی مخروط افکنه ی درختگان در منطقه شهداد کرمان. جغرافیا و توسعه، شماره 16، ص46-29.
  4. ‏‫شایان، س. (۱۳۸۲). ویژگی های ژئومورفومتریک مخروط افکنه حوضه گاماسیاب. پژوهش های جغرافیایی، شماره 46، ص 113-99.
  5. ‏‫صدوق، ح.؛ حسین زاده، م. م.؛ رضایی، خ.؛ رحمانی، ا.؛ و چزغه، س. (۱۳۹۷). تأثیرات ناشی از ساختار رسوبی مخروط‌افکنه‌ها بر ویژگی‌های مکانیکی و مهندسی خاک (مخروط‌افکنه‌های چیتگر و کن). پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، جلد 7، شماره 3، ص 17-1.
  6. علائی طالقانی، م. (۱۳۹۶). ژئومورفولوژی ایران. چاپ ۹، قومس، تهران.
  7. ‏‫گورابی، ا.؛ و کریمی، م. (۱۳۹۱). روشی جدید در استخراج مخروط‌افکنهها از مدل رقومی ارتفاع. پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، جلد 1، شماره 3، ص 100-89.
  8. ‏‫گورابی، ا.؛ و یمانی، م. (۱۳۹۱). ارتباط کمی ویژگی‌های مورفولوژیک حوضه‌های زهکشی و مخروط‌افکنه‌های آنها در ایران مرکزی. پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، جلد 1، شماره 2، ص 16-1.
  9. ‏‫مقصودی، م.؛ باقری شکری، س.؛ و مینایی، م. (۱۳۸۸). بررسی نقش تکتونیک در شکل گیری و تحول مخروط افکنه ها (مطالعه موردی: مخروط افکنه های دامنه تاقدیس قلاجه). جغرافیا و توسعه ناحیه ای، جلد 7، شماره 12، ص 124-99.
  10. ‏‫یمانی، م.؛ مقصودی، م.؛ قاسمی، م.؛ و محمدنژاد، و. (۱۳۹۱). شواهد مورفولوژیکی و مورفومتریکی تأثیر تکتونیک فعال بر مخروط افکنه های شمال دامغان. پژوهش های جغرافیای طبیعی، جلد 44، شماره 2، ص 18-1.
  11. Beaumont, P. 1972. Alluvial fans along the foothills of the Elburz Mountains, Iran. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 12(4), 251-273.
  12. Bowman, Dan. 2019. Principles pf Alluvia Fan Morphology. Israel: Springer.
  13. Crosta, G.; Frattini, P. 2004. Contorols on modern alluvial fan processes in the centeral Alps, Northern Italy. Earth Surface Processes and Landforms, 29(3), 267-293.
  14. De Chant, L.; Pease, P.; Tchakerian, V. 1999. Modelling alluvial fan morphology. Earth Surface Processes and Landforms, 24(7), 641-652.
  15. Goorabi, A., Karimi, M. 2020. A new method to extract alluvial fans from DEM. Association of Quantitative Geomorphology. 1(3). 89-100.
  16. Goorabi, A., Yamani, M. 2012. Quantitative morphometric relationship between watersheds and alluvial fans in central Iran. Quantitative Geomorphological Research, 1(2). 1-16.
  17. Jamalabadi, J., zanganeh asadi, M., amirahmadi, A. 2018. Quantitative Relationships between the Volume of Alluvial Fans and ‎its Relation to Active Tectonics ‎(Case study: Alluvial Fans of Southern Slopes of Joghatay Mountains)‎. Geography and Environmental Planning, 29(3), 35-56. doi: 10.22108/gep.2018.98317.0
  18. Harvey, A.M. 1987. Alluvial Fan dessection: relationships between morphology and sedimentation. Geological Society, 35(1), 87-103. https://doi.org/doi.org/10.1144/GSL.SP.1987.035.01.07
  19. Harvey, A.M. 1992. The influence of sedimentary style on the morphology and development of alluvial fans. Israel Journal of Earth Science, 41, 123-137.
  20. Hashimoto, A.; Oguchi, T.; Hayakawa, Y.; Lin, Z.; Saito, K.; Wasklewicz, T. A. 2008. GIS analysis of depositional slope change at alluvial-fan toes in Japan and the American Southwest. Geomorphology, 100(1-2), 120-130. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2007.10.027
  21. Kayam, M.; Mokhtari Kashki, D. 2003. Analyzing tectonic activities based on alluvial fan morphometry. Geographical Research Quarterly. 44. 1-10.
  22. Maghsoudi, M., Bagheri, S., Mina'ee, M. 2009. Evaluation of Tectonic role on appearing and Change of Alluvial fans (Case Study of alluvial fan on the hillshade of Ghalajeh Synclinal). Journal of Geography and Regional Development, 7(12), -. doi: 10.22067/geography.v7i12.8930
  23. Milana, J. P.; Ruzycki, L. 1999. Alluvial fan slope as a function of sediment transport efficiency. Journal of Sedimentary Reasearch, 69(3), 553-562.
  24. Ohmori, H. 1991. Changes in the mathematical function type describing the longitudinal profile of river through an evolutionary process. Journal of Geology, 99(1), 97-100.
  25. Parker, G., Paola, C., Whipple, K., & Mohrig, D. 1998. Alluvial fans formed by channelized fluvial and sheet flow. I: Theory. Journal of Hydraulic engineering, 124(10), 985-995 .
  26. Ramesht, M., Seif, A., Shahzeidei, S., Entezarei, M. 2009. The Influence of Active Tectonic on Morphology of Derakhtangan Alluvial Fan of (Shahdad in Kerman). Geography and Development Iranian Journal, 7(16), 29-46. doi: 10.22111/gdij.2009.1174
  27. Saddough, H., Hoseinzadeh, M., Rezaee, K., Rahmani, I., Chezgheh, S. 2019. The Effects of Structural characteristics of Alluvial fans on mechanical and engineering properties of soil (Chitgar and Kan Alluvial fans). Quantitative Geomorphological Research, 7(3), 1-17.
  28. Saito, K.; Oguchi, T. 2005. Slope of alluvial fans in humid regions of Japan, Taiwan and the Philippines. Geomorphology, 70(1), 147-162. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2005.04.006
  29. Shayan, S. 2003. Geomorphic characteristics of GAMASIAB basin. Geographical Research Quarterly. 46. 99-113.
  30. stanistreet, I G; McCarthy, T.S. 1993. The Okavango Fan and the classification of subareial fan systems. Sedimentary Geology, 85(1-4), 115-133. https://doi.org/10.1016/0037-0738(93)90078-J
  31. Yamani, M., Maghsoudi, M., Ghassemi, M., Mohammadnejad, V. 2012. Morphologic and Morphometric Evidence for Active Tectonic Effects on Alluvial Fans in North Damghan. Physical Geography Research Quarterly, 44(2), 1-18. doi: 10.22059/jphgr.2012.29203
دوره 54، شماره 2
این شماره با همکاری و مشارکت «انجمن ایرانی ژئومورفولوژی» منتشر شده است، بدینوسیله از مشارکت این انجمن در «داوری مقالات» ، «معرفی داوران» و «دبیران تخصصی » و «شرکت در جلسات و نشست های مرتبط» تشکر می گردد.
مرداد 1401
صفحه 243-256
  • تاریخ دریافت: 06 فروردین 1401
  • تاریخ بازنگری: 09 خرداد 1401
  • تاریخ پذیرش: 06 مرداد 1401