مقایسه ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی رسوبات معلق و بستر رودخانه‌ روضه‌چای

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه علوم خاک دانشگاه ارومیه

2 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه علوم خاک دانشگاه ارومیه

3 استاد گروه علوم خاک دانشگاه ارومیه

چکیده

سابقه و هدف : رسوبات رودخانه‌ای از مهم‌ترین اجزای اکوسیستم‌های آبی هستند که نقش مهمی در چرخه‌ عناصر غذایی و همچنین انتقال آلاینده‌ها در سیستم‌های آبی دارند. رسوبات رودخانه‌ای بر حسب اندازه و همچنین رژیم جریان رودخانه می‌توانند به دو شکل بار بستر و یا معلق انتقال یابند. تعادل رسوبات با آب منفذی و همچنین جریان آب رودخانه، سبب می‌گردد تا ترکیب رسوبات به طور مستقیم کیفیت آب و فعالیت‌های بیولوژیکی در محیط‌های آبی را تحت تاثیر قرار دهد. آزاد شدن آلاینده‌های آلی و غیرآلی و همچنین عناصر غذایی مورد نیاز جانداران به طور عمده تابعی از ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی رسوبات بوده و آگاهی از این ویژگی‌های می‌تواند در مدیریت اصولی حوضه آبخیز موثر واقع شود. بر این اساس پژوهش حاضر با هدف بررسی و مقایسه‌ی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی رسوبات بستر و معلق رودخانه‌ی روضه‌چای در شهرستان ارومیه انجام شد.
مواد و روش‌ها: برای بررسی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی رسوبات تعداد 19 نمونه رسوب بستر شامل 6 نمونه از بخش بالادست رودخانه، 6 نمونه از بخش میانی و 7 نمونه از بخش پایین دست رودخانه و از عمق 5-0 سانتی‌متری تهیه شد. همچنین 6 نمونه رسوب معلق نیز در هنگام وقوع جریان سیلابی در امتداد رودخانه برداشته شد. نمونه‌ها به آزمایشگاه منتقل و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آن‌ها پس از عبور از الک 2000 میکرون تعیین گردید. از روش‌های خوشه‌بندی سلسله‌مراتبی و همچنین تجزیه به مؤلفه‌های اصلی به منظور گروه‌بندی رسوبات و تعیین موثرترین ویژگی-های آن‌ها استفاده شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که رسوبات بستر و معلق رودخانه به ترتیب حاوی مقادیر قابل توجهی از ذرات شن و سیلت هستند. میانگین مقدار سیلت و شن بسیارریز در رسوبات معلق به ترتیب برابر با 44 و 25 درصد بود در حالی که این مقادیر برای رسوبات بستر برابر با 8/15 و 5/15 درصد بود. با این حال رسوبات بستر به دلیل دارا بودن شن بیشتر، بافت درشت‌تری در مقایسه با رسوبات معلق داشتند. میانگین مقدار ماده‌ی آلی و هدایت الکتریکی در رسوبات بستر به ترتیب 7/1 و 5/2 برابر بیش از رسوبات معلق بود. ماده‌ی آلی و هدایت الکتریکی رسوبات بخش بالادست رودخانه به دلیل تخلیه فاضلاب‌های خانگی بیش‌‌تر از بخش‌های میانی و پایین دست بود. تجزیه به مؤلفه‌های اصلی و همچنین خوشه‌بندی سلسله‌مراتبی نشان داد که ماده‌ی آلی، هدایت الکتریکی و توزیع اندازه‌ی ذرات به عنوان تاثیر‌گذارترین ویژگی‌های رسوبات هستند.
نتیجه‌گیری: یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که تخلیه فاضلاب‌های خانگی به بستر رودخانه سبب انباشت مواد آلی و املاح در رسوبات بستر بالادست رودخانه شده و در نتیجه باعث می‌شود تا رسوبات این بخش از رودخانه از نظر ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی متفاوت با رسوبات بخش‌های میانی و پایین‌دست شوند. بنابراین کنترل ورود فاضلاب‌های خانگی در بالادست رودخانه از قدم‌های اولیه در مدیریت زیست‌محیطی رسوبات این رودخانه است. از سوی دیگر یافته‌های این پژوهش بر اساس خوشه‌بندی سلسله‌مراتبی و تحلیل مؤلفه‌های اصلی بر تفاوت بارز ویژگی‌های رسوبات بستر و معلق تاکید دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Comparison of the physical and chemical properties of the bed and suspended sediments of the Roze-Chay river

نویسندگان [English]

  • Farrokh Asadzadeh 1
  • Saman Jalalzadeh 2
  • Abbas Samadi 3
1
2
3
چکیده [English]

Background and objectives: River sediments are the major component of the aquatic ecosystems and play an important role in the nutrients cycle and contaminants transformation in river systems. Sediment particles are transported in the forms of the suspended and bed sediment depending on the river flow regime and the size distribution of the particles. Sediments in the river are in equilibrium with the pore water and river flow. Therefore, the composition of sediments strongly affects water quality and the biological activities in the aquatic systems. Release of the organic and inorganic contaminants and nutrients from the sediments to the river flow is mainly influenced by the physical and chemical properties of the sediments. Thus, understanding of the basic physical and chemical properties of river sediments is essential for sustainable management of the watershed. The aim of this study was evaluate and compare the physical and chemical properties of the suspended and bed sediments of the Roze-Chay river in the Urmia region.
Materials and methods: Total of the 19 bed sediments were collected along the river. Bed sediments were sampled from three parts of the river including up-stream (6 samples), mid-stream (6 samples), and down-stream (7 samples). In addition, six suspended sediments were sampled from the river during a flood event. Sediment samples were passed through a 2000 micron sieve and were analyzed for their basic physical and chemical properties. Hierarchical cluster analysis and principle component analysis were preformed for grouping the sediment samples and identifying the most effective properties of them.
Results: Results indicated that the sand and silt particles are very dominant in bed and suspended sediments, respectively. The average silt and very fine sand content in bed sediments were 15.8 and 15.5 percents, while the silt and very fine sand particles content in suspended sediments were 44 and 25 percent, respectively. However, bed sediment have coarse texture due to their higher sand content in comparison with suspended sediments. The average values of organic matter and electrical conductivity of bed sediments were 1.7 and 2.5 times greater than the suspended samples. The organic matter content in up-stream bed sediments were higher than the middle and downstream parts, which may due to the discharge of the domestic sewage in this part of the watershed. Principle component and the hierarchical cluster analysis showed that the organic matter, EC, and particle size distribution are the most effective properties of the sediments.
Conclusion: Discharge of the domestic sewage to the river bed may has led to the accumulation of the organic matter and soluble salts in the bed sediments of the upstream part. As a result, the basic physical and chemical properties of the upstream bed sediments are different from the middle and downstream parts. Preventing the entry of the sewage into the river bed especially at the upstream part has an essential role in sustainable management of the Roze-chay river ecosystem. Multivariate analysis of the sediment samples revealed that there was a significant difference between the properties of the suspended and bed sediments.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Selective deposition
  • River system
  • Organic matter
  • Particle size distribution

مراجع

1.Arfania, H., and Asadzadeh, F. 2016. Heavy metals bioavailablity (Zn, Cd, Ni, Cu and Pb) in
Sediments of Abshineh River. J. Soil Manage. Sust. Prod. 5: 4. 133-146. (In Persian)
2.Bermejo, J.S., Beltrán, R., and Ariza, J.G. 2003. Spatial variations of heavy metals
contamination in sediments from Odiel river (Southwest Spain). Environment International.
29: 1. 69-77.
3.Biesinger, J.C. 1973. Mineral and chemical content of the deep-water sediment sequences of
Bear Lake, Utah-Idaho. Soil Sci. Soc. Amer. J. 36: 4. 581-586.
4.Bortone, G., and Palumbo, L. 2007. Sustainable Management of Sediment Resources.
Sediment and Dredged Material Treatment. 2: 1-209.
5.Demir, T. 2003. Downstream changes in bed material size and shape characteristics in a small
upland stream: Cwm Treweryn in South Wales. Bulletin of Earth Sciences. 28: 33-47.
6.Dmitruk, U., Piašcik, M., Taboryska, B., and Dojlido, J. 2008. Persistent organic pollutants
(POPs) in bottom sediments of the Vistula River, Poland. CLEAN–Soil, Air, Water.
36: 2. 222-229.
7.Dinakaran, J., and Krishnayya, N.S.R. 2011. Variations in total organic carbon and grain size
distribution in ephemeral river sediments in western India. Inter. J. Sed. Res. 26: 2. 239-246.
8.Fedele, J.J., and Paola, C. 2007. Similarity solutions for fluvial sediment fining by selective
deposition. J. Geophysic. Res. 112: F0203. 1-13.
9.Han, L., Huang, S., Stanley, C.D., and Osborne, T.Z. 2011. Phosphorus Fractionation in
Core Sediments from Haihe River Mainstream, China. Soil and Sediment Contamination.
20: 1. 30-53.
10.He, Y., Xu, Z., Chen, C., Burton, J., Ma, Q., Ge, Y., and Xu, J. 2008. Using light fraction
and macroaggregate associated organic matters as early indicators for management-induced
changes in soil chemical and biological properties in adjacent native and plantation forests of
subtropical Australia. Geoderma. 147: 3. 116-125.
11.Hilscherova, K., Dusek, L., Kubik, V., Cupr, P., Hofman, J., Klanova, J., and Holoubek, I.
2007. Redistribution of organic pollutants in river sediments and alluvial soils related to
major floods. J. Soils Sed. 7: 3. 167-177.
12.Howari, F.M., and Banat, K.M. 2001. Assessment of Fe, Zn, Cd, Hg and Pb in the Jordan
and Yarmouk river sediments in relation to their physicochemical properties and sequential
extraction characterization. Water, Air and Soil Pollution. 132: 1-2. 43-59.
13.Hyland, J., Balthis, L., Karakassis, I., Magni, P., Petrov, A., Shine, J., Vestergaard, O., and
Warwick, R. 2005. Organic carbon content of sediments as an indicator of stress in the
marine benthos. Marine Ecology Progress Series. 295: 91-103.
14.Jalali, M., and Naderi-Peikam, E. 2013. Phosphorus sorption–desorption behaviour of river
bed sediments in the Abshineh river, Hamedan, Iran, related to their composition.
Environmental monitoring and assessment. 185: 1. 537-552.
15.Jalali, M. 2010. Phosphorus Fractionation in River Sediments, Hamadan,Western Iran.
Soil and Sediment Contamination. 19: 560-572.
16.Johnson, R.A., and Wichern, D.W. 1982. Applied multivariate statistical analysis. PrenticeHall Inc., Englewood Cliffs, SA, 590p.
17.Katsaounos, C.Z., Giokas, D.L., Leonardos, I.D., and Karayannis, M.I. 2007. Speciation of
phosphorus fractionation in river sediments by explanatory data analysis. Water Research.
41: 2. 406-418.
18.Kavian, A., Adineh, F., Vahabzadeh, G., and Khaledi-Darvishan, A. 2013. Spatial Variation
of Bedload Shape Characteristic towards Downstream Case Study: (Ghalesar Watershed,
Sari). J. Range Water. Manage. 66: 1. 131-144. (In Persian)
19.Khaledi-Darvishan, A.V., Sadeghi, S.H.R., Vafakhah, M., and Gholami, L. 2008. Recognition
of Effective Physical Characteristics of Watershed on Bed Sediment Morphometry
(Case study: Vaz River). Iran-Water Resources Research. 4: 1. 75-78. (In Persian)
20.McAleese, D.M., and McConaghy, S. 1957. Studies on the Basaltic soils of northern ireland:
II. Contributions from the sand, silt and clay separates to cation exchange capacity. J. Soil
Sci. 8: 1. 135-140.
21.McCauley, A., Jones, C., and Jacobsen, J. 2009. Soil pH and organic matter. Nutrient
management module. 8: 1-12.
22.Montgomery, D.R., Zabowski, D., Ugolini, F.C., Hallberg, R.O., and Spaltenstein, H. 2000.
Soils, watershed processes and marine sediments. International Geophysics. 72: 159-194.
23.Mosaffaie, J., Ekhtesasi, M.R., and Dastorani, M.T. 2015. Evaluation of Downstream Trends
in Sediment Morphometric Characteristics Affected by Hydrologic and Lithologic Controls
in Vartavan Catchment. Iran-Watershed Management Science and Engineering. 30: 23-30.
(In Persian)
24.Muskatirovic, J. 2008. Analysis of bedload transport characteristics of Idaho streams and
rivers. Earth Surface Processes and Landforms. 33: 11. 1757-1768.
25.Nguyen, L., and Sukias, J. 2002. Phosphorus fractions and retention in drainage ditch
sediments receiving surface runoff and subsurface drainage from agricultural catchments in
the North Island, New Zealand. Agriculture, Ecosystems and Environment. 92: 1. 49-69.
26.Rabení, C.F., Doisy, K.E., and Zweig, L.D. 2005. Stream invertebrate community functional
responses to deposited sediment. Aquatic Sciences. 67: 4. 395-402.
27.Rose, C.W. 2004. An introduction to the environmental physics of soil, water and
watersheds. Cambridge University Press, Cambridge, 454p.
28.Rowell, D.L. 1994. Soil science: Methods & applications. John Wiley & Sons, New York,
350p.
29.Sadeghi, S.H.R., Gharemahmudli, S., and Khaledi-Darvishan, A. 2014. Variability of
Amount and Particle Size Distribution and Morphometric Characteristics of Bed Loads Due
to Sand and Gravel Mining. J. Water Soil. 28: 1. 203-218. (In Persian)
30.Sadeghi, S.H.R., and Zakeri, M.A. 2014. Suspended sediment particle size distribution in
Kojour river. J. Water Soil Resour. Cons. 3: 2. 73-82. (In Persian)
31.Sadeghi, S.H.R., Kiani-Harchegani, M., and Yunesi, H.A. 2012. Suspended sediment
concentration and particle size distribution and their relationship with heavy metal content.
J. Earth Syst. Sci. 121: 1. 63-71.
32.Williams, J., Syers, J., Harris, R., and Armstrong, D. 1971. Fractionation of inorganic
phosphate in calcareous lake sediments. Soil Sci. Soc. Amer. J. 35: 2. 250-255.
33.Zhu, B., Wang, Z., and Zhang, X. 2012. Phosphorus fractions and release potential of ditch
sediments from different land uses in a small catchment of the upper Yangtze River. J. Soil
Sed. 12: 2. 278-290.
مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
دوره 24، شماره 2
خرداد 1396
صفحه 273-288

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار