برآورد تولید رسوب جاده با استفاده از تلفیق روش‌های نمونه‌گیری آماری با مدل WARSEM

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

10.22092/wmej.2015.107164

چکیده

در زمان احداث جاده ، ماشین‌آلات راهسازی آسیب شدیدی به پوشش گیاهی می‌زنند. با حذف پوشش طبیعی، عرصه به ویژه در جاده‌های کوهستانی دچار فرسایش تشدیدی می‌شود. این مسئله در ایران کمتر مورد توجه قرار گرفته است. یکی از مدل‌های معرفی شده برای کمّی‌سازی تولید رسوب ناشی از جاده، مدل WARSEM است که برای برآورد میزان متوسط سالیانه تولید رسوب در 12 کیلومتر جاده کوهستانی حوضه بالادست وردآورد، استان تهران، استفاده شد. پیش‌نیاز برآورد دقیق در هر مطالعه‌ای، جمع‌آوری اطلاعات کافی از تمام جامعه آماری (در اینجا طول جاده) است که زمان و هزینه زیادی می‌طلبد. یک راه جایگزین، کاربرد روش‌های نمونه‌گیری آماری است. با انتخاب و بررسی تعدادی عضو جامعه (در اینجا قطعه‌هایی از جاده) می‌توان با صرفه‌جویی در هزینه و زمان جمع‌آوری داده‌های صحرایی، تولید رسوب را برآورد کرد. ‌با این ملاحظات، در این پژوهش، ابتدا اندازه مناسب نمونه (تعداد قطعه جاده) با استفاده از معادله کوکران معادل 17 قطعه یکصد‌متری محاسبه و سپس، با استفاده از روش نمونه‌گیری سیستماتیک محل آن‌ها معین شد. در ادامه، عاملهای مورد نیاز مدل مانند عرض جاده، شیب دیواره‌ها، جنس سنگ‌ها و میزان پوشش سطحی در دو دیواره خاکبرداری و خاکریزی در محل قطعه‌های منتخب اندازه‌گیری و مقدار تولید رسوب برآورد شد. نتایج نشان داد که میزان تولید رسوب برآوردی توسط مدل تقریبا برابر 3384 تن در سال، معادل 157 تن بر هکتار در سال در محدوده تحت اثر جاده می‌باشد. از این میزان، 989 تن در سال مربوط به دیواره خاکبرداری و 2317 تن در سال نیز مربوط به دیواره خاکریزی است. همچنین، مشخص شد که سه عامل ارتفاع دیواره، پوشش سطحی و فرسایش‌پذیری سازند زمین‌شناسی منطقه، مؤثرترین عامل‌ها در تولید رسوب می‌باشد. اعتبارسنجی نتایج با استفاده از پارامتر خطای استاندارد برآورد کل، همچنین مقایسه با حجم واریزه پای دیواره خاکبرداری و آمار رسوب ارائه شده توسط سازمان راه و شهرسازی استان تهران انجام گرفت. نتایج نشان می‌دهد که به رغم بررسی حدود 14 درصد از طول جاده و صرفه‌جویی قابل توجه در زمان و هزینه، دقت آماری برآوردها مناسب است. با این‌ همه اختلافاتی بین نتایج به دست آمده و آمار رسوب مشاهده‌ای وجود دارد که مهمترین دلیل آن عدم سنخیت دوره مشاهده‌ای کوتاه با میانگین طولانی‌مدت رسوب برآوردی با مدل است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimation of sediment yield in roads by combining survey sampling design and WARSEM

چکیده [English]

Excavation and embankment machineries removes vegetation cover during construction of roads, which is resulted in accelerated erosion particularly in mountainous areas. This issue has received little attention in Iran so far. In this study, WARSEM model was used in order to quantify sediment production from 12 km road in Vard-Avarad’s upstream mountainous basin, Tehran providence. To achieve an accurate estimate in any study, collecting adequate data from all population (in this case the road) is prerequisite which resulting in an increase in both time and cost of the project. Survey sampling techniques can be used to reduce the time and cost  by studying a few elements (selected road segments) of the population (whole length of the road). As the first step, each 100 meters of road segments was considered as a sampling unit followed by determining the sample size equal to 17 using Cochran equation. In the next step, the selected road segments were located on the road by systematic sampling design and all model factors such as road width, gradient, lithology, surface cover of both cutslope and fillslope were measured. Sediment production was then estimated in each road segment using WARSEM model. The results showed that total annual sediment yield originated from roads is about 3384 ton (989 and 2137 ton from cutslope and fillslope respectively) and specific average load is 157 ton/ha/yr. The findings demonstrate the importance of three factors including surface cover, height of slope, erodibility of geologic formations compared to the other factors. The validation of results was tested based on standard error of estimates, comparison to the volume of debris in the foot of cutslopes and the amount of sediment excavation conducted by Tehran Roads and Urban Development Organization. The relatively low standard error of estimations and the lower cost and time spent as well suggest the privileged performance of sampling design in estimating of sediment yield despite studying only about 14% of the road length. The remained differences between the observed and estimated sediment can be explained by considering the short period of observations compared to the long-term average of sediment yield calculated by the model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • road erosion
  • sediment yield
  • WARSEM
  • sampling design