بررسی جابه‌جایی جانبی مجرای رودخانۀ ارس از سال 1379 تا 1393 (از 15 کیلومتری غرب شهر اصلاندوز تا خروج رودخانه از محدودۀ سیاسی ایران)

- مقدمه

سیستم رودخانه­ای به­صورت پیش­رونده^[1] در طی زمان زمین­شناسی، درنتیجۀ فرایندهای عادی فرسایش و رسوب­گذاری تغییر می­کند و نسبت به تغییرات اقلیم، سطح اساس، تکتونیک و تأثیر ات انسانی پاسخ می‌دهد. ازاین‌رو، درطی زمان، تغییرات قابل ملاحظه‌ای در مورفولوژی و دینامیک سیستم رودخانه‌ صورت می‌گیرد (Kondolf and Piegay, 2003:105)؛ بنابراین، رودخانه­ها در ابعاد عمودی، جانبی و کلی[2] دست­خوش تغییر می­شوند (Fryirs andBrierley, 2013: 205). تغییر و دگرگونی مستمر، از اصول حاکم بر هر رودخانه­ای است که همگام با حرکت و جاری شدن آب و رسوب در بستر آن، تغییر و جابه‌جایی در سایر مشخصات هندسی رودخانه به‌وقوع می­پیوندد (معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی، 1391: 1). خودتنظیمی^[3] و تغییرپذیری^[4] مجرای رودخانه­ها ممکن است خطرهایی برای انسان‌ها به‌صورت سیلاب­ها، فرسایش کناره یا آبشستگی بستر ایجاد کنند (Wohl, 2004: 29). لوین^[5] (1977) تغییرات مجرا را به دو نوع تغییرات درو­­ن­زاد^[6] و تغییرات برون­زاد^[7] تقسیم­بندی می­کند. تغییرات درون­زاد به‌صورت ذاتی در رژیم رودخانه وجود دارند که می­توان به تغییر مسیر^[8]، مهاجرت مجرا^[9] و میان‌بُرها^[10] اشاره کرد. تغییرات برون­زاد، مواردی هستند که در پاسخ به تغییرات سیستم ازجمله نوسانات اقلیمی و تغییر بار رسوب یا دبی درنتیجۀ فعالیت­های انسانی به‌وجود می­آیند (Garde, 2006: 315).

مطالعۀ تغییرات تاریخی کانال، بخش مهمی از شناخت سیستم­های رودخانه­ای است. فقط‌ به‌واسطۀ شناخت گذشته می‌توان تغییرات اخیر و مداوم در شکل کانال را بررسی و اقدام به تحلیل عوامل پیچیده‌ای کرد‌ که بر ماهیت رودخانه‌های امروزی‌ تأثیر می‌گذارند (Winterbottom, 2000: 195-208). در میان روش­های موجود، رویکردهای مبتنی بر تفسیر عکس­ها و تصاویر تاریخی مزایایی ازقبیل زمان، هزینه، اثرات مقیاس و کارایی عملی را نشان داده­اند. در حقیقت، منابع اطلاعات تاریخی شامل نقشه­ها، عکس­های هوایی، تصاویر ماهواره­ای و مساحی­های مقاطع عرضی، گنجینه­ای از اطلاعات برای پژوهش‌های ژئومورفولوژیکی و زیربنای بسیاری از مطالعات در مورد تغییر مجرای رودخانه هستند‌ (Aswathy et al, 2007: 173–180,Heo et al.,2009: 155-165). داده­های مربوط به مورفولوژی رودخانه اطلاعاتی را شامل می‌شود که پلا­ن­فرم (شکل مسطحاتی)، شکل مقاطع عرضی و نیمرخ طولی کانال رودخانه را تعریف می‌کند. همچنین، شامل اطلاعاتی دربارۀ دشت­سیلابی ازقبیل عرض، شیب و عوارضی همچون تراس­هاست. در مقیاس بزرگتر، اطلاعات مورفولوژیکی به تعاریف شبکۀ رودخانه و حوضۀ زهکشی تعمیم داده می­شود. بسیاری از داده­های مورفولوژیکی از روی نقشه­های توپوگرافی موجود، عکس­های هوایی و به‌صورت روزافزونی داده­های سنجش از دور استخراج می­شوند (Sear et al.,2003: 22). در این پژوهش، جابه‌جایی جانبی بخشی از مجرای رودخانۀ ارس از 15‌کیلومتری غرب شهر اصلاندوز تا خروج رودخانه از محدودۀ سیاسی ایران‌ بررسی شده است. این رودخانه علاوه بر اهمیت فراوانی که در رابطه با تأمین آب بخش­هایی از مناطق شمال­غرب کشور دارد، در مسافت­های زیادی خط مرزی ایران با کشورهای آذربایجان و ارمنستان را ترسیم می­کند و درنتیجه پژوهش در زمینۀ تغییرات جانبی رودخانه ضرورت می­یابد.

در خصوص پیشینۀ پژوهش، منابعی غنی در دسترس است. دانشمندان شاغل در سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده، مورفولوژی کوتاه­مدت کانال­های رودخانه را ‌مطالعه کردند که ازجمله می­توان به لانگبین[11]، لئوپلد[12] و ولمن[13] اشاره کرد. شوم[14]، موسلی[15] و ویور[16] سیستم­های رودخانه­ای را ‌مطالعه‌ کردند و آزمایشاتی را در محیط­های آزمایشگاهی برای مطالعۀ مورفولوژی رودخانه انجام دادند. آلن[17] کارهای گسترده­ای درخصوص ویژگی­ها و طبقه­بندی اشکال بستر و ساختمان­های رسوبی با درنظرگرفتن دلتاها، مئاندرها و دشت­های سیلابی انجام داده است. پژوهشگران بسیاری از جمله گرگوری[18]، لوین، بیکر[19] و استارکل[20] اثرات اقلیم و هیدرولوژی دیرینه را بر روی کانال­های رودخانه بررسی کردند (Garde,2006: 9). ارشد و همکاران (1386)، روند تغییرات مورفولوژیکی بخشی از رودخانۀ کارون را براساس تصاویر ماهواره­ای مطالعه کردند. یمانی و همکاران (1389)، عوامل ژئومورفولوژیک مؤثر بر تغییرات بستر بخش میانی رودخانۀ اترک و دامنۀ این تغییرات را تحلیل کردند. رضایی­مقدم و همکاران (1391) با استفاده از هندسه فراکتال به تحلیل تغییرات الگوی هندسی بخشی از رودخانۀ قزل­اوزن پرداختند. نتایج این پژوهش نشان داد، الگوی هندسی رودخانه در هر سه بازه، خاصیت فراکتالی دارد و بنابراین، تغییرات الگوی هندسی رودخانه در سال­های مختلف، با هندسه فراکتال تحلیل می‌شود. رضایی­مقدم و همکاران (1391)، به بررسی نقش عوامل ژئومورفیک و زمین­شناختی بر شکل هندسی رودخانۀ قزل­اوزن و علل خمیدگی بستر در بازه دشتی و کوهستانی پرداختند. نتیجۀ این پژوهش نشان داد، طول زیاد رودخانه و عبور از تشکیلات مارنی و فرسایش­پذیر، باعث شده است که هندسۀ رودخانه در بازه دشتی به‌شدت با تأثیر از لیتولوژی بستر شکل بگیرد و فرسایش کناری و توان رودخانه نقش عمده در مئاندری‌شدن رودخانه داشته باشد. در بازه کوهستانی مسائل زمین­ساختی‌ اهمیت دارد. یمانی و فخری (1391) در پژوهشی، تغییرات مجرای رودخانۀ جگین در سطح جلگۀ ساحلی مکران را‌ بررسی کردند. ویژگی­های ژئومورفولوژیکی و هیدرودینامیکی مسیر این رودخانه از جمله شیب کم دلتا، ریزدانه بودن رسوبات، طغیانی‌بودن رودخانه و عوامل تکتونیکی، از عوامل اصلی ناپایداری مجرای رودخانۀ جگین هستند. رضائی­مقدم و پیروزی­نژاد (1393) به بررسی تغییرات مجرا و فرسایش کناره در رودخانۀ گاماسیاب پرداختند و به این نتیجه رسیدند که سطوح فرسایش­یافته در رودخانۀ گاماسیاب بیشتر از سطوح رسوب­گذاری‌شده است و این به دلیل جابه‌جایی و تغییر مسیر رودخانه بوده است؛ به‌طوری‌که رودخانه در بعضی از قسمت­ها بیش از 400 متر جابه‌جایی داشته است.

1-1- منطقۀ مورد مطالعه

منطقۀ مورد مطالعه، بازه­ای از رودخانۀ ارس به طول 5/91 کیلومتر در محدودۀ بین 15 کیلومتری غرب شهر اصلاندوز تا خروج رودخانه از محدودۀ سیاسی ایران است (شکل1). این منطقه با مختصات جغرافیایی ̋00´22 ˚39 تا ̋40  ́42 ˚39 عرض شمالی و ̋30  ́15˚47 تا ̋30 ́59 ˚47 طول شرقی در امتداد نوار مرزی ایران و آذربایجان واقع شده است. رودخانۀ ارس یکی از مهم‌ترین رودخانه‌های مرزی ایران است. این رودخانه از ارتفاعات بین­گؤل­داغ ترکیه سرچشمه گرفته است و پس از پیمودن مسافتی درحدود 1000 کیلومتر به رود کورا و در نهایت به دریای خزر می‌ریزد. این رودخانه بیش از 400 کیلومتر از مرز مشترک ایران با جمهوری­های آذربایجان و ارمنستان را ترسیم می­کند.

شکل1- موقعیت منطقۀ مورد مطالعه در شمال غرب کشور

1-2- مواد و روش­ها

نقشه­های توپوگرافی مقیاس 1:50000، تصویر مدل رقومی ارتفاع (DEM) با قدرت تفکیک تقریباً 28 متر مربوط به ماهواره استر[21] و تصاویر ماهواره­ای شامل تصاویر سنجنده ETM+ ماهواره لندست 7 (مربوط به تابستان 2000م) و تصاویر سنجنده OLIماهواره لندست 8 (مربوط به تابستان سال 2014م) مهم‌ترین مواد این پژوهش هستند. مجرای بازۀ مورد مطالعه از رودخانۀ ارس برای دو دورۀ زمانی 2000 و 2014 میلادی از طریق پردازش تصاویر ماهواره­ای حاصل شد. در این زمینه، روش­های مختلفی برای تفکیک آب از سایر عوارض وجود دارد که از جمله می­توان به تبدیل تسلدکپ[22]، تحلیل مؤلفه­های اصلی[23] و استفاده از شاخص­های مختلفی مانند تفاضل پوشش گیاهی نرمال‌شده^[24] (NDVI)، شاخص آب[25] (WI)، شاخص تفاضل آب نرمال شده^[26] (NDWI) و شاخص اصلاحی تفاضل آب نرمال­شده[27] (MNDWI) اشاره کرد (Xu, 2007: 1381-1391, Pires-Luiz & Maillard, 2010: 463-468, Xu, 2006: 3025-3033 ) (شکل2):

در روابط بالا NIR یک باند مادون قرمز نزدیک؛ MIR یک باند مادون قرمز میانی؛ Red باند قرمز؛ Green باند سبز و B_i شمارۀ باند در تصاویر ETM+ است.

قبل از اعمال نسبت­های باندی برای استخراج شاخص­های فوق، باندهای موردنیاز با استفاده از باند پانکروماتیک تصاویر لندست با قدرت تفکیک 15 متر (باند8) شارپ[28] شدند. برای انتخاب بهترین شاخص، از تصویر Google Earth منطقه با قدرت تفکیک بسیار بالا (کمتر از 50 سانتی­متر) استفاده شد‌ که در این میان، شاخص WIبهترین تفکیک را انجام داد و درنتیجه، مبنای استخراج مجرا قرار گرفت. به دو دلیل عمده، استفاده از تصاویر ماهواره­ای لندست برای بررسی جابه‌جایی عرضی مجرای بازۀ مورد مطالعه از رودخانۀ ارس مناسب هستند: نخست اینکه، عرض مجرای رودخانۀ ارس در بازۀ مورد مطالعه در بیشتر قسمت­ها بیش از 85 متر است. به‌طوری‌که، مقایسۀ خطوط کناره استخراج‌شده از شاخص WI مربوط به سال 2014 با تصویر گوگل­ارث منطقه (در قسمت‌هایی که تغییرات اندکی بین فاصله زمانی دوساله اتفاق افتاده) نشان­دهندۀ انطباق نسبتاً خوب خطوط کناره مجرا با تصویر گوگل­ارث است. به‌خصوص، در قسمت­های عریض‌تر مجرا، دقت­های نسبتاً بالایی دیده می­شود؛ دوم اینکه، میزان جابه‌جایی عرضی مجرای بازۀ مورد مطالعه بسیار چشمگیر است که خود را به‌صورت ایجاد میان­بُرها و تغییر مسیر نشان داده است. به‌طوری‌که، کانال­های متروک و نعل‌اسبی در حاشیۀ مجرا بسیار معمول است که در شرایط مناسب، دریاچه­های نعل­اسبی نیز تشکیل شده است (برای مثال در شکل 3 در تصاویر C و D دریاچه­های نعل­اسبی به‌دلیل وجود آب، به‌صورت سفیدرنگ دیده می‌شوند). بنابراین، به‌دلیل عریض‌بودن و پویایی زیاد مجرا، استفاده از این تصاویر پاسخگوی اهدف پژوهش هستند. جابه‌جایی جانبی مجرای رودخانۀ ارس در بازۀ مورد مطالعه، یکی از مهم‌ترین مسائل و مشکلات منطقه محسوب می­شود، به‌طوری‌که در بازه‌های مختلف این رودخانه، صحبت از ده­ها و حتی صدها متر جابه‌جایی مجرا فقط در طی چند سال است. درواقع، دلیل اصلی انتخاب بازه زمانی کوتاه‌مدت این پژوهش هم مربوط به این مسأله بوده است . برای نمونه، در شکل (3)، میزان جابه‌جایی مجرا در برخی بازه­ها در طی دو دورۀ زمانی نشان داده شده است. میزان جابه‌جایی مجرا در برخی از این تصاویر بین 500 تا بیش از 1000 متر می­باشد؛ حتی در مواردی که میزان جابه‌جایی کم بوده، توسعه و پیشروی مئاندرها به وضوح قابل تشخیص است. 

شکل 2- بارزسازی مجرای رودخانه با استفاده از شاخص­های مختلف در محدودۀ ترانسکت­های 17 تا 20

روش­های مختلفی برای بررسی تغییرات و جابه‌جایی­های صورت‌گرفته در مجرای رودخانه وجود دارد که می­توان به تحلیل پلیگون[29]، روش شعاع انحنا[30] و روش ترانسکت[31] اشاره کرد (Rapp &Abbe, 2003., Giardino & Lee, 2011). در این پژوهش، با توجه به روش ترانسکت، خطوطی با فواصل مشخص از هر دو طرف مجرا به‌عنوان خطوط مبنا ترسیم شد. این خطوط برای دوره­های زمانی مورد مطالعه ثابت بود‌ و ازاین‌رو می­توان جابه‌جایی­های مجرا نسبت به این خطوط را به صورت کمّی محاسبه کرد. هنگامی‌که مجرا در جهت راست (به سمت ایران) جابه‌جا شود، مساحت ترانسکت سمت راست مجرا کاهش پیدا می‌کند و بر مساحت ترانسکت سمت چپ مجرا (طرف آذربایجان) افزوده می­شود و برعکس. در این پژوهش، مجرای بازۀ مورد مطالعه از رودخانۀ ارس براساس مورفولوژی و روند تغییرات مجرا به 21 ترانسکت تقسیم­بندی‌ (شکل4) و شاخص­های کمّی برای هر ترانسکت محاسبه شد.

شکل3- جابه‌جایی­های چشمگیر در قسمت­های مختلف مجرای رودخانۀ ارس درنتیجۀ مهاجرت مئاندرها، ایجاد میان­بُرها و تغییر مسیر مجرا در دو دورۀ زمانی 2000 و 2014م؛ در دو تصویر F، مجرای رودخانۀ حاصل از شاخص WIو تصویر GoogleEarth با فاصلۀ زمانی دوساله مقایسه شده است (اختلافات زیاد عرض مجرا در تصاویر به‌دلیل نمایش تصاویر با مقیاس­های مختلف است).

برای تحلیل شکل مسطحاتی[32] رودخانه، از دو شاخص ضریب خمیدگی و زاویه مرکزی استفاده شد. ضریب خمیدگی یک رودخانه نسبت طول رودخانه (در امتداد مرکز کانال یا خط‌القعر) به طول دره­ای است که رودخانه در آن جریان دارد و با استفاده از رابطۀ زیر برای هر قوس تعیین می­شود (مقصودی و همکاران، 1389: 294-275 و رضایی‌مقدم و همکاران، 1391: 102-85):

که در این رابطه: Lطول آبراهه وλ طول موج مئاندر است.

زاویۀ مرکزی کورنیس[33]، معیاری برای تقسیم‌بندی و شناسایی میزان توسعه مئاندری یک رودخانه است. این ضریب‌ به دو روش محاسبه می‌شود؛ در روش اول با در اختیار‌داشتن طول قوس و شعاع خمیدگی با استفاده از رابطۀ زیر‌، زاویۀ مرکزی قوس‌ اندازه‌گیری می‌شود:

در این رابطهAزاویۀ مرکزی، Lطول قوس و R شعاع خمیدگی است. در روش دوم بر اساس دوایر مماس بر قوس‌ها،‌ زاویه مرکزی‌ اندازه‌گیری می‌شود. برای این کار، ابتدا نقاط عطف قوس‌ها را مشخص‌‌ و سپس از مرکز دوایر مماس بر قوس، خطوطی را بر نقاط عطف عمود کرده و زاویه مرکزی قوس‌ها محاسبه می‌شود (اسماعیلی و همکاران، 1390: 111). درنهایت، متوسط آهنگ مهاجرت مجرا در طی 14 سال گذشته محاسبه شد. سه روش برای پیش­بینی مهاجرت مئاندر وجود دارد: شیوه‌های همپوشانی دستی، شیوه‌هایی که با کامپیوتر پشتیبانی می­شوند‌ و شیوه­های اندازه­گیری و برون­یابی^[34] مبتنی بر سیستم اطلاعات جغرافیایی. در این میان، شیوه‌­های مبتنی بر GIS به‌واسطۀ استفاده از نقشه­برداری دیجیتال و فناوری پایگاه داده حاصل شده است. اندازه­گیری دیجیتال و تحلیل فضایی در GIS، برای اندازه­گیری شعاع خم، مرکز ثقل خم، عرض کانال، طول موج خم و ... به‌کار گرفته می‌شود (Heo et al, 2008:155-165). به این دلیل، در مطالعۀ کنونی، شیوه‌‌های مبتنی بر GIS برای ارزیابی تاریخی و پیش­بینی مهاجرت خم‌ استفاده قرار می‌شود. برای محاسبۀ آهنگ جابه‌جایی کانال‌ از رابطۀ زیر استفاده می‌شود (Giardino & Lee, 2011: 8., Shields et al, 2000: 54-66., Magdaleno and Yuste, 2011: 197-207):

که در آن: R_mآهنگ مهاجرت؛ A مساحت موجود بین دو خط مرکزی کانال؛ L طول خط مرکزی کانال در زمان t₁؛ و y تعداد سال است. در این زمینه، برای افزایش دقت کار در رابطه با محاسبۀ خط مرکزی مجرا و سایر محاسبات از افزونه[35] Platform Statistics (Lauer, 2006) کمک گرفته شد.

2- یافته­های پژوهش

2-1- شکل مسطحاتی مجرا

یکی از مهم‌ترین ویژگی­های کانال رودخانه پلان­فرم یا شکل مسطحاتی آن است. پلان­فرم مشخص­کنندۀ نوع فرایندهای حاکم بر مجرای رودخانه است؛ برای نمونه، یک مجرای گیسوئی نشان­دهندۀ نرخ­های بالای انتقال رسوب و ذخیرۀ محلی در کانال رودخانه است (Sear et al, 2003: 60). پلان­فرم کانال براساس طول کل کانال در واحد طول دره (سینوزیته) و میزان یا درجه تقسیم کانال معمولاً به چهار نوع مستقیم[36]، مئاندری[37]، گیسوئی[38] و شریانی[39] طبقه­بندی می‌شود. به‌طور طبیعی، کانال­های مستقیم بازه­های نسبتاً کوتاهی از یک شبکه رودخانه را در برمی­گیرند، درصورتی‌که سایر انواع کانال­ها ممکن است تا چندین کیلومتر امتداد داشته باشند (Sear et al, 2003: 61). کانال­های مئاندری از طریق مجموعه­ای از خم­ها[40] و مقاطع سینوسی مشخص می­شوند. اگر‌چه پلان­فرم ممکن است مئاندری باشد، اما این بدین معنی نیست که رودخانه به‌طور فعال درحال فرسایش خم­های خارجی و مهاجرت در دشت سیلابی است. از این نظر، کانال­های مئاندری بسته به میزان فرسایش کناره و حرکت جانبی می­توانند به دو نوع مئاندریفعال و مئاندری غیرفعال تقسیم­بندی شوند (Sear et al, 2003: 62). همچنان‌که اشاره شد، بازه مورد مطالعه از رودخانۀ ارس براساس تغییرات مورفولوژیکی مجرا به 21 ترانسکت تقسیم­بندی شد (شکل 4). رودخانه ‌از منظر ژئومورفولوژی منطقه نیز‌ به دو بازۀ کوهستانی با دشت سیلابی توسعه‌یافته (از ترانسکت1 تا ترانسکت 15) به طول تقریبی 59 کیلومتر و بازۀ دشت (از ترانسکت16 تا انتها) به طول تقریبی 5/32 کیلومتر تقسیم­بندی می‌شود. در حالت کلی، بازۀ مورد مطالعه از رودخانۀ ارس عمدتاً از الگوی مئاندری تبعیت می‌کند، با این حال، در بعضی از ترانسکت­ها گرایش به الگوی مستقیم نیز دیده می­شود، اما الگوی مستقیم دوام چندانی نمی­یابد و پس از طی مسافتی نسبتاً کوتاه، دوباره خم­هایی در رودخانه ایجاد می­شود. با توجه به بررسی­های صورت‌گرفته، الگوهای مئاندری مجرای رودخانه از نوع مئاندری فعال هستند و شکل‎گیری مئاندرهای جدید، مهاجرت مئاندرها در نتیجه فرسایش کناره و ایجاد میان­بُرها به کرّات و با آهنگ نسبتاً بالایی صورت می­گیرد. رودخانۀ ارس در بازۀ کوهستانی از طرف کشور آذربایجان چهار شعبۀ مهم دریافت می­کند؛ اما از طرف ایران انشعاب مهمی که توانسته تا حدی بر روی خط­السیر مجرا تأثیر‌گذار باشد، رودخانۀ دره­رود (قره­سو) است که در محل ترانسکت شمارۀ 4 به رودخانۀ ارس می­پیوندد. اگر یک انشعاب کوچک باشد، تأثیرات آن بر روی مجرای اصلی اندک خواهد بود‌ و احتمالاً منجر به افزایش جزئی در پهنا و عمق کانال می­شود؛ اما، اگر انشعاب پرشیب یا بزرگ باشد، تأثیرات مختلفی از افزایش قابل­توجه پهنا و عمق گرفته تا تغییر شکل یعنی تغییر کامل خصیصه مجرا‌ درپی دارد (Schumm, 2005:104). ‌در منطقۀ مورد مطالعه با توجه به توان زیاد مجرای رود ارس، تأثیر ‌تلاقی­ها به‌صورت انحراف خط­السیر مجرا به‌واسطۀ شکل­گیری مخروط­افکنه­ها ظاهر شده است. هرچند برخی از تغییر مسیرهای مجرا را می­توان به تأثیر  تلاقی­ها نسبت داد.

شکل 4- محدودۀ ترانسکت­ها، شیب، ارتفاع و آهنگ جابه‌جایی مجرا در بازۀ مورد مطالعه از رودخانۀ ارس (ایجاد میان‌بُرهای فراوان و تغییرمسیر مجرا باعث شده است که مقدار جابه‌جایی مجرا در طی دورۀ زمانی مورد مطالعه زیاد باشد)

برای بررسی کمّی پلان­فرم مجرا از دو شاخص ضریب خمیدگی و زاویۀ مرکزی استفاده شد و پلان‌فرم مجرای رودخانه براساس طبقه­بندی این ضرایب تحلیل شد (جداول 1 و 2).

جدول 1- تقسیم‌بندی الگوی رودخانه بر اساس ضریب خمیدگی (تلوری، 1377)

جدول2- میزان توسعۀ قوس­های مئاندر براساس اندازۀ زاویۀ مرکزی (اسماعیلی و همکاران، 1390: 112، مقصودی و همکاران، 1389: 294-275، یمانی و همکاران، 1390: 143-125).

مقادیر ضریب خمیدگی در جدول (3) و نمودار میانگین ضریب خمیدگی مجرا در محدودۀ هر ترانسکت در شکل (5) نشان داده شده است. با توجه به این موارد، بیشترین مقدار ضریب خمیدگی برای سال 2000 با مقدار 9/1 مربوط به ترانسکت 4 است؛ اما تا سال 2014 به‌دلیل رخداد تغییر مسیر، مقدار آن کاهش یافته و به 5/1 رسیده است و بعد از ترانسکت 18 با مقدار 6/1 در مرتبۀ دوم قرار گرفته است. در 12 ترانسکت، میزان ضریب خمیدگی در سال 2014 نسبت به سال 2000 افزایش نشان می­دهد که بیشترین میزان افزایش مربوط به ترانسکت 17 است. کاهش در میزان ضریب خمیدگی را می­توان به ایجاد میان­بُر یا تغییر مسیر مجرای رودخانه نسبت داد. از ترانسکت 1 تا 15، یعنی بازۀ کوهستانی الگوی رودخانه به‌تناوب از مئاندری به سینوسی و برعکس تبدیل شده است؛ اما از ترانسکت 16 تا 21 یا بازۀ دشت الگوی رودخانه در هر دو دورۀ مئاندری است.

شکل 5- میانگین ضریب خمیدگی بازۀ مورد مطالعه از رودخانۀ ارس در محدودۀ هر ترانسکت

بررسی تغییرات زاویۀ مرکزی در طی دو دورۀ زمانی مورد مطالعه، به نحو آشکارتری روند تغییرات عرضی مجرای رودخانه را نشان می­دهد (شکل 7 و جدول 3). در این رابطه دایره­هایی به خم­های مجرا برازش‌ (شکل 6) و زاویه مرکزی (کورنیس) محاسبه شد. در سال 2000، تعداد کل قوس­های مجرای رودخانه بالغ بر 95 قوس بود که تا سال 2014 به‌علت ایجاد میان­بُر به 89 قوس کاهش یافت‌. در سال 2000، به استثنای پنج ترانسکت، بقیۀ ترانسکت­ها از نوع مئاندری توسعه‌یافته هستند که تا سال 2014 سه مورد از این ترانسکت­ها نیز به نوع مئاندری توسعه‌یافته تبدیل شده­اند. همچنان‌که به‌روشنی در شکل (7) قابل مشاهده است؛ میانگین زاویه مرکزی بیشتر ترانسکت‌ها، روند افزایشی را نسبت به سال 2000 نشان می­دهد. این امر نشان‌دهندۀ فعال‌بودن مئاندرهای مجرای رودخانه و مهاجرت مئاندرها در دشت سیلابی به دلیل فرسایش کنارۀ مقعر است. کاهش زاویه مرکزی در برخی ترانسکت­ها را می­توان به ایجاد میان­بُرها نسبت داد که خود ناشی از مهاجرت مئاندرهاست.

شکل 6- برازش دوایر به خم­های مجرا (ترانسکت 16)

بنابراین، مجرای مورد مطالعه از رودخانۀ ارس را برای هر دو دورۀ زمانی باید از نوع مئاندری توسعه‌یافته در نظر گرفت که با آهنگ نسبتاً بالایی در حال تحول است؛ به‌طوری‌که کاهش یا افزایش ضریب خمیدگی و زاویه مرکزی را می­توان به تحولات عادی رودخانه­های مئاندری (فرسایش کنارۀ مقعر، ایجاد میان­بُر و تغییر مسیر مجرا) نسبت داد. همچنان‌که آثار بسیار زیادی از میان­بُرها و کانال­های متروک بر روی تصاویر ماهواره­ای قابل مشاهده است که نشان­دهندۀ تحولات گذشتۀ رودخانه است (شکل­های 2 و 3). از طرف دیگر، رشته­کوه­های دو طرف مجرا تأثیر‌اتی را بر روی مجرا گذاشته‌اند. این تأثیر‌ات در وهلۀ نخست، به‌صورت انحراف مسیر مجرا قابل مشاهده است. در بازۀ کوهستانی، با توجه به دخالت عوامل محلی مانند میزان شیب، تأثیر‌ تلاقی­ها و مقاوم یا فرسایش­پذیر‌ بودن مواد کناره، بازه­های متمایل به مستقیم مانند ترانسکت­های شمارۀ 3 و 9 با مقدار سینوزیته نزدیک به 1 برای هر دورۀ زمانی دیده می­شود و در واقع کمترین میزان تغییرات مجرا نیز در این ترانسکت­ها رخ داده است. در همین قسمت، بازه­های مئاندری نیز بسیار مشخص است، مثل ترانسکت شمارۀ 4 که از نوع مئاندری توسعه‌یافته است؛ اما در بازۀ دشت یعنی از ابتدای ترانسکت 16 تا انتهای رودخانۀ ارس در خاک ایران، مجرا کاملاً از الگوی مئاندری توسعه‌یافته تبعیت می­کند. در این محدوده شیب آبراهه ‌به‌صورت یکنواخت کاهش می­یابد و بین 2 تا 3 درصد می­شود.

شکل 7- میانگین زاویۀ مرکزی قوس­های بازۀ مورد مطالعه از رودخانۀ ارس در محدودۀ هر ترانسکت

جدول 3- مقادیر مربوط به شاخص­های کمّی مجرای رودخانه

ادامۀ جدول 3- مقادیر مربوط به شاخص­های کمّی مجرای رودخانه

2-2- بررسی کمّی تغییرات جانبی مجرا

میانگین آهنگ مهاجرت مجرای بازۀ مورد مطالعه از رودخانۀ ارس در حدود 8 متر است که رقم چشمگیری است و از این نظر به احتمال زیاد پویاترین رودخانۀ شمال­غرب کشور و یکی از پویاترین رودخانه­های ایران است. در هر یک از ترانسکت­ها، میانگین آهنگ مهاجرت به‌صورت جداگانه محاسبه شد (جدول 3). در شکل (8) روش محاسبۀ آهنگ مهاجرت مجرا در بخشی از ترانسکت 16 نشان داده شده است. بیشترین مقدار میانگین جابه‌جایی جانبی مجرا با مقدار بسیار قابل­ توجه 7/24 متر، مربوط به ترانسکت شمارۀ 13 است که نتیجۀ آن افزوده‌شدن بیش از 97 هکتار زمین به طرف ایران و به همین نسبت از دست رفتن زمین از طرف ج.آذربایجان است. در این ترانسکت، رودخانه از یک‌طرف از نوع مئاندری توسعه‌یافته است و در طی دورۀ مورد مطالعه، چندین میان­بُر ایجاد شده است و از طرف دیگر، در این ترانسکت در طی دورۀ مورد مطالعه تغییرمسیر مجرا (به‌طول حدود 2 کیلومتر) اتفاق افتاده است. با مقایسۀ مقادیر میانگین زاویۀ مرکزی و آهنگ مهاجرت مجرا، در ترانسکت­هایی که پلان­فرم رودخانه از نوع مئاندری توسعه‌یافته است (مانند ترانسکت شمارۀ 4، 13، 16)، به‌دلیل ایجاد میان­بُر و تغییرمسیر، مجرا از آهنگ جابه‌جایی بالاتری برخوردار بوده است؛‌ اما در ترانسکت­های محدودی که در آن مسیر رودخانه گرایش به یک الگوی مستقیم دارد (مانند ترانسکت­های 3 و 9) یعنی دارای مقادیر ضریب خمیدگی و زاویۀ مرکزی کمتری هستند، میزان جابه‌جایی نیز کمتر بوده است.

شکل8- روش محاسبۀ آهنگ مهاجرت مجرا (قسمتی از ترانسکت 16)

در منطقۀ مورد مطالعه، تغییرات مجرا با توجه به روند گذشته به سه دلیل عمده اتفاق افتاده است: 1- مهاجرت مجرا در دشت سیلابی به‌واسطۀ فرسایش کناره مقعّر حلقه­های[42] مئاندرها که با توجه به شرایط محلی از شدت و ضعف برخوردار بوده است، 2- ایجاد میان­بُرها به‌واسطۀ پیشروی و نزدیک‌شدن پایه مئاندرها، که آثار آن به‌صورت کانال­های متروک قابل مشاهده است (برای نمونه، شکل­های 9 و 10)، و 3- تغییر مسیر[43] بخشی از مجرای رودخانه که به‌عنوان نمونه باید به ترانسکت 13 اشاره کرد که یک تغییر مسیر به طول حدود 2 کیلومتر در آن دیده می­شود. در واقع، مقادیر زیاد و غیرمعمول آهنگ مهاجرت در برخی از ترانسکت­ها مربوط به این تغییر مسیرهاست تا فرسایش کناره. ازاین‌ر‌و، در بازۀ مورد مطالعۀ رودخانۀ ارس، تغییر مسیر مجرا، مخاطره‌ای جدی محسوب شود و از طرفی، مسائل مختلفی را در رابطه با خط مرزی ایجاد می‌کند. تغییر مسیر، تغییر ناگهانی مسیر یک رودخانه است. در طی این فرایند، یک مجرا متروک‌ و مجرایی جدید ایجاد می­شود. شوم (2005) علل بنیادین تغییر مسیرها (یعنی آن‌دسته از فرایندها یا رخدادهایی که رودخانه را به یک آستانۀ تغییر مسیر هدایت می­کنند) را در چهار گروه سازماندهی می­کند (جدول4). در این رابطه، برای رودخانۀ ارس داده­های ضروری به‌دلیل مرزی‌بودن بسیار محدود است؛ اما تغییر‌مسیرهای صورت‌گرفته در مجرای رودخانه را می­توان تا حد زیادی به افزایش سینوزیته (گروه 1) و رخداد سیلاب­ها مخصوصاً در فصل بهار و تأثیر تلاقی­ها (گروه 3) نسبت داد.

جدول4- علل تغییر مسیر مجرا (Schumm,2005: 31)

S_a شیب پتانسیل تغییر مسیر و S_e شیب کنونی کانال است.

شکل 9- ایجاد میان­بُر باعث جابه‌جایی جانبی مجرا با مقدار جابه‌جایی بیش از 1 کیلومتر در قسمتی از ترانسکت 1 شده است.

سوای از مسائل حقوقی مربوط به معاهدات مرزی بین دو کشور ایران و آذربایجان، جابه‌جایی جانبی مجرا مخصوصاً تغییرمسیرها ممکن است برای هر دو کشور مسائل مختلفی مانند ازدست‌رفتن اراضی را موجب شود. جابه‌جایی عرضی مجرا باعث تغییر مساحت ترانسکت­ها در دو طرف رودخانه شده است. در جدول (3)، مقادیر تغییرات در مساحت ترانسکت‌های طرف راست و چپ مجرا با ارقام مثبت و منفی ذکر شده است. برای نمونه؛ مقادیر ترانسکت 1 (T1) نشان می­دهد، از سال 2000 تا سال 2014 میلادی مجرای رودخانه در این محدوده، بیشترین جابه‌جایی را به سمت راست یا طرف ایران انجام داده است که درنتیجۀ آن 88 هکتار از اراضی طرف ایران از دسترس خارج شده و به‌همین نسبت به اراضی طرف آذربایجان افزوده شده است. بیشترین میزان تغییر مساحت مربوط به ترانسکت 13 با مقدار نزدیک به 97 هکتار به نفع اراضی طرف ایران بوده است. در کل، در طی دورۀ 14‌ساله، در حدود 253 هکتار از اراضی طرف ایران، درنتیجۀ تغییرات مجرا از دسترس خارج ‌(به‌خصوص در ترانسکت 1 با مقدار 88 هکتار و ترانسکت 4 با مقدار 69 هکتار) و در حدود 275 هکتار به اراضی موجود افزوده شد‌ (به‌خصوص در ترانسکت 13 با مقدار 97 هکتار و ترانسکت 19 با مقدار 60 هکتار).