بخشی از مقاله
چکیده
جویچههای کشت در دیمزارها همانند شیارهایی که روانآب میتواند در آنها تمرکز یابد، عمل میکنند و موجب فرسایش شیاری میشوند. این پژوهش به منظور بررسی تأثیر شیب دامنه بر خصوصیات هیدرولیکی جریان در جویچههای کشت در دیمزارها تحت شرایط آیش انجام شد. جویچههای کشت در چهار دامنه با شیبهای 6/1، 10/6، 14/8 و 20/7 درصد احداث شدند. جویچهها به رطوبت ظرفیت مزرعه رسیده و در آنها ویژگیهای هیدرولیکی جریان با یک دبی ثابت 2 لیتر بر دقیقه اندازهگیری شد. براساس نتایج، در جویچههای کشت، سرعت و دبی جریان با افزایش شیب، کاهش یافتند، درحالیکه تنش برشی افزایش یافت. این نتایج با وجود بخش سنگی در توده خاک در ارتباط بود که هم نفوذپذیری و هم مقاومت خاک را در برابر جریان افزایش داد. هیچ روند مشخصی برای شعاع هیدرولیکی با افزایش شیب دامنه یافت نشد.
مقدمه
فرسایش شیاری یکی از اشکال مهم فرسایش آبی در اراضی شیبدار است. در این نوع فرسایش خاک، ذرات خاک به وسیله جریان متمرکز آب کنده شده و منتقل میشوند، به طوری که پس از مدتی شیارهایی در امتداد شیب نمایان میشود . - Lei et al.,1998 - گسترش فرسایش شیاری به شدت بارندگی، سرعت جریان آب، خصوصیات هیدرولیکی جریان، درجه و طول شیب - Li et al., 2006 - و ویژگیهای خاک - Romero et al., 2007 - وابسته است. شدت بارش و شیب دو عامل مهم مؤثر بر فرسایش شیاری هستند. تندی شیب باعث افزایش سرعت جریان و نیروی برشی آن شده و مطابق با آن فرسایش نیز بیشتر میشود. از این رو شدت روانآبعموماً در نتیجه افزایش شیب افزایش مییابد . - Deumlich and Völker,2002 - فرسایش شیاری و توسعه آن به برخی از ویژگیهای هیدرولیکی جریان در کانال همانند سرعت جریان، عدد رینولدز، عدد فرود و ضریب مقاومت دارسی- ویسباخ مرتبط است . - Reichert and Norton, 2013; An et al., 2012 - براساس قانون آستانه حرکت ذرات، در جریانهای سطحی ناشی از بارش، کنش ذرات وقتی صورت میگیرد که تمام متغیرهای هیدرولیکی نظیر دبی جریان، قدرت آبراهه و تنش برشی بزرگتر از مقادیر بحرانی آنها در خاک گردند . - Knapen et al., 2007 - شروع حرکت ذرات در نتیجه وارد شدن نیروی تنش برشی جریان ناشی از باران به ذرات است . - Kinnell, 2008 - همچنان که تنش برشی بر روی دامنههای شیبدار به آهستگی افزایش مییابد - با در نظرگرفتن دیگر آستانههای هیدرولیکی جریان - ، به نقطه بحرانی خواهد رسید که در آن، ذرات در جهت شیب دامنه شروع به حرکت مینمایند. بررسی تغییرات تنش برشی و پارامترهای هیدرولیکی جریان جزء اصول اولیه در بررسی زیر فرآیندهای فرسایش آبی و به کلامی دیگر فرسایشهای ورقهای، بینشیاری و شیاری است . - Knapen et al., 2007 - مطالعات اندکی بر روی تأثیر شیب دامنه بر خصوصیات هیدرولیکی جریان در شیارها انجام گرفته است. این پژوهش با هدف بررسی خصوصیات هیدرولیکی جریان شامل سرعت، دبی و تنش برشی در دامنههای با پوشش گیاهی ضعیف در منطقه نیمه خشک انجام گرفت.
مواد و روشها
این پژوهش در چهار دامنه یکنواخت با شیبهای 6/11، 10/55، 14/77 و 20/66 درصد در محدوده دانشگاه زنجان انجام شد. سطح دامنهها توسط تراکتور شخم خورده و مسطح شد. در هر دامنه با استفاده از دستگاه ردیفکار غلات - بدون بذر - پشتههایی به ارتفاع 5 سانتیمتر و فاصله 25 سانتیمتر از یکدیگر و به طول 6 متر در سه تکرار ایجاد شد
شکل -1 نمایی از شیارهای ایجادشده در دامنه با شیب 14/77 درصد
شیارها با استفاده از گونی نخی و گذاشتن موانع از جمله سنگ و آجر در مسیر جریان آب اشباع شدند و پس از گذشت 24 ساعت از زمان اشباع سازی، هر شیار به رطوبت ظرفیت مزرعه - FC - رسید. دبی اعمال شده در هر شیار، 2 لیتر بر دقیقه بود. محیط خیسیدگی در نقاط مختلف هر شیار - سه نقطه - و عمق خیسیدگی نیز در چند نقطه از شیار تعیین شد. برای تعیین خصوصیات جریان، سرعت جریان - سرعت ماندگار - ، با استفاده از ماده رنگی متیلن بلو اندازهگیری شد. دبی جریان که عبارت از حجم آبی که در واحد زمان از سطح مقطع جریان عبور مینماید - Buchanan ,1969 - ، در هر شیار در فواصل زمانی 5 دقیقه تا زمان 60 دقیقه در ظرف جمعآوری و توزین شد. تنش برشی جریان آب در شیار از رابطه زیر محاسبه شد
که درآن: چگالی آب - kg.m-3 - ، g شتاب گرانش - m.s-2 - ، h عمق جریان - m - و s درجه شیب و تنش برشی - pa - است.
نتایج و بحث
جدول 1 برخی از ویژگیهای فیزیکی خاک دامنههای مورد بررسی را نشان میدهد. با توجه به توزیع اندازه ذرات در خاک دامنههای مورد مطالعه، خاکها همگی در بافت لوم شنی قرار گرفتند و دارای مقادیر زیادی بخش سنگی - بالای 20 درصد - بودند. وجود بافت درشتدانه و حضور مقادیر زیاد بخش سنگی، نشاندهنده آن است که خاکها دارای وضعیت هیدرولیکی مناسب بوده و به دلیل نفوذپذیری بالا، تشکیل جریان سطحی و فرسایش خاک در آنها کمتر رخ میدهد.
جدول -1 ویژگیهای فیزیکی خاک دامنههای مورد بررسی
روابط بین شیب دامنه و خصوصیات هیدرولیکی جریان با تحلیل توابع خطی، لگاریتمی، توانی، نمایی و پلی نومیال رسم گردید و مناسبترین معادله بر مبنای بالاترین ضریب تبیین - R2 - انتخاب شد - شکل - 2 و برای این منظور از نرم افزار Excel نسخه 2010 استفاده شد.
شکل -2 رابطه بین شیب و سرعت جریان - الف - و دبی جریان - ب - و تنش برشی - ج -
با توجه به شکل 2 - الف و ب - مشاهده شد که با افزایش شیب دامنه، سرعت و دبی جریان روند نزولی به خود گرفتند، که این روند نزولی میتواند به این علت باشد که بخش اعظمی از دامنهها، با توجه به ویژگیهای فیزیکی ذکر شده در جدول 1
