بخشی از مقاله
تاثیر مقدار رطوبت اولیه خاک بر پارامتر نفوذ آب در خاک
چکیده:
میزان رطوبت اولیه خاک تأثیر زیادی روی مشخصات نفوذ پذیری آن دارد. لیکن در اندازهگیریهای مربوطه توجه چندانی به این مسئله نمیگردد این تحقیق به منظور بررسی اثر رطوبت اولیه خاک بر مشخصات نفوذپذیری مدلهای نفوذ کوستیاکف و فیلیپ به این ویژگی خاک و تعیین بهترین مدل برای خاکهای مرودشت واقع در استان فارس دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد مرودشت انجام گرفته است. آزمایش های نفوذسنجی با استفاده از استوانههای مضاعف در میزان 24 رطوبت اولیه مختلف خاک انجام پذیرفت. نتایج نشان داد که با افزایش رطوبت اولیه خاک مقدار نفوذ تجمعی کاهش و زمان رسیدن به سرعت نهایی نفوذ کوتاهتر میشود. مدل کوستیاکوف بهترین مدل برای خاکهای منطقه می باشد و همچنین کمترین حساسیت را به رطوبت اولیه خاک دارا میباشد.
واژههای کلیدی: رطوبت اولیه، مدل فیلیپ، مدل کاستیاکوف، مرودشت، نفوذ.
مقدمه:
نفوذ آب به داخل خاک در طراحی و اجرای تمام روش های آبیاری دارای اهمیت بسیار زیادی می باشد، بنابراین می توان نفوذ را یکی از مهم ترین مشخصه های خاک در کشاورزی دانست. مقدار آبی که در یک دوره زمانی مشخص در خاک نفوذ می کند نفوذ تجمعی و میانگین سرعت نفوذ آب به داخل خاک را در یک لحظه معین از زمان را سرعت نفوذ لحظه ای گویند. (نشاط و پاره کار (1386 نفوذ آب در خاک که از مسایل مهم فیزیک خاک است که به عواملی مانند خصوصیات فیزیکی خاک، مقدار طوبت اولیه، شیب، زبری زمین، تراکم و نوع پوشش گیاهی و کیفیت آب کاربردی بستگی دارد. در بین عوامل گفته شده رطوبت اولیه خاک دارای تغییرات زیادی می باشد. در نتیجه اندازگیری نفوذپزیری در یک وضعیت خاص رطوبتی و ضرایب روابط بدست آمده برای همان وضعیت رطوبتی معتبر بوده و با تغییر رطوبت اولیه، ضرایب نیز تغییر خواهد کرد. با توجه به این موضوع که در هنگام آزمایش نفوذ به آن توجه نمی شود ضرورت دارد که نتایج اندازگیری در یک رطوبت اولیه مشخص، برای دیگر مقادیر رطوبت تعدیل شود. لیکن هنگام آزمایش های نفوذ سنجی به این مسئله توجه چندانی نمی گردد. بنابراین ضرورت دارد که نتایج اندازه گیری در یک رطوبت اولیه مشخص، برای دیگر مقادیر رطوبت ها تعدیل شود. این تعدیل یا اصلاح ضرایب مدل های نفوذ به رطوبت اولیه از نظر پیش بینی مقادیر نفوذ و رواناب در حوضه های آب خیز، مدیریت آبیاری و غیره می تواند نقش بسیار مهمی در مدیریت و استفاده از منابع آب و خاک داشته باشد. (دربندی و همکاران (1389 رطوبت اولیه خاک تاثیر زیادی روی مقدار آب نفوذ یافته در طی یک دوره بارش و زمان ثابت شدن نفوذ دارد، هرچه رطوبت اولیه خاک بیشتر باشد سرعت نفوذ اولیه به دلیل کاهش گرادیان مکش کمتر خواهد بود و خاک زودتر به مرحله نفوذ نهایی می رسد که در نتیجه آن مقدار زیادی از این بارش به جای نفوذ در خاک و اضافه شدن به منابع آب زیرزمینی روی سطح زمین جاری شده و از دسترس خارج می شود. (علیزاده 1383؛ گندولفو(2000 1
فیلیپ(1957) 1 با انجام تحقیقاتی دریافت هرچه میزان رطوبت اولیه بیشتر باشد میزان نفوذ تجمعی، حداکثر سرعت نفوذ، متوسط سرعت نفوذ، سرعت نفوذ نهایی، نرخ کاهش نفوذ و زمان تا لحظه تثبیت نفوذ کاهش یافته که این کاهش به دلیل صفر شدن نیروی ماتریک می باشد، زیرا نفوذ متاثر از دو نیروی ماتریک و ثقل می باشد که پس از مدتی نیروی ماتریک صفر شده و فقط نیروی ثقل موجب نفوذ شده که میزان آن نسبت به نیروی ماتریک خیلی کم می باشد. گامبز و وارکنتین(1972 ) 2 تاثیر جرم مخصوص ظاهری و رطوبت اولیه خاک را یه روی سرعت نفوذ در نمونه های خاک رسی را بررسی و به این نتیجه رسیدند که افزایش اندکی در جرم مخصوص ظاهری خاک باعث کاهش قابل توجهی در میزان سرعت نفوذ می شود. هیلل(1982) 3 توانست با انجام آزمایشات متفاوت به این نتیجه برسد که رطوبت اولیه خاک تاثیر زیادی بر روی سرعت نفوذ آب به درون خاک را دارد و با هم رابطه عکس دارند. در مطالعه ای که توسط دربندی و همکاران (1389) در منطقه مورموری استان ایلام و با لحاظ شرایط همگنی خاک و شیب انجام شده، نتایج نشان داد که در مجموع مدل کوستیاکوف در سطوح مختلف رطوبتی خاک ، تخمین بهتری را از میزان نفوذ در مقایسه با سایر مدل ها از خود نشان داد، ولی مدل های فیلیپ ، سازمان حفاظت خاک آمریکا و مدل هورتون با افزایش رطوبت خاک، مقدار نفوذ را با دقت بالاتری برآورد می کند. در مجموع مدلهای کوستیاکوف و فیلیپ به عنوان مدل های مناسب برای تخمین نفوذپدیری خاک توصیه شده است. تحقیقی به منظور تعیین بهترین مدل نفوذ برای خاک های ایستگاه تحقیقات کشاورزی نعمت آباد دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز انجام شد، نتایج نشان داد که مدل فیلیپ کمترین حساسیت و مدل کوستیاکوف تعدیل شده بیشترین حساسیت را به تغییرات رطوبت اولیه خاک نشان دادند (سپهوند و همکاران .(1389 هدف از این تحقیق بررسی اثر رطوبت اولیه خاک بر مشخصات نفوذپذیری و تعیین بهترین مدل نفوذ برای خاکهای شهرستان مرودشت استان فارس دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحدمرودشت می باشد.
مواد و روشها
این تحقیق در خاکهای شهرستان مرودشت استان فارس دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحدمرودشت در بهمن ماه سال 1390 انجام گرفت .برای حذف اثر عوامل دیگر مانند غیر یکنواختی خاک ، زمین انتخابی بایستیکاملاً همگن درنظر گرفته می شد .به همین منظور قطعه زمینی که از نظر ظاهری یکنواخت بنظر می رسید و معرف خاکهای ایستگاه بود انتخاب شد. در 8 نقطه از سطح خاک تا عمق 50 سانتی متری به فواصل 10 سانتی متری نمونه برداری شد و بافت خاک تعیین گردید. بعد از گذشت چند روز از یک باراندگی شدیدی که کل زمین را غرقاب کرده بود، آزمایش های اندازه گیری نفوذ آب به خاک با استفاده از استوانه های مضاعف شروع شد . قبل از اندازه گیری نفوذ، رطوبت خاک را توسط نمونه گیری خاک دست نخورده و خشک کردن به مدت 24 ساعت در آون اندازه گیری گردید . پس از اولین اندازه گیری نفوذ ، اجازه داده شد تا رطوبت خاک مقداری کاهش یابد. مجداا ابتدا رطوبت خاک اندازه گیری شده و سپس آزمایش نفوذ سنجی انجام گرفت. آزمایش نفوذ تا زمان 180 دقیقه ادامه یافت . آزمایشهای نفوذ سنجی با رطوبت های اولیه مختلف در جدول ( 1 ) آمده است. مدلهای نفوذ مورد بررسی در این پژوهش درجدول ( 2) آورده شده است.
جدول (2) مقادیر رطوبت حجمی (درصد)
جدول (2) مدلهای مورد بررسی نفوذ آب به خاک
نتایج
نتایج آزمایش های نمونه برداری خاک برداشت شده از 8 نقطه مختلف قطعه زمین نشان داد که ویژگی های خاک زمین مورد نظر ظاهرا یکنواخت، و بافت آن با داشتن19 درصد رس، 46 درصد سیلت و 35 درصد شن جز خاک های لوم قرار می گیرد. در جدول (3) میزان نفوذ تجمعی در حداقل و حداکثر رطوبت اندازه گیری شده آورده شده است. در شکل ( (1 نمودار تغییرات نفوذ تجمعی با رطوبت اولیه خاک ، نشان داده شده است. همانگونه که در شکل (1) مشاهده می شود، با کاهش رطوبت اولیه خاک مقدار نفوذ تجمعی افزایش می یابد. بعنوان مثال پس از گذ شت 180 دقیقه ازشروع نفوذ، مقدار نفوذ تجمعی با رطوبت اولیه 32/66 درصد برابر193 میلی متر و با رطوبت اولیه 11/01 درصد برابر با 478 میلی متر می باشد . البته در برخی از رطوبت ها این اختلاف کمتر است. لیکن در حالت کلی با کاهش رطوبت اولیه خاک مقدار نفوذ تجمعی افزایش می یابد. شیب منحنی نفوذ تجمعی در هر فاصله زمانی نشان دهنده سرعت متوسط نفوذ در همان فاصله زمانی می باشد. از دیدگاه نظری با گذشت زمان سرعت نفوذ بایستی کاهش یابد از این نظر شیب منحنی نفوذ تجمعی بطور تدریجی کم گردد. که این امر به وضوح در شکل (1) قابل رویت می باشد.
جدول (3) دامنه تغییرات رطوبت و نفوذ
نتایج ارزیابی دقت مدلهای نفوذ که در جدول (4) آورده شده است نشان می دهد بیشترین مقدارR2 مربوط به مدل کوستیاکف می باشد.
جدول (4) مقادیر R2 مدل های نفوذ با رطوبتهای اولیه مختلف
