بخشی از مقاله
مقدمه
فرسایش خاک که به اشکال گوناگون رخ میدهد و طی آن ذرات و اجزای تشکیلدهندهی خاک تحت تاثیر یک عامل یا نیروی فرساینده از بستر اصلی خود جدا شده و به مکانی دیگر منتقل میگردند - رفاهی، - 1385، پیامدهای زیادی به دنبال دارد که یکی از مهمترین آنها، تولید رسوب میباشد. دبی جریان عبوری از یک بستر با شیب ثابت و یا تغییرات شیب بستر تحت عبور یک دبی جریان مشخص از بستر، با مقدار ذرات رسوب ناشی از آن رابطه دارد که آگاهی از آن میتواند از جهات مختلفی دارای اهمیت باشد . - Asadi et al., 2007a, b - از آنجا که بسیاری از مطالعات مشابه در شرایط آزمایشگاهی انجام شدهاند و در بهترین حالت از فلوم زهکشدار استفاده شده است - Tromp-van Meerveld et al., 2008 - ، پژوهش حاضر با توجه به اهمیت و ضروریتهای مذکور و با فرض این که مقدار ذرات رسوب با شدت جریان و شیب زمین و در نتیجه فرآیندهای موثر در فرسایش رابطه دارد، با هدف بررسی اثر درجه شیب و دبی جریان بر مقدار رسوب تحت شرایط طبیعی صورت پذیرفت.
مواد و روشها
تحقیق حاضر در ایستگاه تحقیقاتی حفاظت خاک و آب دانشگاه تهران، واقع در منطقه کوهین استان قزوین اجرا شد. به منظور بررسی غلظت ذرات رسوب تولید شده در شرایط هیدرولیکی متفاوت، آزمایشها با چهار دبی جریان 0/028، 0/083، 0/167 و 0/2 لیتر در ثانیه - L s-1 - در سه شیب یک، سه و پنج درصد - به عبارتی 12 ترکیب تیماری - انجام گردید. از آنجا که باید تنها اثر تغییرات شیب بستر و دبی جریان بر مقدار ذرات رسوب بررسی می-شد، بعد از نمونهبرداری از خاک مناطق مختلف ایستگاه و تجزیه و تحلیل آن در آزمایشگاه، سه قطعه زمین در مجاورت یکدیگر با شیبهای مورد نظر که دارای سایر ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی تقریبا یکسان بودند، به عنوان مکان اجرای آزمایشهای صحرایی انتخاب شدند. آزمایشهای مورد نظر در سه مرحله انجام شد. مرحله اول: آمادهسازی بستر آزمایش که به این منظور برای هر ترکیب تیماری شرایطی همانند شکل 1 ایجاد شد.
مرحله دوم: شبیهسازی جریان که برای این کار قبل از انجام هر آزمایش، خاک با یک جریان آرام غیر فرساینده به مدت حداقل 10 ساعت اشباع گردید. شیارهای جانبی در هنگام عبور جریان از شیار وسط، از حرکت جانبی آب نفوذ یافته به طرفین جلوگیری مینمایند. برای تنظیم دبی مورد نظر، شیر خروجی مخزن با گذراندن تستهای متوالی واسنجی گردید. مرحله سوم: اندازه گیریها که برای این منظور با شروع جریان در دبی و شیب مشخص، در زمانهای 1، 2، 3، 5، 7، 10، 15، 20، 25، 30، 35 و 40 دقیقه از شروع آزمون، نمونهی رواناب برای تعیین غلظت رسوب تهیه شد. در هنگام آزمایش، عمق جریان به منظور تعیین برخی پارامترهای هیدرولیکی مورد نیاز، به دقت اندازهگیری شد. در نهایت غلظت رسوب اندازهگیری شده با غلظت رسوب برآوردی که طبق نظر هیرساین و رز - Hairsine and Rose, 1992 - برای یک جریان شیاری در حالت پایدار، با استفاده از رابطهی زیر برحسب کیلوگرم بر متر مکعب برآورد میشود، مقایسه گردید.
که در آن؛ - - قدرت جریان مازاد است که اگر مثبت باشد کندهشدن و کندهشدن مجدد اتفاق میافتد، g شتاب ثقل - m s-2 - ، D عمق جریان - m - ، دانسیتهی ذره - kg m-3 - ، دانسیتهی سیال - kg m-3 - ، Wb عرض شیار - m - و Ws طول دیوارهی جانبی خیس شده - m - است - رفاهی، . - 1385 همچنین vav سرعت سقوط میانگین است که میتواند بر اساس معادله چنگ توسط رابطههای 2و3 تعیین شود.که در آن v سرعت سقوط یک کلاس اندازهای - m s-1 - ، ویسکوزیتهی سینماتیک - m3 s-1 - و d میانگین قطر کلاس اندازهای مورد نظر - m - است. با استفاده از روابط فوق، سرعت سقوط برای هر کلاس تعیین شد و در نهایت با توجه به مقدار اولیه هر کلاس در خاک اصلی - در اینجا ده کلاس اندازهای با مقدار برابر در خاک مربوط به هر شیب در نظر گرفته شده است - ، سرعت سقوط میانگین مجموعه ذرات خاک با قطر کمتر از عمق جریان توسط میانگینگیری وزنی و به عبارتی به صورت سرعت سقوط موثر تعیین گردید.
نتایج و بحث
میانگین ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک در سه شیب محل انجام آزمایشها، در جدول 1 و همچنین برخی از ویژگیهای هیدرولیکی جریان در ترکیبهای تیماری مختلف در جدول 2 آمده است.در جدول فوق هر داده میانگینی از سه تکرار وb؛ جرم مخصوص توده خاک،s؛ جرم مخصوص ذرات، MWD؛ میانگین وزنی قطر خاکدانهها، GMD؛ میانگین هندسی قطر خاکدانهها، pH؛ واکنش خاک، EC؛ هدایت الکتریکی خاک، OM؛ ماده آلی، CaCO3؛ کربنات کلسیم معادل و حروف متفاوت نشاندهنده وجود اختلاف معنیدار در سطح احتمال 5 درصد میباشد.
