بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش با توجه به تغییرات شدت بارندگی طی مدت بارندگی و بوجود آمدن الگوهای مختلف توزیع زمانی بارندگی به بررسی شدت بارش، مدت بارش و اثر متقابل این دو بر فرسایش پاشمانی مهمترین و نخستین مرحلهی فرسایش خاک پرداخته شد. به این منظور نمونههای خاک از الک 2 میلیمتری عبور داده شد. شدتهای 50، 70 و mm/hr 120 در مدت زمان های 10، 15 و 20 دقیقه با استفاده از دستگاه شبیهساز باران ایجاد گردید. نتایج حاصل از تحلیلهای آماری دادههای بدستآمده در نرمافزار spss حاکی از رابطهی معنی دار در سطح 95 درصد بین شدت بارش و همچنین مدت بارش با نرخ فرسایش پاشمانی تا زمان 15 دقیقه بود. از طرفی با انجام آزمون فاکتوریل رابطهی معنیدار بین اثر متقابل این دو عامل با فرسایش پاشمانی کل بدست آمد.
.1 مقدمه
فرسایش یکی از شکلهای شایع تخریب خاک میباشد و تقریبا در تمامی نقاط زمین رخ میدهد که اثرات بیولوژیکی، فیزیکی و شیمیایی آن هم در درون و هم در بیرون منطقه قابل اغماض نیست - آرووگان، . - 2011 فرسایش آبی یکی از گستردهترین انواع فرسایش خاک میباشد که تعادل بین نیروی حرکتی آب در سطح خاک و مقاومت خاک را بیان میکند . - Zheng, 2005 - جدایش ذرات خاک و انتقال این ذرات، با اثر قطرات باران بر روی سطح خاک، شروعکننده مکانیسم فرسایش آبی است. میزان جدا شدن ذرات به ویژگیهای باران مثل انرژی جنبشی، شدت و مدت بارندگی و ویژگیهای خاک بستگی دارد . - Angulo et al., 2012 -
در بسیاری از مدلهای مربوط به اندازه گیری فرسایش آبی عاملی مانند میانگین بارندگی سالیانه در نظرگرفته میشود، در صورتیکه شدت بارندگی و ضربه قطرات باران تأثیر به مراتب بیشتری دارد - خالدیان و شاهویی، . - 1389 بررسی روابط بین تخریب پاشمانی و خصوصیات بارش به مطالعات 60 سال اخیر برمیگردد که به طور کلی بیان شده است تخریب پاشمانی به صورت نمایی یا خطی با شدت بارش یا انرژی جنبشی قطرههای بارش افزایش مییابد - کیانی هرچگانی و همکاران، . - 1394
علاوه بر در نظر گرفتن شدت بارندگی، پارامترهای دیگر بارندگی نظیر دوام بارش و میزان بارش در فرسایندگی باران مؤثر است. مکانیسم فرسایش پاشمانی بدین صورت است که در اثر برخورد قطرات باران بر سطح خاک، خاکدانههای درشت سطحی به خاکدانه-های کوچک میشکنند و اولین مرحله فرسایش یعنی جداسازی ذرات خاک صورت میگیرد. با ادامه بارش به دلیل خیس شدن ذرات خاک و کاهش چسبندگی، جدا شدن سریعتر صورت میگیرد. بعد از مدتی از یک طرف به دلیل از بین رفتن خاکدانههای سطحی و از طرفی به دلیل مسدود شدن منافذ خاک توسط ذرات ریز و در نتیجه ایجاد لایه متراکم در سطح خاک، نفوذپذیری کاهش و رواناب افزایش مییابد - یوسفی و همکاران، . - 1393
- 2008 - Qinjuan et al. از مناطق مختلف چین نمونههای خاک را جمعآوری کردند و نمونهها را تحت بارانی به شدت 1/2 میلی-متر در دقیقه به مدتهای 5، 10 ، 15 و 20 دقیقه قرار دادند و فرسایش پاشمانی نمونهها را اندازهگیری نمودند. نتایج حاصله نشان داد در خاکهای با پایداری خاکدانه و ماده آلی بالا و ساختمان خوب، حداقل فرسایش پاشمانی و در خاکهای لسی با مقدار زیادی شن حداکثر فرسایش پاشمانی رخ داد. - 2010 - Abd elbasit et al. به بررسی مشخصات باران شبیهسازی شده توسط بارانساز نوع چکهای و تأثیر آن بر فرسایش پاشمانی با استفاده از کاسهی پاشمانی پرداختند.
نتایج نشان داد که رابطهی بین انژی جنبشی و شدت باران تا شدت 30 میلیمتر بر ساعت مشابه باران طبیعی بوده اما در شدتهای بیشتر از این مقدار با افزایش شدت باران، انرژی جنبشی کاهش پیدا کرد. دیگر یافتهها از این پژوهش حاکی از وجود همبستگی معنیدار بین فرسایش پاشمانی خاک و انرژی جنبشی باران شبیهسازی شده است. - 2011 - Arowoogon et al. در پژوهشی به بررسی اثر مدت زمان بارش در بازههای زمانی 5 دقیقه با شدت بارش 118/75 میلیمتر در ساعت در خاک شنی لومی پرداختند. آنها دریافتند با افزایش مدت زمان بارندگی، فرسایش پاشمانی هم تا 15 دقیقه افزایش یافت پس از آن تفاوت معنیداری در میزان فرسایش پاشمانی مشاهده نشد. - 2015 - Dongdong
et al.در مطالعهای با هدف بررسی اثر شدت بارش و شیب، و همچنین تعاملات آنها، بر پاشمان و انتقال جریان در دامنه های خاک شور و سدیمی، انجام دادند. شدتهای باران در 85، 95، 110 و MMH-1 125 برای شیب از 6 درجه، 11 درجه، 22 درجه و 35 درجه استفاده شد. نمونههای رواناب، رسوب و پاشمان در سراسر رگبارها جمع آوری شد و میزان نفوذ محاسبه شد. نفوذ نهایی تحت شدتهای بارش پایین تر از 85 میلی متر بر ساعت برای هر شیب بزرگترین بود، اما آنها تا 39.3 افزایش می مییابد همانطور که شیب از 6 تا 35 درجه کاهش می یابد. اثر شدت بارش بر رواناب، بطور قابل توجهی در شیب بالاتر به دلیل افزایش نفوذ کاهش می یابد. تاثیر شیب بر تلفات رسوب کاهش مییابد همانطورکه شدت بارش افزایش مییابد، در حالی که اثر شدت بارش بر تلفات رسوب بیشتر در دامنههای ملایمتر بیشتر از دامنههای تند بود. این نتایج نشان داد که اثر شیب و شدت بارش بر تلفات رسوب، رواناب و پاشمان پیوسته بودند. از تحقیقات مرتبط با این مهم در داخل کشور هم میتوان به این موارد اشاره کرد:
واعظی و همکاران - - 2012 در مطالعهای تغییرات زمانی فرسایش را در یک خاک مارنی در فواصل زمانی 7/5 دقیقه بررسی کردند. نتایج نشان داد که در ابتدای بارندگی میزان تخریب بیشتر از پاشمان بود و با تدوام بارندگی، میزان پاشمان نیز به دنبال تخریب خاکدانهها افزایش یافت و در زمان 45 دقیقه به دلیل تخریب بیشتر خاکدانهها، سله در سطح خاک نمایان شد. خالدیان و شاهویی - 1389 - برای به دست آوردن رابطه بین میزان فرسایش پاشمانی و شدت بارندگی در ایستگاههای هواشناسی استان کردستان با استفاده از کاسههای پاشمان ماسههای جابجا شده را در مدت زمان مشخصی اندازهگیری نمودند .
نتایج حاصله رابطه نمایی بین شدت بارندگی و مقدار ماسه جابجا شده در ایستگاه مریوان نسبت به ایستگاه زرینه همبستگی بالاتری را نشان داد و در ایستگاه سقز معنی-دار نبود. ساعدی و همکاران - 1392 - اثر متقابل نوع کاربری اراضی، شیب و شدت بارندگی را بر اجزاء فرسایش پاشمانی از نمونه های خاک جمع آوری شده از زیرحوضه ی آبخیز لردگان در شرایط آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار دادند. در نتیجه اثر تغییر کاربری اراضی بر اجزای فرسایش معنیدار نشد، اما افزایش معنی داری در فرسایش پاشمانی پایین دست، کل فرسایش پاشمانی و انتقال پاشمان با افزایش شیب و شدت بارندگی حاصل گردید. کاتبی کرد و همکاران - 2015 - با ثابت در نظر گرفتن ویژگیهای خاک و همچنین شدت بارندگی، به بررسی اثر مدت بارندگی بر فرسایش پاشمانی در شرایط طبیعی خاک و با استفاده از شبیهساز باران و فنجان پاشمان پرداختند.
در این پژوهش اثر شش سطح مدت بارندگی 5 - ، 10، 15، 20، 25 و 30 دقیقه - هر کدام با سه تکرار تحت شدت باران ثابت 40 میلیمتر بر ساعت بر پاشمن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج ضمن تأکید بر کاهش معنیدار نرخ متوسط پاشمان - در واحد سطح و زمان - با افزایش مدت بارندگی، بر بالا بودن نرخ متوسط پاشمان فرسایش پاشمانی در دقایق ابتدایی بارندگی در شرایط پژوهش حاضر تأکید داشت. محمدی و کاویان - 2016 - به منظور بررسی تأثیر تیپهای بارشی بر رواناب و فرسایش خاک چهار الگوی رگبار به صورت شدت بارش افزایشی، افزایش سپس کاهش شدت، شدت کاهشی و کاهش سپس افزایش شدت در نظر گرفتند. پس از هر بارش فرسایشی 12 - واقعه - ، نمونههای رواناب و رسوب معلق در مخزن هر پلات که در دامنههای حوضهی خامسان قرار دارد جمع آوری شد.
نتایج نشان داد که در شدتهای بارش کم یک تابع خطی متناسب در رابطه بین تلفات خاک و شدت بارش وجود دارد. تجزیه و تحلیل آماری تفاوت معنی داری در کل رواناب، تلفات خاک و غلظت رسوب در چهار الگو رگبار نشان داد اما هیچ تفاوتی در ضریب رواناب نشان نداد. واقعهی رگبار با شدت بارش افزایشی به دنبال آن افزایش پس از آن کاهش شدت، کاهش و سپس افزایش شدت و شدت کاهشی به ترتیب بالاترین مقدار رسوبات فرسایش، رواناب کل و بالاترین غلظت رسوبات را تولید میکند. از مطالعهی سوابق تحقیق به این نتیجه میرسیم که با وجود پژوهشهای بسیار در زمینهی خصوصیات مختلف بارش و تأثیر آنها بر فرسایش و بویژه فرسایش پاشمانی با توجه به اهمیت این موضوع به ویژه در نواحی نیمهخشک به دلیل تغییرات زیاد شدت بارندگی طی مدت بارندگی و در نتیجه الگوهای مختلف توزیع زمانی بارندگی، آگاهی از این موضوع میتواند در برآورد دقیق فرسایندگی بارانها به منظور انجام مهار فرسایش خاک سودمند باشد. از اینرو هدف از این پژوهش بررسی تأثیر شدت-مدت بارش بر فرسایش پاشمانی است.
.2 مواد و روش
-2-2 روش تهیه نمونه خاک
برای این منظور نمونههای ×خاک×از×عمق× 20×سانتیمتری×سطح×خاک - محمودآبادی و ارجمند، - 2016 از محوطه دانشکده منابع طبیعی ساری جمعآوری و×از×الک×ٍ×میلیمتر×عبور×داده ×شد - 2011 ,Arowoogun - و برای 24 ساعت در آون با دمای 105 درجهی سانتیگراد گذاشته شد تا نمونههای خاک کاملاً خشک گردند و از لحاظ رطوبتی شرایط یکسانی داشته باشند و همدما گردند - سلطانی و همکاران، . - 1393
-3-2 ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک مورد مطالعه
توزیع اندازه ذرات - شن، سیلت و رس - به روش هیدرومتری اندازهگیری شد که خاک لومی بوده و درصد شن 33/8، درصد سیلت 48/6 و درصد رس و سیلت 66/2 به دست آمد. واکنش - اسیدیته - خاک در عصاره گل اشباع با استفاده از دستگاه PHمتر و هدایت الکتریکی در عصاره گل اشباع با استفاده از ECمتر اندازهگیری شد که میزان اسیدیته mm 7/36 و هدایت الکتریکی 0/499 برآورد گردید. مواد آلی یا کربن خاک به روش تیترلسیون و والکی و بلاک 1/24 درصد به دست آمد. سپس مقداری از این خاک را در فنجانهای پاشمان ریخته طوری که سطح نمونه با سطح فنجانها یکسان گردد.
شکل -2 نحوهی قرارگیری فنجانها در کرت
-1-4-2 مشخصات دستگاه شبیهساز باران
شبیهساز از قسمتهای مختلف سیستم آبرسانی، صفحه بارش، سیستم جمعآوری آب مازاد، برد کنترلی تشکیل شده است. صفحه بارش شامل دو نازل نوسانی از نوع ویجت 80100 با قطر روزنه 4.5 میلیمتر میباشد که بر روی پایههایی متحرک با قابلیت تنظیم ارتفاع تا 270 سانتیمتر قرار گرفته است. نازلها بارشی با الگوی بادبزنی با دامنهای از اندازه قطرات مختلف ایجاد میکنند. برای فشار بهینه 60 کیلوپاسکال ، سرعت سقوط قطرات باران با استفاده از روش عکسبرداری، 7/1 متر بر ثانیه محاسبه شد. دامنه قطری قطرات باران شبیهسازی شده بین 0/4 تا 4/4 میلیمتر محاسبه شد - کاویان و همکاران، . - 1394
