بخشی از مقاله
چکیده:
بررسی نرخ جداسازی ذرات خاک به عنوان یکی از مولفه های مهم در فرایند فرسایش ضروریست به ویژه در مدل های فرسایش که بر اساس رابطه بین نرخ جداسازی ذرات خاک و یکی از پارامترهای هیدرولیکی جریان طراحی شده اند. دراین تحقیق تاثیر پارامترهای دبی، سرعت، توان و توان واحد جریان بر نرخ جداسازی ذرات خاک در اراضی مرتع طبیعی و دست نخورده با بافت سیلتی-لوم بررسی می شود. برای این منظور جریان سطحی با استفاده از یک دستگاه فلوم صحرائی از جنس آهن سیاه به طول 15متر، عرض 0/4متر و ارتفاع 0/5متر در مراتع اطراف شهرستان لامرد شبیه سازی گردید.
چهار تیمار شامل اراضی متروکه - بدون پوشش گیاهی - ، مرتع ضعیف - تراکم پوشش کمتر از 20 درصد - ، مرتع متوسط - تراکم پوشش بین 20تا40درصد - و مرتع خوب - تراکم پوشش زیادتر از 40 درصد - مورد آزمون قرار گرفتند. در هر تیمار 5 دبی جریان از کم به زیاد مورد استفاده قرار گرفت و نرخ جداسازی ذرات خاک به دقت اندازه گیری گردید. در این تحقیق پارامترهای هیدرولیکی جریان نظیر شدت جریان، عمق متوسط جریان و غلظت رسوب در انتهای فلوم به طور مستقیم اندازه گیری شده و سایر پارامترها - سرعت متوسط جریان، تنش برشی جریان، ظرفیت جداسازی ذرات خاک، توان و توان واحد جریان - محاسبه شدند.
سپس با استفاده از نرم افزار - Excel - و روش رگرسیون بهترین رابطه بین نرخ جداسازی ذرات خاک و پارامترهای هیدرولیکی جریان مشخص گردید. نتایج این تحقیق نشان می دهد، نرخ جداسازی ذرات خاک را می توان با استفاده از تابع توانی سرعت متوسط جریان پیش بینی کرد - . - R2=0/75 همچنین پارامتر توان واحد جریان دارای ضریب همبستگی بهتری با نرخ جداسازی ذرات خاک - - - R2=0/73 در مقایسه با سایر پارامترها نظیر توان جریان - - - R2=0/34، دبی جریان - - - R2=0/33 و تنس برشی جریان - - - R2=0/08 دارد.
مقدمه:
طبق تعریف فرسایش خاک طی دو مرحله صورت می گیرد. ابتدا ذرات از توده بستر خاک جدا شده سپس توسط جریان منتقل می شوند. رفاهی - - 1379 معتقد است انرژی جنبشی قطرات باران بمراتب زیادتر از انرژی جنبشی آبدوی حاصل از باران است. اما تلفات انرژی باران در برخورد با سطح خاک بیشتر از آبدوی است. به طوری که تنها 0/2درصد انرژی قطرات باران در فرسایش خاک موثرند در حالی که میزان تاثیر انرژی جریان آب به3تا 4درصد می رسد. لارسون - 1979 - 4 ثابت کرد اگر عمق آب در سطح خاک از 1/8 سانتیمتر زیادتر شود تاثیر ضربات قطرات باران در جداسازی ذرات خاک بسیار ناچیز می باشد.
لی لی وسمردان - 1965 - 5برای اولین بار بااستفاده ازیک دستگاه فلوم صحرائی وشبیه سازی جریان سطحی توانستند رابطه ای بین فرسایش خاک وتنش برشی بدست آورند. نییرینگ6 وهمکاران - - 1989 در مدل فرسایش خود نرخ جداسازی ذرات را بصورت تابعی ازتنش برشی جریان بیان کرده اند. مورگان7 وهمکاران - - 1998 ازتوان واحد جریان استفاده نموده اند. راس8 و همکاران - - 1992 توان جریان رادرمدل خودبکاربرده اند. نییرینگ - 1991 - بااستفاده ازیک دستگاه فلوم هیدرولیکی درشرایط آزمایشگاهی نشان داد، جدا سازی ذرات خاک رابطه ای لگاریتمی با عمق جریان، شیب کف و قطر متوسط وزنی ذرات بستر دارد. در این تحقیق نقش پارامتر شیب بر جداسازی ذرات خاک از عمق جریان زیادتر بوده است.
مرتن - 2001 - 9 تاثیربار رسوب شامل بار معلق و یا بارکف بر روی میران جداسازی ذرات خاک رامورد بررسی قرارداد و نتیجه گرفت باافزایش غلظت رسوب نرخ جداسازی ذرات خاک کاهش می یابد. دلیل آن را هم استهلاک انرژی جریان جهت انتقال رسوب می داند به طوری که انرژی باقی مانده جهت جداسازی ذرات خاک کاهش می یابد. علاوه برآن وجود بار رسوب همراه باجریان مانع ازایجاد تلاطم درآن می شود، زیراتلاطم جریان خود عامل مهمی درتشدید نرخ جداسازی ذرات خاک می باشد. زانگ10 وهمکاران - 2002 - در آزمایشگاه تاثیر دبی جریان، گرادیان شیب و عمق جریان را بر جداسازی ذرات بررسی نمودند و رابطه بین نرخ جداسازی ذرات خاک و پارامترهای سرعت ، تنش برشی ، توان و توان واحد جریان را بدست آوردند.
ایشان نشان دادند نرخ جداسازی ذرات خاک به تغییرات دبی جریان حساس تر است تا به گرادیان شیب و مقدار آنرا هم با استفاده از رابطه ای توانی از دبی جریان و گرادیان شیب بدست آوردند. در پایان چنانچه ملاحظه می شود تاثیر ضربات قطرات باران بر جداسازی ذرات خاک از عمقی معین شدیدا کاهش یافته و پارامترهای هیدرولیکی جریان سطحی نقش اساسی خواهند داشت. بنابراین بررسی رابطه بین هر یک از پارامترهای هیدرولیکی جریان و جداسازی ذرات خاک ضروری است تا از این طریق بهترین رابطه به منظور پیش بینی نرخ جداسازی ذرات خاک مشخص گردد.
مواد و روش ها:
در این تحقیق جریان سطحی با استفاده از یک دستگاه فلوم صحرائی از جنس آهن سیاه به طول 15 متر و عرض 0/4 متر شبیه سازی شده است. دیواره های فلوم دارای ارتفاع 0/5متر بوده و به منظور جلوگیری از پدیده زیرشوئی 0/1متر آن درون خاک قرار داده شدند.
