بخشی از مقاله
چکیده:
یکی از نیازهای اساسی در طراحی پروژه های پخش سیلاب بررسی فاصله بحرانی شروع کنش بستر بر اساس
هیدرولیک جریان و ارائه دستورالعمل تعیین فاصله کانالهای پخش در شرایط محیطی مختلف می باشد. نقش این کانالها کاهش قدرت کنشی جریان سطحی بوده و فاصله بین آنها باید به گونه ای طراحی شود که پارامترهای هیدرولیکی جریان قبل از رسیدن به آستانه فرسایش توسط خاکریز پائین دست کنترل گردد.
از طرف دیگر در پروژه های پخش سیلاب عوامل مختلفی نظیر شیب اراضی، بافت خاک، پوشش گیاهی و مقاومت برشی سطح خاک بر هیدرولیک جریان موثرند. هدف از این تحقیق بررسی هیدرولیک جریان و تعیین فاصله بحرانی کنش بستر در پروژه های پخش سیلاب و تعیین فاصله مناسب کانالهای پخش با توجه به ویژگیهای خاک در یکی از عرصه های مهم پخش سیلاب در گربایگان فسا بوده است.
برای این منظور از یک دستگاه فلوم صحرایی از جنس آهن سیاه به طول 120 متر، عرض0/4 متر وارتفاع دیواره های 0/25 متری استفاده گردید. در این تحقیق سه آزمایش انجام گرفت و در هر آزمایش با شبیه سازی جریان سطحی به ارتفاع 0/1 متر پارامترهای شدت جریان و عمق متوسط جریان در مقاطع عرضی متوالی بطور مستقیم اندازه گیری شده و سایر پارامترها نظیر سرعت متوسط و تنش برشی جریان با استفاده از معادلات موجود محاسبه گردیدند.
همچنین با حفر نیمرخ خاک ویژگیهای لایه سطحی و مشخصات فیزیکی و شیمیائی لایه های مختلف اندازه گیری شد. نتایج این تحقیق نشان می دهد، خاک مورد آزمایش به صورت مطبق از سه لایه مجزا تشکیل شده است.
بافت خاک شنی – لومی بوده و دارای درصد بالائی از شن ریز می باشد. همچنین پارامترهای هیدرولیکی جریان نظیرسرعت متوسط و تنش برشی جریان در امتداد شیب اراضی افزایش یافته است. روندتغییرات خطی و یکنواخت نبوده بلکه متناسب با شیب و ضریب زبری بستر فلوم تغییر کرده است و مقدار آنها در فاصله 70تا 100متری از ابتدای فلوم حداکثر شده است.
از طرف دیگر نمودار تغییرات عمق فرسایش و رسوب به طور جداگانه اندازه گیری شده است که در آن حداکثر عمق فرسایش در فاصله 70متری از ابتدای فلوم به صورت پله ای کوتاه به عمق 3سانتیمتر - سرکانال - ایجاد شده است. بعبارتی پدیده فرسایش و رسوب هماهنگ با تغییرات پارامترهایهیدرولیکی جریان در بستر فلوم به طور پراکنده انجام شده است و محل وقوع حداکثر عمق فرسایش 70 - متر از ابتدای فلوم - را می توان به عنوان فاصله بحرانی کنش در نظر گرفت و آنرا برای فاصله کانال های پخش در این خاک و شیب توصیه نمود.
مقدمه:
پخش سیلاب یک نوع آبیاری سطحی است که در آن سیلاب از طریق تاسیسات آبگیری به کانال های پخش منتقل شده و سپس جریان سطحی از روی لبه های تراز به صورت یک لایه نازک چند سانتی متری در امتداد شیب اراضی
جاری می شود. نوع جریان کم عمق و عریض3 بوده و هیدرولیک جریان اغلب ناپایدار و غیر یکنواخت4 می باشد. به طوری که نمی توان از معادلات تجربی قابل کاربرد در مجاری روباز5 از جمله معادلات مانینگ6 و یا شزی7 استفاده نمود از طرف دیگر هیدرولیک جریان در اراضی پخش سیلاب تابعی از شیب، بافت، نفوذپذیری خاک، پوشش گیاهی و مقاومت برشی سطح خاک می باشد.
در این رابطه هورتون - 1945 - برای اولین بار از مفهوم آستانه استفاده نمود و نشان داد جریان سطحی پس از طی مسافتی از خط الراس شیب به ارتفاع و سرعت لازم برای کنش بستر و شروع فرسایش کانالی از نوع شیار - - Rill دست می یابد.
پوزن و همکاران - 1989 - تاثیر عوامل محیطی بر آستانه فرسایش را مورد بررسی قرار دادند و نتیجه گرفتند سرکانال در اثر تمرکز جریان سطحی در مسیرهای زهکش طبیعی یا خط القعر دره ها، جویچه ها، خط اثر تراکتور، جاده های دسترسی خاکی و میکروتراس های عبور دام به وجود می آید. آنها سرکانال را محلی می دانند که جریان سطحی کانالیزه شده و درون سواحل قرار می گیرد.
اسمیت و همکاران - - 1972 نشان دادند با افزایش فاصله از خط الراس شیب ها، رواناب سطحی ورسوب افزایش یافته، ازطرفی سطح زمین در مقابل این تغییرات پایدار نبوده و در مسافتی از نوک تپه با همگرایی و تمرکزجریان، دچار کنش و تشکیل سرکانال میشود. آنها همچنین نشان دادند شکل نیمرخ تپه باید بصورت مقعر و یا فرورفتگی باشد، تا با همگرایی جریان، شرایط جهت ناپایداری سطح خاک مهیا شود، و درتپه هایی که شکل نیمرخ آنها محدب یا برآمده است درمقابل کلیه تغییرات یا آشفتگی ها مقاوم و پایدار هستند.
بلاک - 1991 - در تحقیقات خود تاثیر ریشه گیاهان بر آستانه فرسایش را بررسی نمود و نشان داد وجود ریشه ها در خاک مقاومت برشی سطح خاک را افزایش داده، مانع از تمرکز جریان می شود و با تخریب ریشه ها توسط جوندگان از جمله موش ها و ایجاد حفره در خاک، شرایط جهت تمرکز جریان و شروع فرسایش شیاری فراهم می شود.
پوزن و همکاران - 1995 - با انجام آزمایش های صحرائی نشان دادند وجود سنگریزه در لایه سطحی خاک مقاومت برشی جریان را افزایش داده و فرسایش ناشی از تمرکز جریان کاهش می یابد.
پروسر و دیتریخ - 1995 - در تحقیقات خود واقع در سواحل کالیفرنیا با استفاده از فلوم صحرائی و تهیه اطلاعات واقعی هیدرولیک و رسوب در اراضی دست نخورده، نشان دادند 90 درصد مقاومت برشی جریان ناشی از اندام های پوشش گیاهی است و تنش برشی معادل 1800-3000 دین بر سانتی متر مربع لازم است تا سر کانال تشکیل شود در صورتی که با برداشت علوفه تا سطح خاک این مقاومت تا 25 درصد کاهش یافته است.
