بخشی از مقاله
مقدمه
فرسایش خاک به وسیله آب که مهمترین نوع فرسایش خاک در دامنهها میباشد، شامل جداسازی، انتقال و رسوب ذرات خاک توسط قطرات باران و جریان رواناب سطحی است . - Flanagan, 2002 - در بین عوامل اقلیمی، باران به عنوان یکی از مهمترین عوامل فرساینده خاک است . - Bonilla and Vidal, 2011 - توانایی قطرات باران در تخریب خاک تابعی از انرژی جنبشی قطرات باران است . - Loureiro and Couthino, 2001 - انرژی جنبشی باران متناسب با شدت بارندگی افزایش مییابد.
ضربات باران در شدتهای بالا میتواند ذرات بیشتری را جدا ساخته و بیشترین تخریب خاکدانه و بیشترین تجمع رواناب را در سطح خاک ایجاد کند . - Ekwue and Ramoutar, 2011 - از سوی دیگر بارانهای شدید، نفوذپذیری خاک را به سرعت کاهش میدهند و در نتیجه رواناب به سرعت تشکیل میشود و خاک را با خود حمل میکنند . - Rose, 1993 - از این رو بارانهای با شدت بالا دارای انرژی جنبشی و فرسایندگی بالایی میباشند. در کنار شدت بارندگی، مدت بارندگی شاخصی مهم در فرسایندگی باران میباشد. غلامی و همکاران - 1389 - نشان دادند که شاخص حاصل از ضرب انرژی جنبشی رگبار در شدت باران در پایه زمانی 20 دقیقه نسبت به دیگر پایههای زمانی، بیشترین همبستگی را با هدررفت خاک - r=0/81 - داشت. نیککامی و همکاران - 1384 - نشان دادند که شاخص مبتنی بر حداکثر شدت در پایههای زمانی 60 و 120 دقیقه، بیشترین همبستگی را با رسوب در کرتها داشت.
نتایج تحقیقات پیشین نشان داد که تعیین پایهی زمانی مناسب برای فرسایندگی باران در هر منطقه اقلیمی، قبل از اجرای طرحهای حفاظت و کنترل فرسایش خاک امری ضروری است. استفاده از یک پایه زمانی شدت بارندگی در همه جا از اعتبار کافی برخوردار نبوده و ضروری است تا با توجه به شرایط مختلف اقلیمی هر منطقه، بهترین پایه زمانی شدت بارندگی برای ارائه شاخص فرسایندگی تعیین و به کار برده شود. در این راستا، این مطالعه بر اساس اندازهگیری صحرایی هدررفت خاک با استفاده از بارانهای شبیهسازی شده به منظور تعیین مؤثرترین پایه زمانی شدت بارندگی انجام گرفت.
مواد و روشها
این تحقیق در دامنهای شیبدار - با شیب 8 درصد - در غرب زنجان واقع در 36 01' 52" عرض شمالی و 44" 48 25' طول شرقی در سال 1391 انجام گرفت. به منظور تعیین رواناب در شدت و تداومهای مختلف بارندگی، آزمایش در هشت شدت بارندگی و شش تداوم بارندگی با پنج تکرار انجام گرفت. برای این منظور در مجموع 48 کرت فرسایشی ایجاد شد. کرتها به ابعاد60 سانتیمتر 80× سانتیمتر در امتداد زمین ایجاد شدند و تحت رخدادهای باران شبیهسازی شده با شدتهای 15، 25، 35، 45، 55، 65، 75 و 85 میلیمتر بر ساعت و تداومهای 7/5، 15، 22/5، 30، 37/5 و 45 دقیقه قرار گرفتند.
شدت و تداومهای بارندگی بر اساس مشخصات بارانهای منطقه طراحی شدند. برای این منظور اطلاعات بارندگی از گرافهای باراننگار ثبت شده در منطقه ایستگاه قلتوق در استان زنجان برای دوره آماری 10 سال 1380 - تا - 1389 استخراج شد. برای اعمال بارانها و بررسی رواناب و رسوب از یک دستگاه شبیهساز باران استفاده شد. صفحه بارش دستگاه به ابعاد 60×80 سانتیمتر و ارتفاع آن 215 سانتیمتر بود. قطر قطره تولید شده به وسیله دستگاه 2/8 میلیمتر بود. پیش از شروع هر رخداد، رطوبت پیشین خاک به روش وزنی تعیین شد.
پس از هر رخداد بارش، حجم مخلوط رواناب و رسوب با اندازهگیری مستقیم توسط استوانه مدرج تعیین شد. پس از هم زدن مخلوط، نمونه کوچک یک لیتری از آن برداشت و برای تعیین میزان رسوب به آزمایشگاه منتقل شد. در آزمایشگاه میزان رسوب پس از عبور دادن از کاغذ صافی واتمن 42، در آون در دمای 105 درجه سانتیگراد خشک و توزین شد. بر مبنای غلظت رسوب نمونه، حجم کل رواناب و جرم کل رسوب در هر رخداد تعیین شد.
برای آگاهی از ویژگیهای خاک دامنه از سه نقطه از زمین نمونه برداشت شد و جرم مخصوص ظاهری، درصد نسبی ذرات معدنی، میانگین وزنی قطر خاکدانههای پایدار، ماد آلی، آهک، گچ، هدایت الکتریکی و درصد سدیم تبادلی در نمونههای خاک با استفاده از روشهای رایج اندازهگیری شدند. پیش از تحلیل دادهها، دادههای هدررفت خاک ابتدا از نظر توزیع نرمال به روش هیستوگرام مورد بررسی قرار گرفتند. تأثیر شدت باران بر زمان شروع رواناب و حجم رواناب با آزمون دانکن بررسی شد. برای این منظور از نرمافزار SPSS نسخه 18 استفاده شد.
نتایج و بحث
بر اساس نتایج تجزیه خاک - جدول - 1، خاک مورد آزمایش دارای بافت لوم شنی بود. مقدار ماده آلی خاک پایین بود 0/84 - درصد - و خاکدانهها پایداری اندکی - MWD=1/42mm - داشتند . با توجه به بالا بودن نسبی مقدار گچ و آهک، خاک مورد آزمایش در گروه خاکهای گچی- آهکی قرار داشت. همچنین خاک مورد بررسی از نظر شوری - EC= 2/8 dS/m - و سدیمی - ESP= 6/17 - ، در گروه خاکهای غیر شور و غیر سدیمی قرار داشت.
بررسی همبستگی بین هدررفت خاک و شاخصهای مختلف - جدول - 2 نشان داد که شدت بارندگی در پایهی زمانی 7/5 دقیقه - I7.5 - نسبت به سایر پایههای زمانی I15 - ، I22.5، I30 و - I37.5 از همبستگی بالاتری با هدررفت خاک در کرتهای کوچک - r=0/81 - برخوردار بود. این موضوع بیانگر اهمیت شدتهای بارندگی در دورههای زمانی کوتاه مدت در فرسایش خاک میباشد. با افزایش پایهی زمانی شدت بارندگی، ضریب همبستگی روند کاهشی نشان داد به طوری که در پایه زمانی 37/5 دقیقه ضریب همبستگی تا 0/40 کاهش یافت. بر خلاف نتایج تحقیق حاضر، در بسیاری از تحقیقات پیشین که در مناطق نیمهخشک انجام گرفته است، شدت بارندگی در پایههای زمانی 30 دقیقه در استان گلستان - خرسندی و همکاران، - 1389، 60 دقیقه در استانهای کرمانشاه و زنجان - همتی و همکاران1386؛ نیککامی و همکاران، - 1386 و 20 دقیقه در استان کردستان - غلامی و همکاران، - 1389 اساس ارائه شاخص فرسایندگی بودند.
