بخشی از مقاله
مقدمه
امروزه تخریب اراضی به طور عام و فرسایش خاک به طور خاص از جمله مهمترین مشکلات پیش روی نسل-های فعلی و آینده بشر به شمار میروند. به همین دلیل ضرورت بررسی عوامل موثر بر آنها از اولویتهای پژوهشی در اکثر کشورهای جهان قرار گرفته است. از عوامل اصلی تخریب و انتقال خاک در فرسایش آبی، برخورد قطرات باران با سطح خاک و تشکیل رواناب میباشد - رفاهی، . - 1386 یکی از انواع مهم فرسایش آبی، فرسایش بین شیاری است که در مناطقی از جهان که در آنها شدت بارندگی زیاد است میتواند قابل توجه باشد Meyer - ، . - 1981 سقوط قطرات باران و برخورد با سطح خاک به عنوان اولین رویداد در این نوع فرسایش به شمار میرود Qinjuan - و همکاران، . - 2008
نقش اصلی پاشمان در جدایش ذرات خاک قبل از جابجایی آنها توسط جریان سطحی است. جریانهای سطحی کمعمق، ذرات خاک را از سطح تخلیه نموده و این مواد با توجه به اندازه، چگالی، شکل و شرایط حاکم بر جریان به شکلهای مختلف به سمت پاییندست منتقل میشوند Kinnell - ، . - 2006 عوامل متعددی بر شدت فرسایش تاثیر میگذارند که در بین اینها، عامل شیب یکی از عوامل موثر بر فرسایش میباشد، یکی از جنبههای عامل شیب، اثر طول شیب است. نتایج تحقیقات گذشته نشان داده است که شدت فرسایش، با افزایش طول شیب به ویژه وقتی که تندی شیب به بیش از 10 درصد میرسد، افزایش مییابد Kinnell - ، . - 2000از دیدگاهی دیگر، فرسایش خاک فرآیندی دینامیک است که دارای تغییرات زمانی زیادی است - محمودآبادی و سیرجانی، . - 1390 از جمله مهمترین مشخصههای فرسایشی که دارای تغییرات زیادی است، توزیع اندازه ذرات رسوب است - محمودآبادی و سیرجانی، . - 1390
توزیع اندازه ذرات خاکدانه به طور گسترده در زمان و مکان متغیر است Skidmore - و Layton، . - 1992 به طور کلی توزیع اندازه ذرات رسوب متاثر از عواملی نظیر توزیع اندازه ذرات خاک اصلی، میزان و نحوه خرد شدن خاکدانهها در حین فرسایش، سرعت تهنشینی ذرات در اندازههای مختلف و انتقال انتخابی ذرات با اندازههای متفاوت میباشد - محمودآبادی و روحیپور، . - 1390 در شرایط طبیعی این تغییرات در اثر تغییر نیروهای فرساینده و عوض شدن شرایط و خصوصیات بستر فرسایشی رخ میدهد. فرسایش آبی ممکن است با ایجاد تغییر در بافت خاک، موجب توزیع مجدد اندازه ذرات موجود در لایه سطحی خاک شود و میتواند به طور قابل ملاحظهای باعث تخریب خصوصیات خاک گردد Pieri - و همکاران، . - 2009 در تحقیق حاضر توزیع اندازه ذرات خاک فرسایشیافته پس از پایان رخداد فرسایش، در موقعیتهای مکانی متفاوت در فرسایش ناشی از باران و رواناب، در طول شیبهای مختلف بررسی شد.
مواد و روشها
تحقیق حاضر با استفاده از سامانه شبیهساز باران و رواناب پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری که مجهز به یک فلوم شیبپذیر به ابعاد 6*1 متر است و قابلیت شبیهسازی باران و رواناب به طور مجزا یا همزمان را دارد، انجام شد - محمودآبادی، . - 1386 برای انجام این آزمایش از یک نمونه خاک مارنی مربوط به منطقه طالقان که قبلا توسط ذرتیپور - 1391 - مورد آزمایش قرار گرفته بود، استفاده شد. از ویژگیهای قابل توجه این خاک درصد بالای رس - حدود 50 درصد - است. قبل از انجام آزمایش، آمادهسازی فلوم انجام شد که این آمادهسازی شامل دو مرحله زیرسازی و روسازی فلوم است. در مرحله زیرسازی با ذرات ماسهای درشت دانه یا گراول لایهای به عنوان لایه زهکش به ضخامت 5 سانتیمتر در کف فلوم ایجاد شد.
این لایه عمل زهکشی آب مازاد ناشی از باران و رواناب را از کف فلوم انجام میدهد. در مرحله روسازی فلوم، خاک موردنظر را به ضخامت 20 سانتیمتر روی لایه زهکش ریخته شد که با استفاده از غلطک فشرده شد تا به وزن مخصوص خاک منطقه مطالعاتی - طالقان - رسید. عملیات اشباعسازی خاک از زیر و 24 ساعت قبل از انجام هر آزمایش صورت گرفت. آزمایشها پس از خروج آب اضافی مربوط به اشباع اولیه، با قطع جریان زهکش در خروجی فلوم، تنظیم شیب فلوم و شدت بارندگی انجام شد - محمودآبادی، . - 1386 تمامی آزمایشها با شیب ثابت 20 درصد و شدت بارندگی 55/9 میلی-متر بر ساعت انجام شدند. آزمایشها با طول شیب 1 و 6 متر با همان شیب و شدت بارندگی ذکر شده انجام شدند. در آزمایش بعدی با طول شیب 12 متر علاوه بر اعمال بارندگی با همان شدت و شیب قبلی، دبی اندازه-گیری شده از آزمایش 6 متری نیز از ابتدای فلوم وارد شد. به همین ترتیب در طول دامنه 18 متری نیز دبی خروجی اندازهگیری شده از طول شیب 12 متر وارد شد.
در پایان، به منظور دانهبندی خاک فرسایش یافته پس از انجام هر آزمایش و حداکثر تا یک ساعت بعد از اتمام رواناب، از خاک فرسایشیافته نمونهبرداری شد. در این راستا، در موقعیت وسط فلوم - در آزمایش یک متری - و سه موقعیت 0/5، 3 و 5/5 متر - در آزمایش های 6، 12 و 18 متری - نمونهبرداری از 5 میلیمتری سطح خاک صورت گرفت. توزیع اندازه ذرات بزرگتر از 0/063 میلیمتر با الک تر و ذرات کوچکتر از آن با هیدرومتری انجام شد - محمودآبادی، . - 1386 به منظور بررسی هر چه دقیق-تر ذرات انتقالیافته برای خاک مورد نظر از نظر توزیع اندازه ذرات، نمودار توزیع اندازه ذرات به 10 کلاس اندازه با جرم یکسان تفکیک گردید. سپس بر اساس مرز کلاسهای 10 گانه خاک اصلی، سهم هر یک از کلاسهای اندازه در مکانهای مختلف در خاک فرسایشیافته تعیین شد - محمودآبادی و سیرجانی، . - 1391
نتایج و بحث
پس از پایان رخداد فرسایش، تغییرات منطقی در توزیع اندازه ذرات موجود در سطح خاک بوجود میآید Pieri - و همکاران، . - 2009 شکلهای 1 و 2، درصد جزء 10 کلاس اندازه را در سطح خاک فرسایشیافته در انتهای آزمایش در طول شیبهای متفاوت نشان میدهد. همانگونه که مشاهده میشود، درصد جزء هر کلاس اندازه در خاک اصلی 10 درصد میباشد. بنابراین، مقادیر بیشتر از 10 درصد در هر کلاس اندازه، به معنای تجمع آن بخش از ذرات در سطح خاک میباشد. در دامنه یک متری دانهبندی خاک فرسایش یافته ریزتر از خاک اصلی است، در این طول شیب بخش اعظم باران در خاک نفوذ کرده و جریان ایجاد شده قدرت کافی برای جدا کردن ذرات خاک را ندارد - شکل 1 ، سمت راست - .
همچنین با توجه به شکل 1، سمت چپ در دامنه 6 متری با پیشروی از بالادست به سمت پایین دست فلوم اندازه ذرات به سمت اندازه ریزتر میل پیدا میکند. این روند در دامنه 12 متری نیز مشاهده میشود - شکل 2، سمت راست - . در حالی که در طول 18 متر در 0/5 متر ابتدائی، توزیع اندازه ذرات خاک فرسایشیافته درشتتر از دو دامنه 3 و 5/5 متری است و دانهبندی در وسط فلوم بر خلاف مشاهدات دو دامنه قبلی ریزتر از انتهای فلوم است - شکل 2، سمت چپ - . با توجه به تمامی نمودارها مشاهده میشود دو کلاس اندازه 0/003 و 0/008 میلیمتر در خاک فرسایش یافته نسبت به سایر کلاسها در خاک اصلی بیشتر است، این روند در تمامی طول شیبها دیده میشود.
طبق نتایج بهدست آمده با افزایش فاصله از بالادست به سمت پاییندست فلوم، میزان ذرات ریز در سطح خاک افزایش و در مقابل ذرات درشت کاهش مییابد. علت اصلی این است که در راستای طول شیب، به دلیل افزایش
