بخشی از مقاله
مقدمه
فرسایش ورقهای یکی از مهمترین انواع فرسایش به ویژه در اراضی کشاورزی است Sirjani - و Mahmoodabadi، . - 2013 از آنجا که رسوبات حاصل از این نوع فرسایشعمدتاً متشکل از ذرات ریز حاوی غلظت بالای مواد مغذی و آلایندهها است، لذا فرسایش ورقهای از اهمیت زیادی برخوردار میباشد. از طرفی، انتقالپذیری ذرات رسوب و میزان جذب مواد مغذی و آلاینده توسط آنها، فرآیندی انتخابی است. با این دیدگاه، علاوه بر اهمیت تولید رسوب، مطالعه توزیع اندازه ذرات رسوب نیز مهم و ضروری میباشد
فرسایش خاک پدیدهای دینامیک است که برای درک بهتر آن، لازم است تغییرات مکانی و زمانی فرآیندهای مرتبط با آن مورد توجه قرار گیرد
بهطور کلی، در طی و بعد از وقوع فرسایش توزیع اندازه ذرات در معرض فرسایش تغییر میکند. فرسایش آبی ممکن است با ایجاد تغییر در توزیع اندازه ذرات خاک، موجب بازتوزیع اندازه ذرات موجود در لایه سطحی خاک شود و میتواند بهطور قابل ملاحظهای باعث تخریب خصوصیات خاک گردد
ذراتی که کمتر توسط جریان حمل میشوند، بیشتر در سطح خاک باقی مانده و در مقابل، بستر خاک از ذراتی که بیشتر حمل شدهاند، تخلیه می-شود
از آنجا که در تحقیقات قبلی به بررسی تغییرات مکانی توزیع اندازه ذرات رسوب در خاک فرسایش یافته پس از رخداد فرسایش پرداخته نشده است، این تحقیق به بررسی دقیقتر توزیع اندازه ذرات در خاک فرسایشیافته میپردازد که میتواند در راستای توسعه مدلهای فرآیندی فرسایش گامی مؤثر محسوب گردد.
مواد و روشها
در تحقیق حاضر از یک نمونه خاک زراعی تهیه شده از عمق صفر تا 20 سانتیمتری سطحی استفاده شد. در آزمایشگاه، بافت خاک مورد مطالعه لوم رسی تعیین شد که حاوی 21 درصد کربنات کلسیم معادل و 0/82 درصد کربن آلی بود. پس از هوا خشک کردن، نمونه خاک از الک 2 میلیمتری عبور داده شد.
به منظور شبیهسازی فرسایش ورقهای از یک دستگاه فلوم شیبپذیر متعلق به آزمایشگاه شبیهسازی فرسایش دانشگاه شهید باهنر کرمان استفاده شد. برای شبیهسازی فرسایش ورقهای و جلوگیری از ایجاد شیار، پس از انجام آزمایشهای متعدد به روش آزمون و خطا، طول و عرض سطح مورد آزمایش به یک در 0/2 متر کاهش داده شد. آزمایشها به صورت ترکیب دو شیب 1/5 - و 2 درصد - و دو دبی جریان 100 - و 200 میلیلیتر در ثانیه - انجام شد. برای هر آزمایش، پارامترهای هیدرولیکی نظیر، شدت جریان واحد و قدرت جریان محاسبه گردید. ترکیب آزمایشها و همچنین مقادیر قدرت جریان در هر آزمایش در جدول 1 ارائه شده است.
جدول -1 ترکیب آزمایشهای انجام شده بر روی خاک مورد مطالعه
در هر آزمایش پس از انتقال نمونه خاک به داخل فلوم، مراحل تسطیح، اشباعسازی و تخلیه زهکش انجام شد. پس از تنظیم و تثبیت شیب و دبی مورد نظر، بلافاصله هر آزمایش شروع شد. مدت هر آزمایش بسته به زمان لازم برای رسیدن به شرایط پایدار بین 20 تا 45 دقیقه متغیر بود. برای تعیین توزیع اندازه ذرات فرسایشیافته، از سطح خاک فرسایشیافته بعد از هر آزمایش، سه نمونه از سه مکان ابتدا، میانه و انتهای فلوم تهیه شد. توزیع اندازه ذرات ثانویه هر نمونه به روش الک تر با استفاده از سری الکهای استاندارد تعیین گردید. در این تحقیق به منظور بررسی دقیقتر توزیع اندازه ذرات فرسایشیافته، نمودار توزیع اندازه ذرات خاک-رسوب بر مبنای 10 کلاس اندازه با جرم یکسان تهیه گردید.
نتایج و بحث
با توجه به اهمیت توزیع اندازه ذرات ثانویه در حالت تر در فرسایش آبی، این توزیع برای خاک مورد مطالعه در شکل 1 نشان داده شده است. با توجه به شکل 1 بیشترین فراوانی مربوط به ذرات با اندازه 0/25 تا 0/063 میلیمتر میباشد. به طوریکه حدود 54 درصد ذرات در این دامنه اندازه قرار دارد.
شکل -1 توزیع اندازه ذرات ثانویه در حالت تر برای خاک مورد مطالعه
درصد جزء 10 کلاس اندازه ذرات رسوب در سه مکان ابتدا، میانه و انتهای فلوم در ترکیبهای تیماری مورد نظر در شکل 2 نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود در تمام آزمایشها با افزایش فاصله از ابتدای فلوم به سمت انتهای فلوم، ذرات در کلاسهای اندازه ریز در سطح خاک باقی مانده افزایش یافته است و در مقابل از میزان ذرات درشتتر در سطح خاک فرسایش یافته کاسته شده است.
این امر میتواند ناشی از دو عامل باشد. اول اینکه ذرات ریزی که از بالادست منتقل شدهاند در نقاط پایین دست رسوب کردهاند. همچنین از آن-جا که یک منبع ذرات ریز میتواند ناشی از خرد شدن خاکدانهها در طی رخداد فرسایش باشد، عامل دوم می-تواند ناشی از خرد شدن ذرات درشتی باشد که از بالادست به پایین دست فلوم منتقل شدهاند و از این رو موجب افزایش ذرات ریز در نقاط پایین دست شده است. از این رو، احتمال تجمع مواد مغذی و آلاینده در خاک مناطق پایین دست و در نتیجه آلودگی آن بیشتر میباشد.
شکل -2 درصد جزء 10 کلاس اندازه ذرات رسوب در سه مکان ابتدا، میانه و انتهای فلوم در چهار ترکیب تیماری - الف - a، - ب - b، - ج - c و - د - d
از سوی دیگر، همانطور که در شکل 2 مشاهده میشود، درصد جزء 10 کلاس اندازه ذرات در سطح خاک فرسایش یافته در سه مکان ابتدا، میانه و انتهای فلوم دارای یک پیک میباشد. در دبی جریان 100 میلیلیتر بر ثانیه در هر دو شیب 1/5 و 2 درصد به دلیل پایین بودن قدرت جریان، ذرات درشت در سطح خاک باقی مانده است و در نتیجه این پیک تقریباً در کلاسهای اندازه متوسط تا درشت وجود دارد.
