بخشی از مقاله
چکیده
فرسایش خمیریشکل یک معضل فراگیر همراه با پیامدهای ناگوار برای اکوسیستمهای طبیعی در بیشتر نقاط دنیا محسوب میشود. در این پژوهش به بررسی رفتار رئولوژیک خاک و تاثیر آن بر فرسایش خمیریشکل پرداخته شد. برای این منظور، شیبتپهای در کاربری جنگل انتخاب و سه پروفیل به ترتیب در بالای شیب تپه ، میانه شیبتپه و انتهای شیبتپه حفر گردید. نمونهبرداری از دو لایهی سطحی و زیر سطحی در هر پروفیل انجام و برخی ویژگیهای فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی خاک نظیر بافت، ماده آلی، کربناتکلسیم معادل - آهک - ، رطوبت اشباع، حد روانی، حد خمیری و ظرفیت تبادل کاتیونی تعیین شد. همچنین آزمایشات رئولوژیکی خاک بهمنظور تعیین رفتار خاک نیز انجام گردید.
نتایج نشان داد که رفتار خاک شبهپلاستیک بوده و موقعیت میانهی شیب به دلیل دارا بودن پایینترین میزان تنش تسلیم و قوام سیال خاک کمترین مقاومت برشی را دارا بوده و بیشترین احتمال وقوع فرسایش خمیریشکل را دارد.
مقدمه
فرسایش تودهای خود به چهار شکل گوناگون رخ میدهد که فرسایش سیلانگل یا خمیریشکل1 از مهمترین انواع آن میباشد - هیلل، . - 1998 جریان گل ویژگیهایی شبیه سیالات دارد و بنابراین ویژگیهای رئولوژیکی2 می توانند بیانگر چگونگی وقوع این پدیده باشند. رئولوژی علم توصیف رفتار مواد در معرض تنشهای اعمال شده است که راهی را برای تعیین مقاومت جریان رسوبات ریز فراهم میکند. یکی از ویژگیهای رئولوژیکی رسوب، تنشتسلیم - - 3 است که به صورت کمترین تنش لازم برای جریان یافتن رسوب تعریف شده است
به بیان دیگر، زمانی که تنش اعمال شده کمتر از تنشتسلیم است، تغییر شکل گل، قابل بازگشت و الاستیک است. در مقابل زمانی که تنش اعمال شده بیش از تنشتسلیم باشد تغییر شکل غیر قابل بازگشت بوده و گل، شروع به روان شدن کرده و جریان مییابد. بنابراین تنشتسلیم میتواند به عنوان تنش بحرانی مورد نیاز برای شروع فرسایش خاک باشد
با توجه به اینکه فرسایش سیلانگل پیامدهای ناگواری برای اکوسیستمهای طبیعی در بیشتر نقاط دنیا دارد باید از وقوع آن تا حد امکان پیشگیری نمود که لازمه آن انجام پژوهشی جامع در این راستا و عوامل اصلی اثرگذار بر وقوع آن میباشد، بنابراین پژوهش حاضر با هدف تعیین عوامل موثر بر تنش تسلیم خاک و رخ دادن این فرسایش انجام گردید.
مواد و روشها
منطقهی مورد مطالعه
منطقه مورد مطالعه، بخش از حوزه آبخیز شهرستان رابر استان کرمان میباشد. حوزه آبریز رابر-کرمان دارای مساحتی بالغ بر 250 هزار هکتار در بخش جنوب خاوری کشور و در موقعیت جغرافیایی 56 و 45 و 10 تا 57 و 24 و 26 طول جغرافیایی و 28 و 47 و 43 تا 29 و 18 و 19 عرض شمالی واقع گردیده است که دارای سه نوع کاربری اراضی غالب مرتع، پوشش جنگلی و زراعت است. کاربری جنگل دارای 17 درصد پوشش درختی شامل گونهی غالب بادام کوهی1، بنه2 و کیکوم3 و 37 درصد مرتعی شامل گونههای گون4 و درمنه5 و همچنین 18 درصد سنگریزه سطحی میباشد
شکل .1 موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه و نمایی از شیبتپهی مورد مطالعه در کاربری جنگل
نمونهبرداری خاک
به منظور تعیین و بررسی خواص رئولوژیک خاک در منطقه مورد مطالعه، نمونهبرداری خاک با استفاده از حفر پروفیل انجام شد. برای این منظور سه پروفیل در منطقهای دارای فرسایش خمیری شکل و پوشش گیاهی خوب جنگلی حفر گردید. پروفیلها در رأس شیبتپه با فرسایش زیاد، وسط شیبتپه با فرسایش متوسط و انتهای شیبتپه با فرسایش کم حفر گردید. در نهایت نمونهبرداری خاک از دو لایهی سطحی و زیرسطحی صورت گرفت.
آزمایشهای فیزیکی - شیمیایی
پس از نمونهبرداری، نمونههای خاک هوا خشک و پس از عبور دادن از الک دو میلیمتری به آزمایشگاه منتقل شدند. سپس در نمونه خاکهای برداشتشده از هر لایه، برخی ویژگیهای فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی آنها در سه تکرار اندازهگیری گردید. ماده آلی کل خاک به روش واکلی- بلک - Walkley and Black, 1934 - ، اجزا بافت خاک به روش پیپت - Gee and Bauder, 2002 - ، میزان آهک خاک به روش تیتراسیون معکوس - Nelson, 1982 - ، CEC به روش باور - بیات و همکاران، - 1390، حدروانی توسط دستگاه کاساگراند، حد خمیری به روش فتیله نواری - 1ZHNH HW DO. 2014 - در سه تکرار اندازهگیری شد. برای تعیین رطوبت اشباع 100 میلیلیتر آب مقطر را به 50 گرم از نمونه خاک اضافه نموده و پس از گذشت یک هفته، آب رویی، خارج و مقدار رطوبت رسوب اشباع اندازهگیری شد
آزمایشهای تعیین رفتار رئولوژیک خاک
در این پژوهش، به بررسی رفتار رئولوژیک مخلوط سیلت و رس خاک پرداخته شد. بدین منظور از هر پروفیل در هر موقعیت از شیبتپه یک نمونهی همگن تهیه و برای انجام آزمایشات رئولوژی از الک 0/05 میلیمتر عبور داده شد. برای انجام آزمایشهای تعیین رفتار رئولوژیک خاک، نیاز به تهیه نمونههای خاک به حالت خمیریشکل با افزودن آب به میزان کافی بود. برای این منظور میزان آب مورد نیاز برای آمادهسازی نمونههای خاک از تقسیم کردن رطوبت اشباع بر رطوبت قابل استفاده حاصل شد
میزان رطوبت قابل استفاده نیز با استفاده از دستگاه صفحه فشاری تعیین گردید. پس از تعیین رطوبت مورد نیاز، به نمونهها اضافه و برای رسیدن به تعادل آبی، بهمدت 24 ساعت در ظروف پلاستیکی درب بسته قرار داده شدند. به منظور تعیین رفتار رئولوژیک نمونههای خاک، از دستگاه رئومتر Physica Anton Paar - ، مدل MCR 300 ساخت اتریش - که مجهز به سیستم اندازهگیری صفحات موازی 25 PP بود، استفاده شد. کلیه آزمونها در این پژوهش در حالت CSR1 انجام شد. پیش از اعمال تنش برشی و انجام آزمایش، بهمنظور همگنسازی و جلوگیری از تهنشینی، تمامی نمونهها با نرخ برش 100S-1 بهمدت 30 ثانیه توسط دستگاه هم زده شدند و سپس با رعایت فاصله زمانی بیشینه یک دقیقه، نمونهها در محفظه نمونه تخلیه شدند.
آنگاه با استفاده از سیستم صفحه- صفحه2 و در دمای ثابت 25 درجه سیلسیوس میزان تغییرات تنشبرشی بهعنوان تابعی از سرعتبرشی در دامنه 0/01 تا 1000S-1 ، به مدت سه دقیقه اندازهگیری شد. برای محاسبه تنشتسلیم هر نمونه نیز از مدل بینگهام، کاسون و هرشل بالکلی استفاده گردید. بهمنظور توصیف رفتار جریانی نمونههای خاک نیز نمودارهای تنش برشی در مقابل نرخ - سرعت - برشی اعمال شده برای همه نمونهها رسم گردید و با برازش دادن مدل پاورلا3 بر آنها ضریب پایداری یا قوام - k - و شاخص رفتار جریان - n - بدست آمد.
نتایج و بخث
جدول 1 توصیف آماری ویژگیهای فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی خاک شیبتپهی منطقهی مورد مطالعه در کاربری جنگل میباشد. بر اساس توزیع اندازهی ذرات خاک، بافت غالب خاک در این شیبتپه شامل لوم، لوم سیلتی و لوم شنی بود. میانگین ماده آلی 1/14 درصد بوده و میزان آن از بالای شیب به سمت پایین شیب روندی کاهشی داشته است. میزان کربنات کلسیم معادل - آهک - در این شیبتپه بین 20 تا 25 درصد بود. بیشترین میزان شن و کمترین میزان سیلت و رس در بالای شیب و بیشترین میزان سیلت در میانهی شیب مشاهده شده است که خود شواهدی از حرکت مواد ریزدانه در اثر فرسایش آبی از بالای شیب و تجمع آنها در میانه و پایین شیب است. ظرفیت تبادل کاتیونی - CEC - نیز در این کاربری پایین بود که نشان دهندهی پایین بودن میزان رس و وجود رسهای با فعالیت پایین در این کاربری است.
