بخشی از مقاله
چکیده
تشکیل شورک یا سفیدک نمکی در فصول خشک در مناطقی که سطح سفره زیرزمینی آزاد به سطح زمین نزدیک می شود، ممکن است بهصورت شدید و ناگهانی و یا تدریجی و تجمعی باشد. اثر ناگهانی و شدید به ناهنجاریهای رژیم آبی وابسته است و اثر تجمعی و تدریجی سفرهها در شوری بر اثر تبخیر در لولهBهای مویینه حاصل می شود و سال به سال مقدار نمک آن زیادتر می شود. این تحقیق بهمنظور کاهش جریان موئینگی آب زیر زمینی شور با استفاده از ماسه بادامی در سه ضخامت مختلف انجام شد. تجزیه و تحلیل دادهها با نرم افزار آماری excel انجام شد. نتایج نشان داد که استفاده از ماسه با ضخامت 15 سانتیمتر باعث کاهش صعود موئینگی میشود.
واژه های کلیدی: آب زیرزمینی شور، جریان موئینگی، ماسه بادامی .
مقدمه
با مرطوب شدن خاک ب اثر بارندگی، آبیاری و یا بالا آمدن سطح ایستابی، تبخیر از سطح خاک آغاز میشود. مقدار آب تبخیر شده بستگی به ویژگیهای خاک و شرایط اقلیمی محیط دارد. تبخیر از سطح خاک بخش عمدهای از بیلان آب بوده و به ویژه در نواحی خشک، اراضی بایر و دیمزارها، میتوان آن را عمدهترین جزء در بیلان آب دانست. همچنین عامل شور شدن خاکها در این گونه مناطق که سطح ایستابی در آنها بالاست، خیزش آبهای زیرزمینی به نزدیکی سطح خاک و تبخیر در آن میباشد. به طور کلی روشهای مؤثر جهت کنترل تبخیر از سطح خاک تنها در گرو شناخت فرآیند تبخیر در شرایط و حالت-های مختلف میسر میباشد و برای مشخص کردن عمق سطح سطح ایستابی مناسب، باید روابط بین عمق سطح ایستابی، ویژگیهای خاک و نیز شدت تبخیر مشخص گردد - هیلل،1998 و گاردنر، . - 1958
تبخیر از سطح خاک طی سه مرحله انجام میBگیرد. در مرحله اول، تبخیر با شدت ثابت از سطح خاک مرطوب صورت گرفته و در این شرایط عوامل مؤثر بر تبخیر همانند عوامل مؤثر بر تبخیر از سطح آزاد آب است. شدت تبخیر در این مرحله توسط شرایط خارجی - اقلیمی - کنترل میشود. با کاهش رطوبت در لایه ی سطحی خاک، مرحله ی دوم تبخیر آغاز میگردد و در طول آن رطوبت لایههای زیرین بر اثر خیز موئینگی به سطح خاک میرسد تا تلفات رطوبت در سطح خاک را تا حدودی که شرایط اقلیمی و خاک اجازه میدهد، جبران نماید. شدت تبخیر در این مرحله متغیر بوده و بستگی به قابلیتهای انتقال آب در نیمرخ خاک دارد. مرحله سوم تبخیر با خشک شدن بیش از حد لایهی سطحی خاک و تأثیر آن در کاهش هدایت هیدرولیکی خاک آغاز میBشود.
در این مرحله از تبخیر، انتقال آب از میان لایهی خشک شده بوسیله پخشیدگی بخار آب صورت میBگیرد - هیلل، . - 1998در شرایطی که سطح آب زیزمینی بالا باشد، امکان تبخیر مقدار قابل توجهی آب از این منابع وجو دارد تبخیر یا مستقیما از سطح ایستابی صورت گرفته و یا آنکه آب از طریق نیروی کاپیلاریته تا سطح خاک بالا آمده و سپس از آنجا تبخیر میگردد.آب پس از تبخیر، نمکهای خود را در خاک باقی گذاشته و باعث شور شدن آن میگردد - علیزاده، . - 1384 بنابراین خیزش آب زیرزمینی خصوصا در شرایطی که سطح آب زیرزمینی شور بالاست دو پیامد را ناشی میشود:-1اتلاف رطوبت -2تجمع املاح در سطح خاک و شور شدن خاک.موئینگی یکی از پدیدههای رایج در مکانیک خاکهای غیراشباع است.
در این پدیده آب حفرهای بدلیل وجود گرادیان هیدرولیکی از تراز آزاد به ترازهای بالاتر و در جهت عکس نیروی ثقل صعود میکند.این پدیده در بسیاری از سازههای خاکی نیز رخ میدهد، برای نمونه میتوان به تراوش در نواحی بالای سطح آزاد آب در سدهای خاکی، همچنین صعود آب در خاکریز زیر جادهها و مشکل یخبندان ناشی از آن اشاره کرد. پایین آوردن سطح ایستابی از طریق زهکشی قطعا میتواند آهنگ صعود موئینگی و تبخیر را کاهش دهد ولی زهکشی عملی هزینهBبر میباشد و در شرایطی نیز امکان زهکشی بدلیل نبود خروجی مناسب وجود ندارد.در تحقیقی مشاهده شد که هر چه خلل و فرج درشت و پیوسته باشد مانند شبکه سرخرگ و سیاهرگ، آب نافذ را به سرعت انتقال داده و هوا را خارج میسازد. بنابرین، شبکهBایی از چنین خلل و فرج درشت به علتهایی چون افزایش سطح تماس آب با خاک و کاهش اعوجاج خلل و فرج موئینهایی خاک و هدایت هوا جابهBجا شده به خارج باعث افزایش سرعت نفوذ میشود - دیکسون و همکاران، . - 1971
جریان رو به بالای حالت پایای آب از سفره آب زیرزمینی در داخل نیمرخ خاک به ناحیه تبخیر در سطح خاک را اولین بار موور در سال 1939 بررسی کرده است. اگر لوله باریکی در سطح جدایی محیط آب و هوا قرار داده شود بدلیل وجود اختلاف فشار، سیال دارای فشار کمتر - آب - داخل لوله صعود میکند تا تعادل هیدرواستاتیکی در سطح پائین لوله برقرار شود. بنابراین مهمترین عامل صعود موئینگی، اختلاف فشار بین آب و هوا است - ایوات و همکاران، . - 1995 محققینی نیز برای محاسبه صعود موئینگی در خاکهای غیر اشباع به رابطه جدیدی که متفاوت از رابطه ترزاقی بود دست یافتند - فرشباف و همکاران، . - 1386
مواد و روشها
بهمنظور کاهش صعود موئینگی آب زیرزمینی شور توسط ذرات درشت بافت مانند ماسه بادامی تحقیقی در مهر ماه 1390 در دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان انجام شد. این تحقیق که به مدت 6 ماه بطول انجامید به شرح زیر میباشد: در پنج سانتیمتر کف سطلهایی به ارتفاع 30 سانتیمتر که هر پنج سانتیمتر مدرج شده بود، خاک ریز بافت با هدایت الکتریکی 4,2 میلی موس بر سانتیمتر ریخته شد سپس در بالای این خاک از ماسه بادامی به ضخامتهای متغیر 5 و 10 و 15 سانتیمتر در سه تکرار استفاده شد. در بالای ماسه نیز خاک ریخته شد. سطلهای محتوی خاک و ماسه که دارای سوراخهایی در کف بودند داخل تشت های محتوی آب شور با هدایت الکتریکی 26 میلی موس بر سانتیمتر به مدت یک ماه در دما و شرایط یکسان قرار داده شد تا صعود آب شور داخل سطل صورت گیرد. بعد از این مدت لایههای 5 سانتیمتری خاک را جدا کرده تا خشک شود.
برای مشخص شدن کاهش صعود کاپیلاری در لایههای فوقانی ماسه اقدام به تعیین هدایت الکتریکی لایهها شد. زیرا که اگر ماسه بتواند جلوی جریان رو به بالای آب را بگیرد، بالطبع توانسته شوری را نیز کاهش دهد. خاکهای هوا خشک کوبیده شد و از الک 10 مش رد شد. سپس در داخل بشر پلاستیکی توسط آب مقطر اشباع شد. عمل اشباع کردن هم به این صورت بود که به خاک آنقدر آب مقطر اضافه میشود تا خاک حالت خمیری پیدا نماید. به اندازهای که به آهستگی جریان یابد و در سطح آن نور منعکس گردد و آب اضافی بر روی آن نباشد. بشر محتوی خمیر اشباع را با پلاستیک پوشانده تا تبخیر صورت نگیرد. 24 ساعت نمونه را به حال خود گذاشته تا فاز جامد و مایع خاک به حال تعادل در آید و املاح موجود در خاک به صورت محلول در آیند.
جهت عصارهگیری پس از شستشوی دقیق وسائل از جمله قیف بوخنر و لوله زیر آن با آب مقطر، یک عدد کاغذ صافی بر روی آن قرار داده و محتویات بشر حاوی گل اشباع را روی آن میریزیم. با تکان دادن قیف، گل اشباع را کاملاً بر روی کاغذ صافی به طور یکنواخت پهن نموده و پس از قرار دادن بر روی بشر متصل به پمپ، پمپ مکش را روشن نموده تا عصاره گل اشباع به تدریج خارج شود. عمل عصاره گیری در خاکهای سبک سریعتر صورت میگیرد. با ایجاد درز و ترک بر روی سطح خاک و عبور هوا میتوان به وسیله کاردک درز و ترک ها را بسته تا مقدار بیشتری عصاره خارج گردد. در نهایت تا زمانی که میزان کافی عصاره خارج گردید، پمپ را خاموش و عصاره جهت تعیین میزان نمکها در ظرف تمیزی نگهداری شود. در مرحله آخر نیز هدایت الکتریکی توسط ECسنج تعیین شد.تجزیه و تحلیل دادهها و رسم نمودارها توسط نرمافزار آماری Excel انجام شد.
نتیجهگیری
نتایج اندازهگیری شوری در شکلهای 1تا 4 مشخص شده است. طبق این نمودار 1 درلایههای بالای ماسه بادامی 15 سانتیمتر EC کاهش داشته است. طوری که در سطح خاک کمترین هدایت الکتریکی را نسبت به کف که در معرض مستقیم آب شور قرار داشت و شاهد نشان داده است. ودر شکل 2 و3 که مربوط به ماسه بادامی 10 و 5 سانتیمتر بودند در لایههای بالای این ضخامتهای ماسه EC ابتدا کاهش و در سطح خاک افزایش چشمگیری داشته است و این امر را میتوان به عدم مانع شدن جریان رو به بالای این ضخامتهای ماسه نسبت داد و جریان دائم رو بالای آب شور و تبخیر در سطح خاک باعث تجمع نمک در لایه بالایی و داشتن بیشترین EC شده است. چون اکثر آبهای زیززمینی سطحی ایران شور است، لذا پس از تبخیر، شوری آب به خاک افزوده میشود و بتدریج آن را از حیز انتفاع ساقط میسازد.
بنابراین تعبیه یک سیستم زهکشی مناسب که از بالا آمدن آب جلوگیری کرده، ضمناً آب اضافی خاک را انتقال دهد، در کلیه پروژههای عمرانی چنین مناطقی بایستی در نظر گرفته شود تا نتایج سوء گذشته تکرار نشود. بنابراین زهکش برای مهار و تنظیم شوری و جلوگیری از ماندابی شدن خاک از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است اما گاهی به دنبال این منافع، اثرات منفی زیست محیطی بوجود میآورد. لذا در این تحقیق که بجای استفاده از سیستم زهکشی در مناطقی که آب تحت الارضی بالایی داشته و بدلیل نبود خروجی مناسب و پرهزینه بودن پروژههای زهکشی، امکان ایجاد زهکش وجود ندارد از ماسه بادامی در سه ضخامت استفاده شد، نتایج طبق نمودار شماره 4 نشان داد که کاربرد ماسه بادامی با ضخامت 15 سانتیمتر میتواند جلوی صعود آب یا به عبارت دیگر جلوی جریان کاپیلاری را بگیرد و در نتیجه از حرکت رو به بالای نمک و تجمع آن در سطح خاک جلوگیری کند.
علت این امر نیز به دلیل درشت بودن ذرات ماسه بادامی و در نتیجه افزایش شعاع لوله موئینه و بدنبال آن کاهش صعود کاپیلاری است.در نتیجه توصیه میB شود بجای سیستمهای پرخرج زهکش از ماسه بادامی به ضخامت 15 سانتیمتر جهت جلوگیری از جریان موئینگی و شوری خاک استفاده شود.همان طور که در نمودار مشاهده میشود کمترین شوری در سطح خاک در بین سه ضخامت مورد نظر ماسه نسبت به شاهد مربوط به ماسه بادامی میباشد طوری که میتوان نتیجه گرفت ماسه بادامی به ضخامت 15 سانتیمتر میتواند از جریان رو به بالای آب شور جلوگیری کند.
