بخشی از مقاله
چکیده
رواناب با سپري شدن مدت زمانی پس از بارندگی شکل گرفته و تا حد زیادي وابسته به ویژگیهاي بارندگی، پوشش سطح زمین، خاك و شیب است. با تعیین آستانه شروع رواناب توسط شبیهساز باران میتوان با سرعت و دقت بیشتر و هزینه کمتر مقدار بارشی را که سبب آغاز رواناب در شرایط مختلف میشود، تخمین زد. پس از آگاهی از آستانه شروع رواناب میتوان براي کاهش حجم سیلابها، کاهش هزینه خسارات سیل و فرسایش، کنترل فرسایش تشدید شونده و استفاده بهتر از نزولات برنامهریزي نمود. این تحقیق با هدف تعین رابطه آستانه شروع رواناب با خصوصیات سطحی خاك و پوشش گیاهی انجام شد. از اینرو، از یک دستگاه شبیهساز باران استفاده گردید. پس از استقرار دستگاه بارانساز تعداد 45 نمونه برداشت و آستانه شروع رواناب ثبت گردید همچنین خصوصیات سطحی خاك - درصد خاك لخت، درصد سنگ و سنگریزه، درصد لاشبرگ - و همچنین درصد پوشش گیاهی نیز در محل نمونهبرداري اندازهگیري و ثبت شد.
نتایج نشان داد که متوسط زمان آستانه شروع رواناب در نمونهها 4/69 دقیقه میباشد. بین آستانه شروع رواناب با پوشش گیاهی و درصد سنگ و سنگریزه همبستگی معکوس وجود داشته اما این همبستگی معنیدار نمیباشد. بین مشخصه درصد خاك لخت و آستانه شروع رواناب همبستگی از نوع مثبت و مستقیمی وجود دارد اما این همبستگی نیز معنیدار نیست. همبستگی بین درصد لاشبرگ و آستانه شروع رواناب معنیدار و از نوع مثبت میباشد r=0.483 - و PValue< - 0.001 و تاثیرگذاري درصد لاشبرگ نسبت به سه خصوصیت دیگر بر روي آستانه شروع رواناب بیشتر بوده و این خصوصیت بیشتر از خصوصیات دیگر این متغیر را تحت تاثیر قرار میدهد.
واژههاي کلیدي: آستانه شروع رواناب، پوشش سطحی خاك، بارانساز، آبخیز قرهشیران
-1 مقدمه
عاملهاي اصلی تخریب و انتقال خاك در فرسایش آبی، برخورد قطرههاي باران با سطح خاك و رواناب هستند. در مجموع میتوان گفت اثرات متقابل عاملهاي مختلف در آبخیز کنترل کننده پاسخ هیدرولوژیکی آن به شکل رواناب است .[1] رواناب با سپري شدن مدت زمانی پس از بارندگی شکل گرفته و تا حد زیادي وابسته به ویژگیهاي بارندگی، پوشش سطح زمین، خاك و شیب است. شدت بیشتر باران، درصد پوشش گیاهی پایین، درصد بالاي خاك لخت و کاهش ظرفیت آبگیري لایه هاي سطحی خاك موجب افزایش حجم رواناب شده و در ادامه نیروي بیشتري براي کنش و انتقال ذرات خاك آماده میشود. هرچند اولویتبندي عاملهاي مؤثر بر زمان شروع رواناب تا حد زیادي به مقیاس مورد بررسی وابسته است .[2] اما صرف نظر از اولویت و در مجموع میتوان گفت ویژگیهاي بارندگی، شرایط خاك، پوشش سطح خاك، پوشش گیاهی و شیب در تمامی مقیاسها از جمله مهمترین عامل هاي مؤثر بر زمان تشکیل رواناب هستند 3] و .[4
آگاهی از زمان شروع رواناب و شناخت عاملهاي مؤثر بر آن براي ارائه راه کار مدیریتی براي ایجاد تأخیر در وقوع و کاهش مقدار رواناب ضروري است. پوشش گیاهی از طریق دریافت باران موجب تبخیر بخشی از آن از یک سو و انتقال آهسته بخشی دیگر از آن به سطح زمین میگردد و در عین حال با ایجاد مانع در مقابل حرکت آب روي زمین سبب افزایش نفوذ آب به داخل خاك میشود و به این ترتیب تأثیر قابل ملاحظهاي روي رواناب سطحی آبخیزها به جاي میگذارد .[5] ظرفیت جذب رطوبت اولیه تا شروع رواناب نمایه مهمی در تعیین ظرفیت تغذیه طبیعی و شکل گیرى رواناب میباشد که به عنوان تلفات اولیه بارش و یا آستانه رواناب شناخته شده است. همچنین، برآورد این مؤلفه در کاربردهاى آبشناختی از جمله برآورد سیلاب مورد نیاز میباشد .[6] پس از تعیین آستانه شروع رواناب1 در هر منطقه با استفاده از روشهاي بیولوژیک و عملیات مهندسی میتوان تمهیدات مناسب را بهکار گرفت و با برآورد صحیح و عملیات مدیریتی و مهندسی از تبدیل رواناب به سیلاب جلوگیري کرد .[7]
همچنین آستانه شروع رواناب نشاندهنده میزان نگهداشت آب خاكهاي مختلف است که به بافت آن خاكها مربوط میشود. مقدار آستانه زمانی اتفاق میافتد که برخی از مشخصات خاك مثل عمق خاك اشباع از آب شود بنابراین هنگامی که بارندگی کمتر از مقدار آستانه است هیچ روانابی اتفاق نمیافتد در حالی که بالاتر از این مقدار بخشی از بارندگی به رواناب تبدیل میشود .[8] با تعیین آستانه شروع رواناب توسط شبیهساز باران2 میتوان با سرعت و دقت بیشتر و هزینه کمتر مقدار بارشی را که سبب آغاز رواناب در شرایط مختلف میشود، تخمین زد. پس از آگاهی از آستانه شروع رواناب میتوان براي کاهش حجم سیلابها، کاهش هزینه خسارات سیل و فرسایش، کنترل فرسایش تشدید شونده و استفاده بهتر از نزولات برنامهریزي نمود .[3]
به نمونههایی از مطالعات انجام شده در خصوص تعیین و اندازهگیري آستانه شروع رواناب، در زیر اشاره میشود. کارنیلی و بنعاشر - 1993 - 3 در 4 حوزه در آریزوناي آمریکا با شبیهسازي رواناب روزانه مشاهده کرد که آستانه شروع رواناب تابعی از متوسط بافت خاك هر حوزه است و خاك هاي رسی کمترین آستانه و خاكهاي شنی بالاترین آستانه شروع رواناب را دارند و نتیجه گرفت که در حوزههاي جنوب غربی آمریکا مقدار رطوبت و آب خاك اثر مهمی در تولید رواناب دارد .[8] پونس و شتی4 - 1995 - از بارش سالانه و یک مدل بیلان آبی براي شبیهسازي تغییرات رواناب و آب پایه در چند حوزه آمریکا، آفریقا، کانادا و هند استفاده کردند. نتایج این بررسی نشان داد که آستانه شروع رواناب بستگی به اقلیم دارد و مقدار آستانه درمناطق نیمه خشک بیشتر ازمناطق نیمه مرطوب است .[9] شریفی و همکاران - 1383 -
با هدف تعیین آستانه شروع رواناب در مناطق خشک و نیمه خشک کشور از دستگاه شبیهساز باران استفاده نمودند. بارانساز در هر آزمایش در شدت، مدت، خاك، پوشش و شیبهاي مختلف قرار داده شده و شبیهسازي باران انجام گرفت و نتایج نشان داد که آستانه شروع رواناب از عوامل اقلیم، پوشش گیاهی و خاك بیشترین و از عامل شیب کمترین تاثیر را میپذیرد به گونهاي که هرچه اقلیم مرطوبتر و بارش بیشتر، پوشش گیاهی زیاد و خاك عمق و نفوذپذیري بالایی داشته باشد آستانه شروع رواناب بیشتر خواهد بود .[3] رئیسیان - 1384 - در یک بررسی صحرایی با استفاده از یک دستگاه شبیهساز باران قابل حمل، زمان شروع رواناب در خاكهایی با کاربري زراعی و مرتعی و در شرایط رطوبتی و شیبهاي مختلف را اندازهگیري نمود. نتایج نشان داد که با افزایش شیب، زمان شروع رواناب بهصورت یکنواخت کاهش مییابد. در اراضی با کاربري مرتع بر خلاف نتیجه آزمایشهاي انجام شده در اراضی زراعی در هر دو شرایط خشک و مرطوب، با افزایش شیب از 25 به 35 درصد زمان شروع رواناب نیز افزایش یافته است .[10] نجفیان و همکاران - 1389 -
در پژوهشی با عنوان اثر فرم رویشی و مقدار پوشش گیاهی بر تولید رواناب و رسوب اراضی مرتعی منطقه سوادکوه مازندران، به این نتایج دست یافتند که آستانه شروع رواناب در فرم رویشی گندمیان نیز به طور معنیداري نسبت به دو فرم رویشی پهن برگان و بوتهايها بیشتر است. آستانه شروع رواناب در درصد پوشش صفر و صد به طور معنیداري بهترتیب از همه کمتر و بیشتر است .[11] آقابیگیامین1 و همکاران - 2014 - ، در مطالعهاي تولید رواناب و رسوب را در دو تیپ گیاهی علفزار و بوته زار و با استفاده از شبیهساز باران مورد مقایسه قرار دادند. براي تعیین واحدهاي کاري پوشش گیاهی منطقه به دو تیپ گیاهی و هر تیپ به چهار جهت اصلی و دو طبقه شیب 12-20 - درصد - تقسیمبندي شد. نتایج نشان داد که تیپ گیاهی علفزار رواناب و رسوب بیشتري نسبت به بوتهزار تولید میکند، اما زمان شروع رواناب در علفزار کمتر از بوتهزار است. همچنین، جهت جغرافیایی، شیب و عوامل هدایت الکتریکی، کلسیم، رس و فسفر تاثیر معنیدار بر رواناب، رسوب و زمان شروع رواناب و یک رابطه خطی با آنها دارند .[12] هدف از پژوهش حاضر تعیین رابطه آستانه شروع رواناب که مقدار بارشی است که خاك سطحی را به مرحلهاي از رطوبت میرساند که بعد از آن رواناب آغاز میشود با خصوصیات سطحی خاك و پوشش گیاهی میباشد.
-2 روش تحقیق
مشخصات منطقه مورد مطالعه: حوزه آبخیز قره شیران در جنوب غرب اردبیل و جنوب شهر نیر واقع است. خروجی این حوزه آبخیز در شمال آن قرار داشته و با شهر نیر در حدود 3 کیلومتر فاصله دارد. از نظر موقعیت جغرافیایی، حوزه آبخیز در بین طولهاي 47° 56´ 32" تا 48° 04´ 53" شرقی و عرض هاي جغرافیایی 37 ° 52´ 34" تا 38° 00´ 00" شمالی واقع شده است. مساحت تقریبی این حوزه آبخیز 12234 هکتار میباشد. در شکل 1، موقعیت منطقه مورد مطالعه و محل نقاط نمونه برداري با دستگاه شبیهساز باران ارائه شده است.
