بخشی از مقاله
چکیده:
جهت برآورد شدت جریان ذرات معلق حاصل از فرسایش بادی خاکهای اطراف دریاچه ارومیه، یکی از کانونهای گرد و غبار انتخاب و در طول مدت یکسال مورد مطالعه قرار گرفت. تعداد 56 عدد نمونهگیرBSNE اصلاح شده در ارتفاعات - 0/15 1 - 0/5 و 2 متری در 14 نقطه نصب و شدت جریان ذرات معلق در ارتفاعات و زمانهای مختلف محاسبه گردید. نتایج نشان داد که با افزایش ارتفاع از سطح خاک، شدت جریان ذرات معلق کاهش مییابد. بیشترین شدت جریان در اسفند 1394 مشاهده گردید. همچنین نتایج نشان دهنده معنیدار بودن اثر زمان و مکان نمونهبرداری بر شدت جریان بود. بین شدت جریان و مجموع بارندگی ماهانه رابطه عکس وجود داشت. نتایج نشان داد که 90 درصد شدت جریان در زیر ارتفاع 120 سانتیمتری از سطح خاک منتقل میشود.
مقدمه
طبق گزارش FAO در حدود 430 میلیون هکتار از اراضی خشک جهان که در برگیرنده 40 درصد از سطح زمین است، مستعد فرسایش بادی است. مطالعات زیادی میزان فرسایش بادی کل و انتقال گرد و غبار را تخمین زده است، اما بعلت اینکه باد فقط، ذرات گرد و غبار را حرکت نمیدهد، بلکه ذرات درشت تر خاک - شن - را نیز حرکت میدهد، در نتیجه تخمین میزان فرسایش بادی غیرقطعی خواهد بود.
میزان انتشار جهانی گرد و غبار در محدوده500 -3320 Tg yr-1 گزارش شده است . - FAO, 2015 - بسیاری از اثرات زیانآور فرسایش بادی توسط ذرات معلق - SSD 1ذرات با قطرکوچکتراز 0/1میلیمتر - تولید شده در فرایندهای فرسایش، ایجاد میشود. از این اثرات میتوان به کاهش حاصلخیزی خاک، کاهش میدان دید که منجر به بسته شدن فرودگاهها و سوانح جادهای میشود، آلودگی غذا و آب آشامیدنی، آلودگی هوا، مشکلات تنفسی و خسارات اقتصادی، اشاره نمود . - Mirzamostafa, 1998 - فرسایش بادی در اراضی اطراف دریاچه ارومیه بعلت خشکشدن مساحت عظیمی از این دریاچه در سالهای اخیر و پیدایش دشتهای نمکی فراوان، یکی از مشکلات اساسی است.
با توجه به اهمیت مطالعه ریزگردها و ذرات معلق در منطقه، فراهم نمودن ابزار صحرایی دقیق جهت نمونهبرداری و مطالعه ذرات گرد و غبار بیش از پیش احساس میشود. از سال 1957 که اولین نمونه گیرها ابداع شد تا کنون، تغییرات زیادی در جهت افزایش کارایی در نمونهگیرها روی داده است، که آخرین و پیشرفتهترین نمونهگیر برای جمعآوری ذرات معلق، نمونهگیر BSNE میباشد که اولین بار توسط Donald Fryrear در سال 1986 در ایالت تگزاس آمریکا ساخته شد.
از مهترین ویژگیهای این نمونهگیر، توانایی جهتیابی به سمت بادهای فرساینده، امکان جمعآوری نمونهها از ارتفاعات مختلف در یک موقعیت یکسان، ساده بودن ساخت آن، کمترین نیاز به نگهداری و مراقبت برای دورههای طولانی مدت، با دوام بوده و قابلیت بدست آوردن دادههای مربوط به توزیع عمودی و توزیع افقی را داراست Goossens . - Fryrear, 1986 - و - 2012 - Buck با 1-Suspension-size dust -2 وسعت دریاچه ارومیه 5822 کیلومترمربع میباشد که مستقیماً با ارتفاع آب دریاچه رابطه دارد. بر اساس آمار دولت ایران در سال 1392 بیش از %80 آن خشک شده است، یعنی مساحتی در حدود 4657 کیلومتر مربع تبدیل به پهنههای نمکی شده است
استفاده از اندازهگیریهای صحرایی و تونل بادی، قابل استفاده بودن نمونهگیرBSNE را برای اندازهگیری غلظتهای محدود ذرات کوچکتر از 10 میکرون - PM10 - ، گرد و غبار قابل تنفس - PM4 - ، PM2.5 و PM1 مورد بررسی قرار داده و به این نتیجه رسیدند که نمونهگیر BSNE مشابه چندین نمونهگیر وزنی اتوماتیک عمل کرده و برای ذرات PM10 در محدوده سرعت باد 5-11 متر بر ثانیه میتواند به کار رود. Dong و - 2010 - et al. از نمونهگیر اصلاح شده BSNE برای اندازهگیری شدت جریان افقی ذرات معلق گرد و غبار در منطقه Minqin کشور چین استفاده نمود. با توجه به عدم وجود اطلاعات کافی در خصوص وضعیت فرسایش بادی در اطراف دریاچه ارومیه، نیاز به انجام تحقیقی در این خصوص بسیار لازم میباشد.
متأسفانه تاکنون در سطح کشور از نمونهگیر BSNE جهت جمعآوری ذرات حاصل از فرسایش بادی استفاده نشده است. نادریزاده و همکاران - - 1392 در مطالعهای که بر روی توزیع اندازه ذرات و غلظت برخی عناصر موجود در گرد و غبار مناطق شهری و صنعتی داشتند، از برگهای درخت نخل بعنوان نمونهگیر گرد و غبار استفاده نمودند. هدف از این تحقیق تعیین شدت جریان افقی ذرات معلق حاصل از فرسایش خاکهای اطراف دریاچه ارومیه نمونهبرداری شده از ارتفاعات، زمان و مکانهای مختلف بوسیله نمونهگیر BSNE و تجزیه و تحلیل آماری آن میباشد.
مواد و روشها
جهت انجام این تحقیق منطقهای در قسمت جنوب شرقی دریاچه ارومیه واقع در 30 کیلومتری جاده تبریز- آذرشهر، بخش گوگان، روستای خاصلو که از کانونهای گرد و غبار میباشد، انتخاب گردید. مختصات جغرافیایی منطقه، واقع در طول شرقی 45 51.771 E و عرض شمالی 37 47.675 N با اقلیم سرد و نیمه خشک است. نمونه خاکی که از منطقه و از سطح 0-15 سانتیمتری برداشته شد، دارای 28 درصد شن، 40 درصد سیلت، 32 درصد رس، وزن مخصوص ظاهری خاک منطقه 1/34gr.cm-3 و بافت خاک لوم رسی است.این منطقه شدیداً بعلت بادهای فرساینده، در معرض فرسایش بادی است.
اطلاعات هواشناسی در طول مدت اجرای تحقیق و همچنین میانگین 11 ساله از اداره هواشناسی شهرستان تبریز اخذ گردید. 56 عدد نمونهگیر BSNE اصلاح شده با مشخصات: پهنا و ارتفاع دهانه نمونهگیر به ترتیب 20 و 10 میلیمتر، مش ضدزنگ 18 در دهانه نمونهگیر جهت ورود ذرات گرد و غبار به نمونهگیر و مش ضدزنگ 120 در بالای نمونهگیر جهت اجازه دادن به خروج هوا و سینی نمونهگیر جهت انباشته شدن مواد منتقل شده توسط هوا ساخته شد - شکل-1 سمت راست - .
تعداد 4 عدد نمونهگیر بر روی یک دیرک پایهدار واحد در ارتفاعات 1 -0/5 -0/15 و 2 متری - Fryrear and et al., 1991 - بر روی 14 دیرک در نقاط مختلف - طبق الگوی شکل -1سمت چپ - 3 در زمینی به مساحت 3,2 هکتار نصب و در پایان هر ماه - از اسفند 1394 تا بهمن - 1395 تخلیه و ذرات جمعآوری شده پس از خشک شدن، وزن گردید - نمای واقعی نمونهگیرهای ساخته شده و تخلیه هر یک از نمونهگیرها در شکل 2 آمده است - . جهت محاسبه شدت جریان افقی ذرات معلق، ابتدا وزن ذرات معلق با استفاده از منحنی توزیع اندازه ذرات - سری الکها با مشهای شماره 18، 30، 60، 100، 200، 270 و - 400 در هر یک از ارتفاعهای مختلف از سطح خاک و زمانهای نمونه برداری بدست آمد، سپس شدت جریان بر حسب kg.m-2.day-1 با استفاده از رابطه 1 محاسبه شد.
در رابطه 1، F شدت جریان ذرات معلق - kg. m-2. day-1 - ، =W وزن ذرات معلق نمونهبرداری شده توسط نمونهگیر - کیلوگرم - و S مساحت سطح مقطع دهانه نمونهگیر - مترمربع - ، T زمان - روز - میباشد. طبق نتایجی که Goossens و Buck - 2012 - کسب نمودند، بین کارایی نمونهگیر BSNE و سرعت باد رابطهای وجود نداشت، درنتیجه کارایی نمونهبرداری را نسبت به سرعت باد ثابت فرض نموده و برای تخمین کارایی برای ذرات معلق از رابطه 2 استفاده نمودند. این رابطه برای-3 این حالت اجازه جمعآوری دادههای صحرایی را صرف نظر از جهت باد را میدهد و محدودهای از طولهای صحرایی ر ابا کمترین تعداد محلهای قرارگیری نمونهگیر را فراهم میکند
ذرات بزرگتر از 100 میکرون - حد فوقانی ذرات معلق - به عدد 1 نزدیک و ثابت میشد. در این تحقیق نیز در برآورد کارایی نمونهگیر ساخته شده و محاسبات شدت جریان از این رابطه استفاده گردید.
در رابطه 2، =y کارایی نمونهگیر - درصد - و =x قطر ذرات - میکرون - میباشد. تجزیه و تحلیلهای آماری دادههای بدست آمده توسط نرم افزار آماری SPSS انجام شد و نمودارهای مورد نیاز بوسیله نرم افزار Excel رسم گردید.
شکل-1 سمت راست - نمونهگیرBSNE - ابعاد به میلیمتر - . سمت چپ - نقشه نصب14 عدد دیرک حاوی نمونهگیرها
شکل-2 نمای واقعی نمونهگیرهای ساخته شده و تخلیه هر یک از نمونهگیرها
نتایج و بحث
نتایج تجزیه واریانس اثرات اصلی و متقابل تیمارهای ارتفاع از سطح خاک - چهار ارتفاع 0/15، 0/5، 1 و 2 متر - و زمان نمونهبرداری - از اسفند 1394 تا بهمن - 1395 بر روی شدت جریان ذرات معلق جمعآوری شده در جدول1 ارائه شده است. همانطور که از نتایج بر میآید اثرات اصلی ارتفاع از سطح خاک و زمان نمونه برداری و اثر متقابل آنها در سطح احتمال 1 درصد معنیدار بود. نتایج مقایسه میانگین اثر متقابل ارتفاع از سطح خاک و زمان نمونه برداری در شکل 2 نشان داده شده است.
همانطور که در شکل 3 مشاهده میگردد، با افزایش ارتفاع از سطح خاک شدت جریان ذرات معلق کاهش یافت، که با نتایج Zobeck و - 1986 - Fryrear و Dong و - 2010 - et al. مطابقت دارد. همچنین مشاهده گردید که در اسفند 1394 بیشترین شدت جریان ذرات معلق بدست آمد، دادههای هواشناسی منطقه - شکل - 6 نشان میدهد که در اسفند ماه میزان بارندگی کمتر بوده در نتیجه خشکی سطح خاک دلیل زیاد بودن شدت جریان ذرات معلق است.
