بخشی از مقاله
مقدمه
برای بررسی فرسایش خاک و اندازهگیری آن در یک منطقه سه روش شامل مطالعات کرتی تحت باران طبیعی، نموگرافها و شبیهسازهای تولید کننده باران مورد استفاده قرار میگیرد . - Sheng et al., 2006 - مطالعات رواناب تحت شرایط طبیعی با وابستگی به باران به علت تغیرپذیری آن از نظر شدت، اندازه قطرات، انرژی قطرات و توزیع زمانی و مکانی محدود شدهاند.
در مقابل شبیهسازهای باران یک مجموعه اطلاعات سریع و تکرارپذیر را در مطالعات مزرعهای و آزمایشگاهی در اختیار میگذارند. از طرفی دیگر چون اندازهگیری میزان فرسایش خاک تحت شرایط باران طبیعی زمانبر و پرهزینه میباشد، استفاده از شبیهسازهای باران میتواند در حل این مشکل راهگشا باشد . - Peres-Latorre et al., 2010 - در سالهای اخیر اندازهگیری فرسایش خاک با استفاده از بارانسازهای مصنوعی مورد توجه محققان واقع شده است و به دلیل داشتن مزایای ذکر شده نسبت به بارانهای طبیعی، برای پژوهش در زمینه-های مختلف فرسایش و تولید رواناب در سطح جهان بسیار رایج میباشد .
- Pan and Shangguan, 2006 - از سال 1930 همزمان با توسعه مدلسازی هیدرولوژیکی، محققان مختلفی شبیهسازهای باران را جهت بررسی فرسایش خاک طراحی و مورد استفاده قرار دادهاند - Navas et al., 1990; Truman and Bradford, 1990; Vermang et al., . - 2009; Sande and Chu., 2011 دولی و هایس - 1932 - از جمله اولین محققانی بودند که شبیهسازی باران را برای اندازهگیری هدررفت خاک بکار بردند.
به طور کلی شبیهسازهای باران ابزارهای مناسبی برای بررسی تغییرات خاکهای مختلف تحت فرآیند فرسایش و همچنین ارزیابی شرایط محیطی متفاوت مانند شیب زمین، رطوبت اولیه و شدتهای متفاوت باران میباشند . - Barry et al., 2010 - دامنه کم شدت باران، ارتفاع کم و هزینههای نسبتا بالا جهت ساخت از جمله معایب تحقیقات پیشین در زمینه ساخت شبیهسازهای باران بود. از اینرو پژوهش حاضر با هدف طراحی یک دستگاه شبیهساز باران قابل حمل با توانایی ایجاد شدتهای مختلف جهت بررسی فرآیندهای فرسایش آبی در مطالعات صحرایی انجام شد.
مواد و روشها
در این تحقیق یک بارانساز مصنوعی جهت پژوهش در زمینه جنبههای مختلف فرسایش آبی تحت شرایط طبیعی و مزرعه طی سال 1390 در دانشگاه زنجان طراحی و ساخته شد. مجموعه دستگاه شبیهساز باران از مخزن آب، صفحه بارش، پایههای جلویی قابل تنظیم، چرخهای متحرک و درب فلزی تشکیل شده است - شکل . - 1 برای ساخت دستگاه ابتدا یک چهارچوب فلزی - آهنی - با ابعاد 72 × 92 سانتیمتر و ارتفاع 215 سانتیمتر ساخته شد. برای ایجاد صفحه بارش از سیستم دورانی شلنگ تراز مستقر بر یک صفحه توری استفاده شد.
15 متر شلنگ تراز به صورت دایرههای متحدالمرکز و با فواصل 3-4 سانتیمتر از هم بر روی صفحه توری نصب شد. برای تولید قطرات باران از تعداد 470 سرسرنگ کوچک 3/8 سانتیمتری به عنوان نازل استفاده شد. طوری که نازلها با فواصل 3×3 سانتیمتری نسبت به همدیگر قرار گرفتند. ارتفاع پایههای جلویی دستگاه به وسیله پیچ تنظیم تا 50 سانتیمتر قابل گسترش هستند. هدف از این کار حذف اثر شیب بر دستگاه و استقرار آن روی سطح تراز بود.
برای حذف تأثیر باد بر سقوط آزاد قطرات، از پوشش پلاستیکی در پیرامون دستگاه استفاده شد - شکل . - 1 برای جلوگیری از تابش مستقیم نور آفتاب، آسیبهای احتمالی و همچنین استقرار مخزن آب بر روی دستگاه، صفحه ریزش باران توسط یک درب فلزی پوشانده شد. جهت ایجاد بارش ابتدا آب تحت فشار ثابت از داخل مخزن آب به صفحه بارش وارد شده و به واسطه نازلها به صورت قطراتی در آمده و به صورت بارانی مصنوعی به طور یکنواخت بر سطح خاک تحت آزمایش برخورد مینماید. برای واسنجی دستگاه بارانساز و تعیین شدت آن از 12 ظرف پلاستیکی دایرهای شکل در طول و عرض دستگاه استفاده شد.
نتایج و بحث
از آنجا که تمام نازلهای بکاررفته در صفحه بارش دستگاه مورد نظر از نظر اندازه و شکل یکسان هستند قطر قطرات تولید شده یکسان و برابر 3/3 میلیمتر است. دستگاه توانایی تولید بارانی با شدتهای متغیر 50 تا 120 میلیمتر در ساعت را دارد که با استفاده از شیر مدرج و تنظیم آب ورودی به داخل مخزن قابل تغییر میباشد. جدول 1 ویژگیهایی از شبیهساز باران شامل حجم آب مصرفی دستگاه، عمق باران - بر اساس ابعاد دستگاه - و انرژی جنبشی باران در شدتهای مختلف آن را نشان میدهد. همان طور که مشاهده میشود میزان آب مصرف شده در شدتهای بالا نیز نسبتا ناچیز میباشد و در صورت یک منبع تامین کننده آب ورودی به راحتی میتواند در شدتهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد.
مزیت دیگر این دستگاه وجود چرخهای ثابت و متحرک در پایههای آن میباشد که قابلیت انتقال آن را در شرایط مختلف سطوح زمین با وجود ارتفاع نسبتا زیاد آن فراهم میکند. از اینرو تنها یک نفر نیز قادر به راهاندازی ِآن جهت انجام آزمایش میباشد. از طرفی وجود پایههای متحرک در قسمت جلویی دستگاه کاربرد دستگاه را در شیبهای مختلف ممکن میسازد. همچنین درب فلزی بکار رفته در بالای دستگاه، قابلیت باز و بسته شدن را جهت تعمیر یا تعویض قطعات بکار رفته در صفحه بارش به آن میدهد.
