تغییرات زمانی تولید جریان و فرسایش شیاری در خاک مارنی تحت شدت‌های مختلف باران

Abstract

سابقه و هدف: فرسایش شیاری، یکی از عوامل اصلی هدررفت خاک در سازندهای مارنی است. این سازندها بسیار حساس به فرآیندهای فرسایش آبی بوده و گستره نسبتاً بزرگی را در برخی حوزه‌های آبخیز مناطق خشک و نیمه‌خشک دربرمی‌گیرد. فرسایش شیاری به عنوان پدیده‌ای فعال در این سازندها بوده و به طور زمانی طی سال، از رخ‌دادی به رخ‌داد دیگر یا طی یک رخ‌داد بارندگی تغییر می‌کند. تغییرات زمانی فرسایش شیاری طی یک رخ‌داد باران به دلیل تغییر خصوصیات خاک و تأثیر آن بر خصوصیات جریان متمرکز است. اطلاعات در مورد تغییرات زمانی فرسایش شیاری طی یک رخ‌داد بارندگی و تأثیر خصوصیات جریان بر آن می‌تواند در شناخت فرآیند فرسایش شیاری در دامنه‌ها کمک نماید. شدت تغییرات زمانی خصوصیات جریان و در نتیجه فرسایش شیاری ممکن است تحت تأثیر شدت باران قرار گیرد. از این رو این پژوهش با هدف بررسی تغییرات زمانی فرسایش شیاری و خصوصیات جریان در خاک مارنی تحت باران‌های با شدت متفاوت انجام شد. مواد و روش‌ها: آزمایش در شش رخ‌داد باران شبیه‌سازی شده با شدت متفاوت از 10 تا 60 میلی‌متر بر ساعت به مدت ثابت یک ساعت با سه تکرار در شرایط آزمایشگاهی انجام گرفت. نمونه‌های خاک از سازندهای مارنی در غرب زنجان برداشت شد و در فلومی به طول 4 متر و عرض 94/0 متر و با شیب 10 درصد ریخته شد. فرسایش شیاری در کنار خصوصیات جریان (دبی و غلظت جریان) در فاصله زمانی پنج دقیقه از آغاز رواناب در هر یک از باران‌های شبیه‌سازی شده مورد بررسی قرار گرفت. شدت فرسایش شیاری و خصوصیات جریان در برابر زمان به دست آمد و تفاوت‌ها بین شدت‌های بارندگی با استفاده از روش تجزیه واریانس تعیین شد. وابستگی فرسایش شیاری به خصوصیات جریان برای هر یک از شدت‌های بارندگی تعیین شد. برای انجام تحلیل‌های آماری از نرم‌افزار SPSS نسخه 21 استفاده شد. یافته‌ها: نتایج نشان داد که تفاوت‌های اساسی از نظر زمان آغاز جریان، دبی جریان، غلظت جریان و فرسایش شیاری بین شدت‌های بارندگی وجود دارد (0001/0>P). جریان شیاری و فرسایش شیاری با افزایش شدت بارندگی سریع‌تر اتفاق افتاد. فرسایش شیاری طی زمان به شدت افزایش یافت و در زمان‌های پایانی (حدود 45 دقیقه) به حد تقریباً ثابتی رسید. غلظت جریان نیز الگویی مشابه با فرسایش شیاری نشان داد. با این حال دبی جریان در زمان‌های پایانی افزایش چشم‌گیر پیدا کرد. در طی زمان 45 دقیقه، اغلب ذرات فرسایش‌پذیر، طی بارندگی دچار فرسایش شدند و پس از آن، جریان‌های شدید اما با غلظت (رسوب) پایین در شیارها مشاهده شد. رابطه‌ای قوی بین فرسایش شیاری و دبی جریان در شدت‌های مختلف‌ بارندگی مشاهده شد. نتیجه‌گیری: به طور کلی این پژوهش نشان می‌دهد که با تغییر شدت باران، آستانه وقوع فرسایش شیاری و اوج آن طی بارندگی تغییر می‌یابد. هم‌چنین روند تغییرات فرسایش شیاری طی بارندگی، با افزایش شدت بارندگی شدت پیدا می‌کند. در حالت کلی، با گذشت زمان بارندگی به دلیل افزایش دبی جریان، غلظت جریان و در نتیجه فرسایش شیاری افزایش می‌یابد. در زمان‌های اولیه بارندگی، وابستگی فرسایش شیاری به دبی جریان بیش‌تر است در حالی که در زمان‌های پایانی به دلیل انتقال بخش عمده ذرات فرسایش‌پذیر در زمان‌های قبل، الگوی تغییرات فرسایش شیاری شبیه به دبی جریان نیست.

Keywords

• دبی جریان
• ذرات فرسایش‌پذیر
• سازند مارنی
• شیار
• غلظت جریان