تأثیر همزمان وزش باد و بارش باران بر پارامترهای هیدرولیکی جریان ورقه‌ای و شدت فرسایش بین‌شیاری

Abstract

چکیده سابقه و هدف: بسیاری از رگبارهای طبیعی با وزش باد همراه است. این در حالی است که تاکنون پژوهش جامعی در زمینه نقش باد در فرسایش ناشی از باران در شرایط آزمایشگاهی در ایران گزارش نشده است. پژوهش حاضر با هدف بررسی تأثیر سرعت‌های مختلف باد در تقابل با شدت‌های مختلف باران بر پارامترهای هیدرولیکی جریان ورقه‌ای و همچنین شدت فرسایش بین‌شیاری در چند خاک زراعی انجام شد. به این منظور، از یک دستگاه شبیه‌ساز همزمان باد، باران و رواناب که برای اولین بار در کشور طراحی و ساخته شده است، استفاده گردید. مواد و روش‌ها: ترکیب‌های مختلف از چهار سرعت باد شامل صفر، 6، 9 و 12 متر در ثانیه و سه شدت باران شامل 30، 50 و 75 میلی‌متر در ساعت بر روی سه خاک زراعی با بزرگترین اندازه ذرات 2، 75/4 و 8 میلی‌متر، هر یک در سه تکرار ایجاد شد. پارامترهای هیدرولیکی جریان شامل سرعت جریان، عمق لایه آب، تنش برشی، قدرت جریان و قدرت جریان واحد و همچنین شدت فرسایش بین‌شیاری اندازه‌گیری شد. در ادامه، تأثیر سرعت باد بر پارامترهای هیدرولیکی جریان ورقه‌ای و همچنین اثر این پارامترها بر شدت فرسایش بین‌شیاری مورد ارزیابی قرار گرفت. یافته‌ها: نتایج این پژوهش نشان داد که بسته به سرعت باد، شدت فرسایش بین‌شیاری بین 021/0 تا 22/0 گرم بر متر مربع در ثانیه متغیر است. در این پژوهش، سرعت 6 تا 9 متر بر ثانیه باد به‌عنوان حد آستانه تعیین شد. با افزایش سرعت باد به‌ویژه در سرعت‌های بیش از این آستانه، سرعت و قدرت جریان واحد افزایش و در مقابل، عمق جریان و تنش برشی کاهش یافتند. همچنین با افزایش سرعت باد تا مقدار آستانه، قدرت جریان ابتدا افزایش و در ادامه کاهش پیدا کرد. نتایج همچنین گویای این مطلب بود که افزایش سرعت باد از طریق تأثیر بر پارامترهای هیدرولیکی جریان ورقه‌ای، شدت فرسایش بین‌شیاری را کنترل می‌کند. با افزایش سرعت و قدرت جریان واحد، شدت فرسایش بین‌شیاری افزایش یافت در حالی که، افزایش عمق لایه آب و همچنین افزایش تنش برشی و قدرت جریان، به دلیل صرف بخشی از انرژی قطرات باران برای عبور از لایه آب، باعث کاهش شدت فرسایش بین‌شیاری شد. در واقع، رابطه عکس سرعت- عمق جریان، سایر پارامترهای هیدرولیکی را نیز تحت تأثیر قرار داد. از طرفی، با افزایش اندازه خاکدانه‌های در معرض فرسایش، عمق لایه آب افزایش و در مقابل، سرعت و قدرت جریان واحد کاهش و در نتیجه شدت فرسایش بین‌شیاری کاهش یافت. نتیجه‌گیری: یافته‌های این پژوهش نشان داد که در رگبارهای متأثر از وزش بادها به‌ویژه در سرعت‌های بیشتر از سرعت آستانه باد، به دلیل افزایش فرسایندگی باران، افزایش سرعت جریان رواناب و همچنین کاهش عمق لایه آب، شدت فرسایش بین‌شیاری تشدید می‌شود. همچنین مشخص گردید که با اعمال مدیریت صحیح خاک در اراضی کشاورزی در راستای افزایش اندازه و پایداری خاکدانه‌های موجود در سطح و در نتیجه افزایش ضریب زبری، می‌توان سرعت جریان رواناب و همچنین شدت فرسایش را کاهش داد. از منظر دیگر، وجود خاکدانه‌های درشت و پایدار در سطح، با افزایش عمق لایه آب موجود در سطح از برخورد مستقیم قطرات باران و تشدید فرسایش بین‌شیاری جلوگیری می‌کند. یافته‌های این پژوهش اهمیت و لزوم انجام آزمایش‌های بیشتر در زمینه فرآیندها و مکانیسم‌های فرسایش ناشی اثر همزمان وزش باد و بارش باران را نشان می‌دهد.

Keywords

• باران متأثر از باد
• سرعت جریان
• عمق آب
• سرعت باد
• شدت باران