
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 622 |
تعداد مقالات | 6,489 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,608,259 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,199,921 |
تأثیر همزمان وزش باد و بارش باران بر پارامترهای هیدرولیکی جریان ورقهای و شدت فرسایش بینشیاری | ||
مجله مدیریت خاک و تولید پایدار | ||
مقاله 1، دوره 8، شماره 2، شهریور 1397، صفحه 1-22 اصل مقاله (1.37 M) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/ejsms.2018.14196.1787 | ||
نویسندگان | ||
روح اله رضایی ارشد1؛ مجید محمودآبادی* 2 | ||
1دانشجوی دکتری، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان. | ||
2دانشیار گروه علوم و مهندسی خاک دانشگاه شهید باهنر کرمان | ||
چکیده | ||
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. | ||
کلیدواژهها | ||
باران متأثر از باد؛ سرعت جریان؛ عمق آب؛ سرعت باد؛ شدت باران | ||
مراجع | ||
1.Ali, M., Sterk, G., Seeger, K.M., Boersema, M.P., and Peters, P.D. 2012. Effect of hydraulic parameters on sediment transport capacity in overland flow over erodible beds. Hydrol. Earth Syst. Sci. 16: 2. 591-601. 2.An, J., Zheng, F., Lu, J., and Li, G. 2012. Investigating the role of raindrop impact on hydrodynamic mechanism of soil erosion under simulated rainfall conditions. Soil Sci. 177: 8. 517-526. 3.Arjmand Sajjadi, S., and Mahmoodabadi, M. 2015. Sediment concentration and hydraulic characteristics of rain-induced overland flows in arid land soils. J. Soil Sed. 15: 710-721. 4.Asadi, H., and Rouhipour, H. 2007. The dynamic of sheet erosion. In Proceedings of the 10th Iranian Soil Science Congress. Pp: 1256-1257. (In Persian) 5.Bajracharya, R.M., Lal, R., and Elliot, W.J. 1992. Interrill erodibility of some Ohio soils based on field rainfall simulation. Soil Sci. Soc. Am. J. 56: 1. 267-272. 6.Bako, A.N., Darboux, F., James, F., Josserand, C., and Lucas, C. 2016. Pressure and shear stress caused by raindrop impact at the soil surface: scaling laws depending on the water depth. Earth Surf. Process. Land. 41: 9. 1199-1210. 7.Cornelis, W.M., Oltenfreiter, G., Gabriels, D., and Hartmann, R. 2004. Splash-saltation of sand due to wind-driven rain: horizontal flux and sediment transport rate. Soil Sci. Soc. Am. J. 68: 1. 41-46. 8.De Lima, J.L.M.P. 1989. The influence of the angle of incidence of the rainfall on the overland flow process. In: Proceedings of the Baltimore Symposium, New directions for surface water modeling. Baltimore, US. Pp: 73-82. 9.De Lima, J.L.M.P., Van Dijck, P.M., and Spaan, W.P. 1992. Splash-saltation transport under wind-driven rain. Soil Tech. 5: 151-166. 10.Defersha, M.B., Quraishi, S., and Melesse, A. 2011. The effect of slope steepness and antecedent moisture content on interrill erosion, runoff and sediment size distribution in the highlands of Ethiopia. Hydrol. Earth Syst. Sci. 15: 2367-2375. 11.Dimoyiannis, D., Valmis, S., and Danalatos, N.G. 2006. Interrill erosion on cultivated Greek soils: modelling sediment delivery. Earth Surf. Process. Land. 31: 8. 940-949. 12.Erpul, G., Gabriels, D., and Jannssens, D. 1998. Assessing the drop size distribution of simulated rainfall in a wind tunnel. Soil Tillage Res. 45: 3-4. 455-463. 13.Erpul, G., Gabriels, D., and Norton, D.L. 2005. Sand detachment by wind-driven raindrops. Earth Surf. Process. Land. 30: 241-250. 14.Erpul, G., Gabriels, D., and Norton, L.D. 2004. Wind effects on sediment transport by raindrop-impacted shallow flow: a wind tunnel study. Earth Surf. Process. Land. 29: 955-967. 15.Erpul, G., Norton, L.D., and Gabriels, D. 2003a. Sediment transport from interrill areas under wind-driven rain. J. Hydrol. 276: 184-197. 16.Erpul, G., Norton, L.D., and Gabriels, D. 2003b. The effect of wind on raindrop impact and rainsplash detachment. Trans. ASAE. 46: 1. 51-62. 17.Erpul, G., Norton, L.D., and Gabriels, D. 2002. Raindrop-induced and wind-driven soil particle transport. Catena. 47: 3. 227-243. 18.Fister, W., and Schmidt, R.G. 2008. Concept of a single device for simultaneous simulation of wind and water erosion in the field. In: Proceedings of the Conference on Desertification, Combating desertification: assessment, adaptation and mitigation strategies. 23: 106-113. 19.Fister, W., Iserloh, T., Ries, J.B., and Schmidt, R.G. 2011. Comparison of rainfall characteristics of a small portable rainfall simulator and a combined portable wind and rainfall simulator. Zeitschrift für Geomorphologie, Supplementary Issues. 55: 3. 109-126. 20.Fister, W., Iserloh, T., Ries, J.B., and Schmidt, R.G. 2012. A portable wind and rainfall simulator for in situ soil erosion measurements. Catena. 91: 72-84. 21.Fox, D.M., and Bryan, R.B. 1999. The relationship of soil loss by interrill erosion to slop gradient. Catena. 38: 211-222. 22.Gilley, J.E., Woolhiser, D.A., and McWhorter, D.B., 1985. Interrill soil erosion- Part I: development of model equations. Trans. ASAE. 28: 147-153. 23.Giménez, R., and Govers, G. 2002. Flow detachment by concentrated flow on smooth and irregular beds. Soil Sci. Soc. Am. J. 66: 5. 1475-1483. 24.Guy, B.T., Dickinson, W.T., Rudra, R.P., and Wall, G.J. 1990. Hydraulics of sediment-laden sheet flow and the influence of simulated rainfall. Earth Surf. Process. Land. 15: 101-118. 25.Huang, C.H., Norton, L.D., and Zheng, F.L. 2000. Vertical hydraulic gradient and run-on water and sediment effects on erosion processes and sediment regimes. Soil Sci. Soc. Am. J. 65: 955-956. 26.Hui-Ming, S.H.I.H., and Yang, C.T. 2009. Estimating overland flow erosion capacity using unit stream power. Int. J. Sed. Res. 24: 1. 46-62. 27.Iserloh, T., Fister, W., Marzen, M., Seeger, M., Kuhn, N.J., and Ries, J.B. 2013. The role of wind-driven rain for soil erosion–an experimental approach. Zeitschrift für Geomorphologie, Supplementary Issues. 57: 1. 193-201. 28.Issa, O.M., Bissonnais, Y.L., Planchon, O., Favis-Mortlock, D., Silvera, N., and Wainwright, J. 2006. Soil detachment and transport on field-and laboratory-scale interrill areas: erosion processes and the size-selectivity of eroded sediment. Earth Surf. Process. Land. 31: 8. 929-939. 29.Kheirabadi, H., Mahmoodabadi, M., Jalali, V.R., and Naghavi, H. 2018. Sediment flux, wind erosion and net erosion influenced by soil bed length, wind velocity and aggregate size distribution. Geoderma. 323: 22-30. 30.Kinnell, P.I.A. 1993. Interrill erodibilities based on the rainfall intensity flow discharge erosivity factor. Soil Res. 31: 3. 319-332. 31.Kinnell, P.I.A. 2005. Raindropimpactinduced erosion processes and prediction: a review. Hydrol. Process. 19: 14. 2815-2844. 32.Kinnell, P.I.A. 1991. The effect of flow depth on sediment transport induced by raindrops impacting shallow flows. Trans. ASAE. 34: 161-168. 33.Kinnell, P.I.A., and Wood, J.T. 1992. Isolating erosivity and erodibility components in erosion by rain-impacted flow. Trans. ASAE. 35: 201-205. 34.Mahmoodabadi, M., and Ahmadbeygi, B. 2013. Dry and water-stable aggregates in different cultivation systems of arid region soils. Arab. J. Geosci. 6: 2997-3002. 35.Mahmoodabadi, M., and Cerdà, A. 2013. WEPP calibration for improved predictions of interrill erosion in semi-arid to arid environments. Geoderma. 204-205: 75-83. 36.Mahmoodabadi, M., Ghadiri, H., Rose, C., Yu, B., Rafahi, H., and Rouhipour, H. 2014a. Evaluation of GUEST and WEPP with a new approach for the determination of sediment transport capacity. J. Hydrol. 513: 413-421. 37.Mahmoodabadi, M., Ghadiri, H., Yu, B., and Rose, C. 2014 b. Morpho-dynamic quantification of flow-driven rill erosion parameters based on physical principles. J. Hydrol. 514: 328-336. 38.Marzen, M., Iserloh, T., Casper, M.C., and Ries, J.B. 2015. Quantification of particle detachment by rain splash and wind-driven rain splash. Catena. 127: 135-141. 39.Morgan, R.P.C. 2005. Soil Erosion and Conservation. Third edition. Blackwell publishing. 314p. 40.Nearing, M.A., Bradford, J.M., and Parker, S.C. 1991. Soil detachment by shallow flow at low slopes. Soil Sci. Soc. Am. J. 55: 339-344. 41.Nearing, M.A., Foster, G.R., Lane, L.J., and Finkner, S.C. 1989. A process-based soil erosion model for USDA-Water Erosion Prediction Project technology. Trans. ASAE. 32: 5. 1587-1593. 42.Nearing, M.A., Norton, L.D., Bulgakov, D.A., and Larionov, G.A. 1997. Hydraulics and erosion in eroding rills. Water Reso. Res. 33: 865-876. 43.Pla, S.I. 2003. Erosion research in Latin America. In: Gabriel, D. and Cornelies, W., (Ed.), Proceeding of International Symposium, 25 year of assessment of erosion. Ghent, Belgium. 44.Prosser, I.P., and Rustomji, P. 2000. Sediment transport capacity relations for overland flow. Prog. Phys. Geogr. 24: 2. 179-193. 45.Ries, J.B., Fister, W., Iserloh, T., and Marzen, M. 2010. Wind driven rain as a new challenge for in situ rainfall simulation experiments. EGU General Assembly Conference Abstracts. 46.Rouhipour, H., Ghadiri, H., and Rose, C.W. 2006. Investigation of the interaction between flow-driven and rainfall-driven erosion processes. Soil Res. 44: 5. 503-514. 47.Schack-Kirchner, H., Schmid, T., and Hildebrand, E. 2005. High-resolution monitoring of surface-flow depth with frequency-domain probes. Soil Sci. Soc. Am. J. 69: 2. 343-346. 48.Schmidt, J., 1991. A mathematical model to simulate rainfall erosion. Catena Supplement. 19: 101-109. 49.Schmidt, J., Werner, M.V., and Schindewolf, M. 2017. Wind effects on soil erosion by water-A sensitivity analysis using model simulations on catchment scale. Catena. 148: 168-175. 50.Shih, H.M., and Yang, C.T. 2009. Estimating overland flow erosion capacity using unit stream power. Int. J. Sed. Res. 24: 46-62. 51.Singer, M.J., Walker, P.H., Hutka, J., and Green, P. 1981. Soil erosion under simulated rainfall and runoff at varying cover levels. Division of Soils Report No. 55, CSIRO, Australia. 52.Sirjani, E., and Mahmoodabadi, M. 2014. Effects of sheet flow rate and slope gradient on sediment load. Arab. J. Geosci. 7: 203-210. 53.Torri, D., Sfalanga, M., and Del Sette, M. 1987. Splash detachment: runoff depth and soil cohesion. Catena. 14: 149-155. 54.Toy, T.G., Foster, G.R., and Renard, K.G. 2002. Soil Erosion: Processes, Prediction, Measurement and Control. John Wiley and Sons, Inc., New York. USA. 338p. 55.Valmis, S., Dimoyiannis, D., and Danalatos, N.G. 2005. Assessing interrill erosion rate from soil aggregate instability index, rainfall intensity and slope angle on cultivated soils in central Greece. Soil Tillage. Res. 80: 1. 139-147. 56.Yang, C.T. 1972. Unit stream power and sediment transport. J. Hydraul. Division, ASCE. 98: 1805-1826. 57.Zamani, S., and Mahmoodabadi, M. 2013. Effect of particle-size distribution on wind erosion rate and soil erodibility. Arch. Agron. Soil Sci. 59: 12. 1743-1753. 58.Zhang, G.H., Liu, B.Y., Liu, G.B., He, X.W., and Nearing, M.A. 2003. Detachment of undisturbed soil by shallow flow. Soil Sci. Soc. Am. J. 67: 713-719. 59.Zhang, G.H., Liu, B.Y., Nearing, M.A., Huang, C.H., and Zhang, K.L. 2002. Soil detachment by shallow flow. Trans. ASAE. 45: 351-357. 60.Zhang, G.H., Liu, Y.M., Han, Y.F., and Zhang, X.C. 2009. Sediment transport and soil detachment on steep slopes: I. Transport capacity estimation. Soil Sci. Soc. Am. J. 73: 1291-1297. 61.Zhang, G.H., Wang, L.L., Tang, K.M., Luo, R.T., and Zhang, X.C. 2011. Effects of sediment size on transport capacity of overland flow on steep slopes. Hydrol. Sci. J. 56: 7. 1289-1299. 62.Zhang, X.J., and Wang, Z.L. 2017. Interrill soil erosion processes on steep slopes. J. Hydrol. 548: 652-664. 63.Zhang, X.C., Nearing, M.A., Norton, L.D., Miller, W.P., and West, L.T. 1998. Modeling interrill sediment delivery. Soil Sci. Soc. Am. J. 62: 2. 438-444. 64.Zheng, F.L. 2005. Effect of accelerated soil erosion on soil nutrient loss after deforestation on the Loess Plateau. Pedosphere. 15: 6. 707-715. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,365 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 609 |