اثر ضربه قطرات باران بر همگنی رسوبات فرسایش شیاری در خاک‌های با بافت‌متفاوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری فیزیک و حفاظت خاک، گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان

2 استاد فیزیک و حفاظت خاک، گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان

3 دانشیار، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

چکیده

فرسایش شیاری یکی ازمهم­ترین اشکال فرسایش آبی در دیم­زارهای مناطق نیمه­خشک می­باشد. اهمیت این موضوع در خاک­های مناطق نیمه­خشک شبیه بسیاری از نقاط ایران که دارای خاک­های با ساختمان ناپایدار هستند، بسیار بیش­تر است. هدف از تحقیق، بررسینقش ضربه قطره باران در توزیع اندازه و همگنی ذرات رسوب در فرسایش شیاریدر خاک­های با بافت مختلف است. به این منظور،توزیع اندازه ذرات رسوب در انتهای شیارهایی به طول 4 متر و با عرض 10/0 متر تحت باران شبیه­سازی شده با شدت ثابت 90 میلی­متر بر ساعت در چهار شیب (5، 10، 15 و20 درصد) در 12 کلاس بافتی خاک تعیین شد. آزمایش در دو شرایط پوششسطح خاک لخت (تحت ضربه قطره باران) و با حذف ضربه قطره باران (استفاده از توری پلاستیکی) انجام شد.آزمایش در چهار تکرار با مجموع 352 واحد آزمایشی انجام شد. مطالعه منحنی توزیع اندازه ذرات رسوب تفاوت آشکاری بین منحنی­ها توزیع اندازه ذرات در دو شرایط با وجود و با حذف ضربه قطرات باراننشان داد. منحنی­های توزیع اندازه ذرات رسوب پایین­تر از منحنی­های توزیع اندازه ذرات خاک اصلی قرار گرفتند که گویای افزایش شاخص میانگین قطر ذرات رسوب و نشانگر افزایش قابلیت انتقال ذرات درشت دانه مانند شن در انتهای آزمایش است. افزایش انحراف معیار هندسی در رسوب کاملاً بستگی به بافت خاک و شیب داشت. برخلاف انتظار، همگنی ذرات رسوب چندان تحت تأثیر حذف ضربه قطرات باران قرار نگرفت. با افزایش شیب در همه کلاس­های بافت خاک، ناهمگنی ذرات رسوب به­احتمال قوی به­دلیل افزایش سرعت جریان و قدرت جریان افزایش یافت.بیش­ترین غیر همگنی ذرات رسوب بعداز بارندگی در خاک سیلتی مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of Raindrop Impact on Homogeneity of Sediments in Rill Erosion of Soils with Different Textures

نویسندگان [English]

  • nasrin sadeghian 1
  • A. R. Vaezi 2
  • A. Majnoonigeris 3
1 PhD. of Physics and Soil Conservation, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan
2 Full Professor., Physics and Soil Conservation, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, University of Zanjan
3 Assoc. Professor., Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz
چکیده [English]

Rill erosion is one of the most important types of water erosion in semiarid dry land areas. The importance of this study is more in the soils of semi-arid regions, similar to many parts of Iran, which have unstable soil aggregates. The aim of this study was to investigate the role of raindrop impact on the size distribution and homogeneity of sediment particles in rill erosion of soils with different textures. Therefore, the effect of raindrops on changes in the size distribution of sediment particles was determined in rills of 4 meters in length and 0.10 meters in width under rainfall simulated with a constant intensity of 90 mm h-1 in different slope gradients (5%, 10%, 15%, and 20%) in 12 soil texture classes. Experiments were carried out in two soil surface coverconditions including with raindrop impact (bare soil) and without raindrop impact (use plastic net), and the effect of raindrop impact on the variables was determined. The experiment was conducted in four replicates with a total of 352 experimental units. The study of this subject using the particle size distribution curve showed that there was a clear difference between the curves in the two soil surface cover conditions. The sediment particles size distribution curves were below the original soil particles size distribution curve, suggesting an increase in the mean diameter of the particles in sediments and an increase in the transport of coarse particles such as sand at the end of the experiment. The increase in geometric standard deviation in the sediment was strongly dependent on soil texture and slope and, contrary to the expected, homogeneity of sediment particles was not significantly affected by the removal of raindrop impact, and by increasing the slope in all soil texture classes, sediment particles heterogeneityincreased, likely due to increase in flow velocity and flow power. The highest non-homogeneity of sediment particles was observed after precipitation in silty soil.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sediment particle size distribution
  • Mean particle diameter index
  • Geometric standard deviation

مراجع

  1. اسدی، ح.، گلی کلهرود، م.ع و گرجی، م. تغییرات دینامیک غلظت رسوب در فرسایش شیاری در آزمایش‌های مزرعه‌ای.1395 . (20)78: 125-139.
  2. رستمی، ی. 1391. رابطه بین شدت، مدت و انرژی جنبشی باران با استفاده از شبیه‌ساز باران در استان زنجان. پایانامه کارشناسی ارشد،دانشکده کشاورزی، دنشگاه زنجان.
  3. 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 Science 177(8): 517-26.
  4. Asadi, H., Moussavi,  A., Ghadiri, H., and Rose, C.W. 2011. Flow-driven soil erosion processes and the size selectivity of sediment. Journal of Hydrology 406: 73-81.
  5. Blake, G.R., and Hartge, K.H. 1986. Bulk density, Pp. 363-375. In: Klute I, (ed). Methods of Soil Analysis. Part 1 - Physical and Mineralogical Methods Second Edition. American Society of Agronomy, Madison WI.
  6. Bouyoucos, G.J. 1962. Hydrometer method improved for making particle size analysis of soils. Agronomy Journal 54: 464-465
  7. Cheviron, B., Gumiere, S.J., Le Bissonnais, Y., Moussa, R., and Raclot, D. 2010. Sensitivity analysis of distributed erosion models: Framework. Water Resources Research 46(8):1-13
  8. Fang, H., Sun, L., and Tang, Z. 2015. Effects of rainfall and slope on runoff, soil erosion and rill development: an experimental study using two loess soils. Hydrological processes 29(11): 2649-58.
  9. Farmer, E., 1973. Relative Detachability of Soil Particles by Simulated Rainfall1. Soil Science Society of America Journal 37(4):629-33.
  10. Hao, H.X., Wang, J.G., Guo, Z.L., and Hua, L. 2019. Water erosion processes and dynamic changes of sediment size distribution under the combined effects of rainfall and overland flow. Catena 173:494-504.
  11. Jiang, F., Zhan, Z., Chen, J., Lin, J., Wang, M.K., Ge, H., and Huang, Y. 2018. Rill erosion processes on a steep colluvial deposit slope under heavy rainfall in flume experiments with artificial rain. Catena 169: 46-58.
  12. Kemper, W.D, and Rosenau, R.C. 1986.Aggregate stability and size distribution.In Methods of Soil Analysis, Part I. Physical and Mineralogical Methods (2nd Edition) Agronomy Monography 9: 425-442.
  13. Klute, A. 1996. Methods of Soil Analysis, Part I: physical and Mineralogical Methods. SSSA Book Series No.5.Soil Science Society of American Madison, 1188pp.
  14. Lin, J., Zhu, G., Wei, J., Jiang, F., Wang, M.K., and Huang,  Y. 2018. Mulching effects on erosion from steep slopes and sediment particle size distributions of gully colluvial deposits. Catena 160:57-67.
  15. McKenzie, N., Coughlan, K., and Cresswell, H. 2002. Soil physical measurement and interpretation for land evaluation (Vol. 5). Csiro Publishing.‏
  16. Meyer, L. D. 1994. Rainfall simulators for soil conservation research. In Lal, R. Soil Erosion Research Methods (ed.), Soil and Water Conserv. Soc. Ankeny, Iowa. 83-103.
  17. Nazif, W., Marzouk, E. R., Perveen, S., Crout, N. M. J., and Young, S. D. 2014. Zinc solubility and fractionation in cultivated calcareous soils irrigated with wastewater. Journal of Science of  The Total Environment 201: 310-319.
  18. Nearing, M. A., Norton, L. D., Bulgakova, Larionov,G. A., West, L. T., and Dontsova, K. M. 1997. Hydraulics and erosion in eroding rills.Water Resources Research 33 (4), 865–876.
  19. Pansu, M., and Gautheyrou, J. 2006  Berlin, Heidelberg, New York: Springer. £191.50. ISBN 9783540312109  . Handbook of Soil Analysis: Mineralogical, Organic and Inorganic Methods 43: 993.
  20. Rhoades, J.D. 1996. Salinity: Electrical conductivity and total dissolved solids, 417-436 pp. Methods of Soil Analysis. Chemical Methods.ASA/SSSA. Madison, Wisconsin, USA.
  21. Rienzi, E.A., Fox, J.F., Grove, J.H., and Matocha, C.J. 2013. Interrill erosion in soils with different land uses: the kinetic energy wetting effect on temporal particle size distribution. Catena 107:130–138.
  22. Rowell, D.I. 1994. Methods and Application. Longman Group. Harlow. 345 pp.
  23. Shen, H., Zheng, F., Wen, L., Han, Y., and Hu, W. 2016. Impacts of rainfall intensity and slope gradient on rill erosion processes at loessialhillslope. Soil and Tillage Research 155: 429-436.
  24. Shi, Z.H., Fang, N.F., Wu, F.Z., Wang, L., Yue, B.J., and Wu, G.L. 2012. Soil erosion processes and sediment sorting associated with transport mechanisms on steep slopes. Journal of Hydrology 454-455: 123– 130.
  25. Skarie, R.L., Arndt, J.L., Richardson, J.L. 1987. Sulfate and gypsum determination in saline soils. Soil Science Society of America Journal 51(4):901-5.
  26. Wang D., Wang, Z., Shen, N., and Chen, H. 2016. Modeling soil detachment capacity by rill flow using hydraulic parameters. Journal of Hydrology 1(535):473-9.
  27. Wang, B., Zhang, G.H., Shi, Y.Y., and Zhang, X.C. 2014. Soil detachment by overland flow under different vegetation restoration models in the loess plateau of China. Catena 116: 51–59.
  28. Zhang, X.C., Li, Z.B., and Ding, W.F. 2005. Validation of WEPP sediment feedback relationships using spatially distributed rill erosion data, Soil Science Society of America Journal 69: 1440 - 1447.
پژوهش های خاک
دوره 34، شماره 1
خرداد 1399
صفحه 127-141

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار