بررسی تغییرات مکانی – زمانی پتانسیل جدایش ذرات خاک در فرسایش شیاری مطالعه موردی؛ زمین‌های دیم‌زار منطقه دشمن‌زیاری استان فارس

آب و خاک

مقاله 12، دوره 29، شماره 5، دی 1394، صفحه 1333-1344   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v29i5.34176

نویسندگان

حسین کریمی^{* 1}؛ امیر لکزیان¹؛ غلامحسین حق نیا¹؛ حجت امامی¹؛ مجید صوفی²

¹دانشگاه فردوسی مشهد

²مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان فارس

چکیده

فرسایش خاک به عنوان یکی از عوامل اصلی تخریب زمین معرفی شده و آگاهی و شناخت از فرایندهای پیچیده وقوع و توسعه آن مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. این پژوهش به‌منظور بررسی اثرات عوامل هیدرولیکی از قبیل تنش برشی و قدرت جریان بر تغییرات مکانی- زمانی جدایش ذرات خاک صورت پذیرفته است. محدوده مورد بررسی در زمین‌های با شیب میانگین شیب (56/22 درصد) زیر کشت دیم گندم در 60 کیلومتری غرب شیراز واقع شده است. به‌منظور ایجاد شیارهای 10 متری با عرض و عمق 30/0 متر، شخم رایج از بالا به پایین شیب انجام و ریخت شناسی شیار در فاصله‌های یک متری با اندازه‌گیری شیب و مقطع عرضی اندازه‌گیری شد.‌ بر روی شیارها دبی‌های 10، 15 و 20 لیتر بر دقیقه به مدت 10 دقیقه اعمال گردید. غلظت‌های رسوب در سه فاصله مساوی زمانی و مکانی اندازه‌گیری و از این مقادیر به‌منظور محاسبه نرخ جدایش ذرات در زمان‌ها و مقاطع مختلف استفاده گردید. نتایج نشان داد که تغییرات تنش برشی و قدرت جریان در طول شیار بر نرخ جدایش ذرات اثر می‌گذارد. بررسی میانگین نرخ جدایش ذرات خاک نشان داد که اختلاف معنی‌داری (05/0>P) بین مقطع اولیه شیار با بازه‌های طولی دنباله رو آن وجود دارد. همچنین نرخ جدایش ذرات خاک به‌طور عمده در بازه زمانی پایانی آزمایش صورت پذیرفته است. این مطالعه نشان داد که اختلاف معنی‌داری بین میانگین جدایش ذرات خاک در دبی‌های متفاوت اعمال شده وجود ندارد.

کلیدواژه‌ها

فرسایش شیاری؛ هیدرولیک جریان؛ تنش برشی؛ قدرت جریان

مراجع

1- Abrahams A.D., Li G. 1998. Effect of saltating sediment on flow resistance and bed roughness in overland flow. Earth Surface Processes and Landforms, 23, 953-960.

2- Auerswald K., Fiener P., Dikau R. 2009. Rates of sheet and rill erosion in Germany-A meta-analysis. Geomorphology, 111, 182-193.

3- Auzet A.V., Boiffin J., Papy F., Ludwig B., Maucorps J. 1993. Rill erosion as a function of the characteristics of cultivated catchments in the north of France. Catena, 20, 41-62.

4- Bahadori N. 2014. Measuring soil loss using the roots of trees and rills and comparison with MPSIAC, M.Sc Thesis. Islamic Azad University. Arsanjan Branch.

5- Brunner G.W. 1995. HEC-RAS River Analysis System. Hydraulic Reference Manual. Version 1.0, DTIC Document.

6- Bruno C., Stefano C.D., Ferro V. 2008. Field investigation on rilling in the experimental Sparacia area, South Italy. Earth Surface Processes and Landforms, 33, 263-279.

7- Faeth P. 1994. Building the Case for Sustainable Agriculture: Policy Lessons from India, Chile and the Philippines. Environment: Science and Policy for Sustainable Development, 36, 16-39.

8- Ghebreiyessus Y., Gantzer C., Alberts E., Lentz R. 1994. Soil erosion by concentrated flow: shear stress and bulk density. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, 37.

9- Gilley J.E., Kottwitz E., Simanton J. 1990. Hydraulic characteristics of rills. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, 1899-1906

10- Gimenez R., Casali J., Grande I., Diez J., Campo M.A., Álvarez-Mozos J., and Goni M. 2012. Factors controlling sediment export in a small agricultural watershed in Navarre (Spain). Agricultural Water Management, 110, 1-8.

11- Gimenez R., Govers G. 2002. Flow detachment by concentrated flow on smooth and irregular beds. Soil Science Society of America Journal, 66, 1475-1483.

12- Govers G. 1991. Rill erosion on arable land in central Belgium: rates, controls and predictability. Catena, 18, 133-155.

13- Govers G. 1992. Relationship between discharge, velocity and flow area for rills eroding loose, non-layered materials. Earth Surface Processes and Landforms, 17, 515-528.

14- Govers G., Gimenez R., Van Oost K. 2007. Rill erosion: Exploring the relationship between experiments, modelling and field observations. Earth-Science Reviews, 84, 87-102.

15- Heimsath A.M., Dietrich W.E., Nishiizumi K., Finkel, R.C. 2001. Stochastic processes of soil production and transport: Erosion rates, topographic variation and cosmogenic nuclides in the Oregon Coast Range. Earth Surface Processes and Landforms, 26, 531-552.

16- Hessel R., Jetten V. 2007. Suitability of transport equations in modelling soil erosion for a small Loess Plateau catchment. Engineering geology, 91, 56-71.

17- Huang C.h., Laflen J.M. Bradford J.M. 1996. Evaluation of the detachment-transport coupling concept in the WEPP rill erosion equation. Soil Science Society of American Journal, 60, 734-739.

18- King K.W., Flanagan D.C., Norton L.D., and Laflen J.M. 1995. Rill erodibility parameters influenced by long-term management practices. American Society of Agricultural Engineers, 38:159-164.

19- Knapen A., Poesen J., Govers G., Gyssels G., Nachtergaele J. 2007. Resistance of soils to concentrated flow erosion: A review. Earth-Science Reviews, 80, 75-109.

20- Lal R. 2001. Soil degradation by erosion. Land degradation & development, 12, 519-539.

21- Lyle W., Smerdon E. 1965. Relation of compaction and other soil properties to erosion resistance of soils. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, 8, 419-422.

22- Merritt W.S., Letcher R.A., Jakeman A.J. 2003. A review of erosion and sediment transport models. Environmental Modelling & Software, 18, 761-799.

23- Morgan R.P.C., Martin L., Noble C. 1987. Soil erosion in the United Kingdom: a case study from mid-Bedfordshire. Silsoe College, Cranfield Institute of Technology. 0-63

24- Nearing M., Bradford J., Parker S. 1991. Soil detachment by shallow flow at low slopes. Soil Science Society of America Journal, 55, 339-344.

25- Nearing M., L. Norton, D. Bulgakov, G. Larionov, L. West and K. Dontsova. 1997. Hydraulics and erosion in eroding rills. Water Resources Research 33: 865-876

26- Owoputi L., Stolte W. 1995. Soil detachment in the physically based soil erosion process: a review. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, 38, 1099-1110.

27- Pimentel D. 2006. Soil erosion a food and environmental threat. Environment, development and sustainability, 8, 119-137.

28- Poesen J., Nachtergaele J., Verstraeten G., Valentin C. 2003. Gully erosion and environmental change importance and research needs. Catena, 50, 91-133.

29- Prosser I.P., Dietrich W.E. 1995. Field experiments on erosion by overland flow and their implication for a digital terrain model of channel initiation. Water Resources Research, 31, 2867-2876.

30- Rejman J., Brodowski R. 2005. Rill characteristics and sediment transport as a function of slope length during a storm event on loess soil. Earth Surface Processes and Landforms, 30, 231-239.

31- Rose C., Williams J., Sander G., Barry D. 1983. A mathematical model of soil erosion and deposition processes: I. Theory for a plane land element. Soil Science Society of America Journal, 47, 991-995.

32- Seeger M., Errea M.P., Beguerıa S., Arnaez J., Martı C., Garcıa-Ruiz J. 2004. Catchment soil moisture and rainfall characteristics as determinant factors for discharge/suspended sediment hysteretic loops in a small headwater catchment in the Spanish Pyrenees. Journal of Hydrology, 288, 299-311.

33- Sidorchuk A. 2005. Stochastic modelling of erosion and deposition in cohesive soils. Hydrological processes, 19, 1399-1417.

34- Sun L., Fang H., Qi D., Li J., Cai Q. 2013. A review on rill erosion process and its influencing factors. Chinese Geographical Science, 23, 389-402.

35- Takken I., Govers G. 2000. Hydraulics of interrill overland flow on rough, bare soil surfaces. Earth Surface Processes and Landforms, 25, 1387-1402.

36- Wirtz S., Seeger M., Ries J. 2010. The rill experiment as a method to approach a quantification of rill erosion process activity. Zeitschrift für Geomorphologie, 54, 47-64.

37- Wirtz S., Seeger, M., Remke A., Wengel R., Wagner J.F., Ries J.B. 2013. Do deterministic sediment detachment and transport equations adequately represent the process-interactions in eroding rills? An experimental field study. Catena, 101, 61-78.

38- Wirtz, S., Seeger, M., Ries, J.B., 2012. Field experiments for understanding and quantification of rill erosion processes. Catena, 91, 21-34.

39- Wong J.S., Freer J.E., Bates P.D., Sear D.A., Stephens E.M. 2014. Sensitivity of a hydraulic model to channel erosion uncertainty during extreme flooding. Hydrological Processes, 29, 261-279.

40- Zhang G.h., Liu B.y., Liu, G.b., He X.w., Nearing M. 2003. Detachment of undisturbed soil by shallow flow. Soil Science Society of America Journal, 67, 713-719.