تأثیر پوشش سنگریزه سطحی بر ویژگی‌های هیدرولیکی جریان‌های سطحی و آستانه تشکیل شیار با شبیه‌سازی رواناب در شرایط صحرائی

آب و خاک

مقاله 10، دوره 31، شماره 1 - شماره پیاپی 51، فروردین 1396، صفحه 75-85   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v31i1.51812

نویسندگان

سارا کلبعلی¹؛ شجاع قربانی دشتکی^{* 2}؛ مهدی نادری¹؛ سلمان میرزائی¹

¹دانشگاه شهرکرد

²دانشکاه شهرکرد

چکیده

پوشش سنگریزه سطحی به طور مستقیم فرایند های فرسایش خاک را به ویژه در مناطق کم آب و خشک که امکان استقرار پوشش گیاهی کم است، تحت تاثیر قرار می دهد. هدف از این پژوهش، بررسی اثر پوشش های مختلف سنگریزه سطحی بر ویژگی های هیدرولیکی جریان های سطحی و ویژگی‌های هندسی تشکیل شیار بود. به این منظور، 36 کرت با طول و عرض به‌ترتیب 20 و 5/0 متر در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد با شیب 3 درصد احداث شد. سپس برای شروع آزمایش، پوشش سنگ‌ریزه ای به صورت تصادفی در سطح کرت ها پخش شد. در هر آزمایش پس از تنظیم جریان سطحی، رواناب سطحی از ابتدای کرت به سطح خاک وارد و آزمایش به مدت 60 دقیقه پس از شروع رواناب ادامه یافت. تیمارها شامل چهار تراکم پوشش سنگ‌ریزه (صفر، 10، 20 و 30 درصد) و سه شدت جریان سطحی (5/2، 5 و 5/7 لیتر در دقیقه) در سه تکرار بودند، که تحت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که ویژگی های هیدرولیکی جریان شامل عمق جریان، ضریب زبری مانینگ و تنش برشی جریان با افزایش پوشش سنگ‌ریزه ای سطحی در جریان های سطحی متفاوت به صورت خطی و به طور معنی داری افزایش و سرعت جریان سطحی به صورت نمائی و به طور معنی دار کاهش یافت. مقایسه آماری اثر پوشش های مختلف سنگ‌ریزه بر ویژگی‌های هندسی شیار تشکیل شده در پوشش های مختلف سنگ‌ریزه سطحی نشان داد که تیمارهای فوق به طور معنی-داری موجب کاهش زمان، تعداد و عمق شیارهای تشکیل شده شد.

کلیدواژه‌ها

پوشش سطحی؛ فرسایش و حفاظت خاک؛ ویژگی‌های هندسی شیار

مراجع

1. Abrahams A.D., Li G., Krishnan C., and Atkinson J.F. 2001. A sediment transport equation for interrill overland flow on rough surfaces. Earth Surf. Process Landf, 26.1443–1459.

2. Agassi M., and Levy G.J. 1991. Stone-cover and rain intensity: effects on infiltration, erosion and water splash. Aust. J. Soil Res, 29: 565–575.

3. Blake G.R., and Hartge K.H. 1986. Bulk density. In: Klute, A. (Ed.), Methods of Soil Analysis, Part 1: Physical and Mineralogical Methods, Monograph Number 9 (Second Edition). American Society of Agronomy, pp. 363–375.

4. Cerda A. 2001. Effects of rock fragment cover on soil infiltration, interrill runoff and erosion. Eur. J. Soil Sci, 52: 59–68.

5. Fryear D.W. 1985. Soil cover and wind erosion. Trans. ASAE. 28(3): 781-784.

6. Govers G. 1985. Selectivity and transport capacity of thin flow in relation to rill erosion. Catena, 12.35-49.

7. Gee G.H., and Bauder J.W. 1986. Particle size analysis. In: A. Klute, (ed). Methods of soil Analysis. Physical Properties. SSSA, 9: 383–411.

8. Gilley J.E., Elliot W.J., Laflen J.M., and Simanton J.R. 1993. Critical shear stress and critical flow rates for initiation of rilling. Journal of Hydrology, 142: 251–271.

9. Lavee H., and Poesen J. 1991. Overland flow generation and continuity on stone-covered soil surfaces. Hydrol. Process, 5: 345–360.

10. Li X.Y., and Liu L.Y. 2003. Effect of gravel mulch on Aeolian dust accumulation in the semiarid region of northwest China. Soil Tillage Res, 70: 73-81.

11. Mandal U.K., Rao K.V., Mishra P.K., Vittal K.P.R., Sharma K.L., Narsimlu B., and Venkanna K. 2005. Soil infiltration, runoff and sediment yield from a shallow soil with varied stone cover and intensity of rain. Eurpan Journal of Soil Science, 56: 435–443.

12. Martinez-Zavala L., Jordan A., Bellinfante N., and Gil J. 2010. Relationships between rock fragment cover and soil hydrological response in a Mediterranean environment. Soil Science and Plant Nutrition, 56: 95–104.

13. Mirzaee S., Gorji M., and Jafari ardakani A. 2012. Effect of rock fragments on distance of rill erosion initiation and overland hydraulics. International Journal of soil science, 7(3): 100-107.

14. Nearing M.A., Bradford J.M., and Parker S,C. 1991. Soil detachment by shallow flow at low slopes. Soil Science. Am. J, 55: 339-344.

15. Poesen J., and Lavee H. 1994. Rock fragments in top soils: significance and processes. Catena, 23: 1-28.

16. Poesen J., Ingelmo-Sanchez F., and Mucher H. 1990. The hydrological response of soil surfaces to rainfall as affected by cover and position of rock fragments in the top layer. Earth Surf. Process Landf, 15: 653-671.

17. Prosser I.P., Dietrich W.E., and Stevenson J. 1995. Flow resistance and sediment transport by concentrated flow in a grassland vally. Geomorphology, 13: 73-86.

18. Rieke-Zapp D., Poesen J., and Nearing M.A. 2007. Effects of rock fragments incorporated in the soil matrix on concentrated flow hydraulics and erosion. Earth Surf. Process Landf, 32: 1063–1076.

19. Sadeghi HR,. Bashari Seghaleh M., and Rangavar AS. 2008. Comparing the sediment variation with hillside direction and plot length in storm wise soil erosion. Journal of water and soil, 22(2): 230-239. (In Persian with English abstract)

20. Savat J., and De Ploy, J. 1982. Sheetwash and rill development by surface flow. Chapter 6 I: Bryan, R, B and Yair, A. (eds): Badland Geomorphology and Piping.

21. Tailong G., Quanjiu W.D., and Li J.Z. 2010. Effect of surface stone cover on sediment and solute transport on the slope of fallow land in the semi-arid loess region of northwestern China. Soils Sediments, 10: 1200-1208.

22. Tonon I. 1999. Thresholds for incipient rilling and particle enteainment, Unpub. Utrecht University.

23. Walkley A., and Black I.A. 1934. An examination of Degtjareff method for determining soil organic matter and a proposed modification of the chromic acid method. Soil Science Society of America Journal, 79: 459–465.

24. Torri D., Sfalaga M., and Sette M.D. 1987. Splash detachment: Runoff depth and soil cohesion. Catena, 14(1-3):149-155.

25. Wang X., Li Z., Cai C., Shi Z., Xu Q., Fu Z., and Guo Z. 2012. Effects of rock fragment cover on hydrological response and soil loss from Regosols in a semi-humid environment in South-West China. Geomorphology, 151-152: 234–242.

26. Yao C., Lei T., Elliot W.J., McCool D.K., Zhao J., and Chen S. 2007. Critical Conditions for Rill Initiation. Soil & Water Division of ASAE. SW, 70-56.

27. Yu B. 2003. A Unified Framework For Water Erosion And Deposition Equations. Soil Science Society of America Journal, 67( 1): 251-257.

28. Zang G.H., Liu B.Y., Nearing M.A., Hang C.H., and Zand K.L. 2002. Soil detachment by shallow flow. Trans. ASAE, 45: 331-357.