تأثير همزمان وزش باد و بارش باران بر پارامترهاي هيدروليكي جريان ورقه‌اي و شدت فرسايش بين‌شياري

چكيده سابقه و هدف: بسياري از رگبارهاي طبيعي با وزش باد همراه است. اين در حالي است كه تاكنون پژوهش جامعي در زمينه نقش باد در فرسايش ناشي از باران در شرايط آزمايشگاهي در ايران گزارش نشده است. پژوهش حاضر با هدف بررسي تأثير سرعت‌هاي مختلف باد در تقابل با شدت‌هاي مختلف باران بر پارامترهاي هيدروليكي جريان ورقه‌اي و همچنين شدت فرسايش بين‌شياري در چند خاك زراعي انجام شد. به اين منظور، از يك دستگاه شبيه‌ساز همزمان باد، باران و رواناب كه براي اولين بار در كشور طراحي و ساخته شده است، استفاده گرديد. مواد و روش‌ها: تركيب‌هاي مختلف از چهار سرعت باد شامل صفر، 6، 9 و 12 متر در ثانيه و سه شدت باران شامل 30، 50 و 75 ميلي‌متر در ساعت بر روي سه خاك زراعي با بزرگترين اندازه ذرات 2، 75/4 و 8 ميلي‌متر، هر يك در سه تكرار ايجاد شد. پارامترهاي هيدروليكي جريان شامل سرعت جريان، عمق لايه آب، تنش برشي، قدرت جريان و قدرت جريان واحد و همچنين شدت فرسايش بين‌شياري اندازه‌گيري شد. در ادامه، تأثير سرعت باد بر پارامترهاي هيدروليكي جريان ورقه‌اي و همچنين اثر اين پارامترها بر شدت فرسايش بين‌شياري مورد ارزيابي قرار گرفت. يافته‌ها: نتايج اين پژوهش نشان داد كه بسته به سرعت باد، شدت فرسايش بين‌شياري بين 021/0 تا 22/0 گرم بر متر مربع در ثانيه متغير است. در اين پژوهش، سرعت 6 تا 9 متر بر ثانيه باد به‌عنوان حد آستانه تعيين شد. با افزايش سرعت باد به‌ويژه در سرعت‌هاي بيش از اين آستانه، سرعت و قدرت جريان واحد افزايش و در مقابل، عمق جريان و تنش برشي كاهش يافتند. همچنين با افزايش سرعت باد تا مقدار آستانه، قدرت جريان ابتدا افزايش و در ادامه كاهش پيدا كرد. نتايج همچنين گوياي اين مطلب بود كه افزايش سرعت باد از طريق تأثير بر پارامترهاي هيدروليكي جريان ورقه‌اي، شدت فرسايش بين‌شياري را كنترل مي‌كند. با افزايش سرعت و قدرت جريان واحد، شدت فرسايش بين‌شياري افزايش يافت در حالي كه، افزايش عمق لايه آب و همچنين افزايش تنش برشي و قدرت جريان، به دليل صرف بخشي از انرژي قطرات باران براي عبور از لايه آب، باعث كاهش شدت فرسايش بين‌شياري شد. در واقع، رابطه عكس سرعت عمق جريان، ساير پارامترهاي هيدروليكي را نيز تحت تأثير قرار داد. از طرفي، با افزايش اندازه خاكدانه‌هاي در معرض فرسايش، عمق لايه آب افزايش و در مقابل، سرعت و قدرت جريان واحد كاهش و در نتيجه شدت فرسايش بين‌شياري كاهش يافت. نتيجه‌گيري: يافته‌هاي اين پژوهش نشان داد كه در رگبارهاي متأثر از وزش بادها به‌ويژه در سرعت‌هاي بيشتر از سرعت آستانه باد، به دليل افزايش فرسايندگي باران، افزايش سرعت جريان رواناب و همچنين كاهش عمق لايه آب، شدت فرسايش بين‌شياري تشديد مي‌شود. همچنين مشخص گرديد كه با اعمال مديريت صحيح خاك در اراضي كشاورزي در راستاي افزايش اندازه و پايداري خاكدانه‌هاي موجود در سطح و در نتيجه افزايش ضريب زبري، مي‌توان سرعت جريان رواناب و همچنين شدت فرسايش را كاهش داد. از منظر ديگر، وجود خاكدانه‌هاي درشت و پايدار در سطح، با افزايش عمق لايه آب موجود در سطح از برخورد مستقيم قطرات باران و تشديد فرسايش بين‌شياري جلوگيري مي‌كند. يافته‌هاي اين پژوهش اهميت و لزوم انجام آزمايش‌هاي بيشتر در زمينه فرآيندها و مكانيسم‌هاي فرسايش ناشي اثر همزمان وزش باد و بارش باران را نشان مي‌دهد.