طراحي، ساخت و واسنجي شبيه ساز باران قابل حمل براي مطالعات صحرايي روان آب و فرسايش خاك

Designing, construction and calibration of a portable rainfall simulator for field runoff and soil erosion studies

در سال‌هاي اخير آزمايش‌هاي صحرايي فرآيند روان‌آب و فرسايش در مقياس كرت و با استفاده از شبيه‌سازهاي باران به‌دليل دو مزيت شرايط خاك طبيعي و تحت كنترل بودن ويژگي‌هاي باران، مورد توجه بيشتري قرار گرفته-اند. لذا در پژوهش حاضر يك شبيه‌ساز باران قابل حمل در دانشكده منابع طبيعي دانشگاه تربيت مدرس داراي يك پمپ آب، سه عدد نازل باران BEX: 3/8 S24W و سه پايه جهت رساندن نازل‌ها به ارتفاع مناسب براي نزول باران (حداكثر 5/4 متر) طراحي و ساخته شد. به‌علت تحت فشار بودن سامانه، قطرات پس از خروج از نازل‌ها از ارتفاع 5/4 متري به‌صورت مخروطي كاملي از باران، قابليت پوشش يك كرت با مساحت 2×1 متر مربع در سطح زمين را دارند. توزيع قطر و سرعت قطرات باران با استفاده از روش عكس‌برداري سرعت بالا و پردازش تصوير و يكنواختي باران در سطح كرت با استفاده از ضريب كريستيانسن تعيين گرديد. نتايج اندازه‌گيري ويژگي‌هاي باران نشان داد در شدت‌هاي مختلف 30، 60 و 90 ميلي‌متر در ساعت ميانه قطر قطرات به‌ترتيب 07/1، 00/1 و 98/0 ميلي‌متر، ميانگين قطر قطرات به‌ترتيب 14/1، 05/1 و 02/1 ميلي‌متر، سرعت متوسط قطرات به‌ترتيب 53/4، 08/4 و 00/4 متر در ثانيه، انرژي جنبشي باران به‌ترتيب 26/10، 32/8 و 00/8 ژول بر متر مربع در هر ميلي‌متر از باران و ضريب يكنواختي به ترتيب 90، 87 و 91 درصد اندازه‌گيري شد.

The field experiments of runoff and erosion process at plot scale using rainfall simulators have been recently more considered, because of both advantages of natural conditions of soil and treatable characteristics of rainfall. A portable rainfall simulator was therefore designed and constructed in Faculty of Natural Resources of Tarbiat Modares University, with a water pomp, three nozzles of BEX: 3/8 S24W and a tripod to get the nozzles to the suitable height of raindrop fall (max 4.5 m). As the full falling cone, the raindrops ejected from the nozzles at the height of 4.5 m could cover the whole area of 1×2 m2-plot at ground level uniformly, due to the pressure of the system. The raindrop’s diameter distribution and velocity were calculated using high speed photography and image processing technique and the uniformity of rainfall on the plot area was then determined using Christiansen coefficient. The results of rainfall characteristics measurements showed that the median diameters of 1.07, 1.00 and 0.98 mm, mean diameters of 1.14, 1.05 and 1.02 mm, mean velocities of 4.53, 4.08 and 4.00 m s-1, kinetic energies of 10.26, 8.32 and 8.00 J m-2 mm-1 and uniformity coefficient of 90, 87 and 91 % were calculated for rainfall intensities of 30, 60 and 90 mm h-1, respectively.