بررسي آزمايشگاهي آستانه حركت ذرات و تغييرات زماني غلظت رسوب در فرسايش ناشي از جريان رواناب

Laboratory Study of the Motion Threshold and Temporal Variation of Sediment Concentration in Flow-induced Erosion

فرسايش خاك تشديدي به ­عنوان مهم­ترين عامل تخريب منابع خاك و آب محسوب مي‌شود. به‌طور معمول، فرآيند فرسايش خاك شامل جدا شدن و انتقال ذرات خاك توسط قطرات بارندگي، جريان كم­عمق سطحي و يا برهمكنش اين دو عامل است. بر اين اساس، آگاهي از آستانه حركت ذرات رسوب و تغييرات غلظت رسوب نسبت به زمان در فرسايش ناشي از جريان مي‌تواند باعث شناخت دقيق فرآيندهاي حاكم بر فرسايش خاك و انتقال رسوب و برهمكنش احتمالي آن­ها و همچنين زمينه­ اي براي افزايش دقت مدل‌هاي فرسايش خاك باشد. در تحقيق حاضر، آستانه حركت ذرات و تغييرات زماني غلظت رسوب در نمونه ­اي ماسه ­اي در شرايط آزمايشگاهي در سه شيب 1/3، 9/5، 9/8 درصد و با سه دبي در واحد عرض 78/4، 12/7 و 05/9 (×10-5 m2 s-1) در فلومي به ابعاد 40/2 متر طول و40/0 ‌متر عرض بررسي شد. نتايج نشان داد، منحني شيلدز براي تعيين آستانه حركت براي اين تحقيق مناسب نبود. قدرت جريان آستانه حركت ذرات، 035/0 وات بر مترمربع تعيين شد. همچنين با افزايش شيب و به تبع آن افزايش قدرت جريان تا 05/0 وات بر مترمربع، شدت فرسايش افزايش يافت و فرسايش خاك از حالت ورقه ­اي به شياري تبديل شد. نتايج تحقيق نشان مي­دهد كه عامل اصلي تلفات خاك و توليد رسوب دردامنه ها، تشكيل و توسعه فرسايش شياري است. بنابراين يكي از راه­هايي كه مي­تواند به ­طور موثر ميزان فرسايش خاك را كنترل كند، جلوگيري از تشكيل شيار با روش­هايي همچون كشت نواري، تراس­ بندي و بانكت­ بندي است.

Accelerated soil erosion is the most important degradation factor of soil and water resources. Typically, soil erosion involves the detachment and transport of soil particles by rainfall, shallow surface flow or the interaction of these two factors. Therefore, understanding the motion threshold of sediment particles and temporal variation of sediment concentration in flow-induced can provide a detailed cognition of the processes inducing soil erosion and sediment transport and their eventual interactions. It is also important for increasing the accuracy of soil erosion models. In this study, the particle motion threshold and temporal variation of sediment were studied for a sandy sample at three slopes; 3.1, 5.9, 8.9% and-dunder three flow discharges of 4.78, 7.12 and 9.05 (×10-5 m2 s-1). This study was carried out in the laboratory conditions using a flume with 240 cm long by 40 cm width. The results showed that the Shields curve is not suitable for this study to determine the motion threshold. The threshold stream power of particle motion was determined 0.035 W m-2. Also, with increasing slope and consequently increasing stream power up to 0.05 W m-2, the erosion intensity increased and soil erosion changed from sheet erosion to rill erosion. The results indicate that the formation and development of rill erosion would be the main factor for soil loss and sediment production in hillslopes. Therefore, prevention of rill formation by strip croping, terracing and terrace farming is an effective strategy for soil conservation.