بررسی روند تغییرات مکانی غلظت رسوب در طول دامنه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشکدة منابع طبیعی و محیط زیست دانشگاه فردوسی مشهد

2 هیات علمی بازنشسته دانشگاه تهران

3 عضو هیات علمی دانشکده منابع طبیهی دانشگاه تهران

4 عضو هیات علمی دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران

5 دانشجوی دکتری آبخیزداری دانشگاه تهران

چکیده

فرسایش یکی از مهم‌ترین عوامل تخریب خاک و کاهش حاصل‌خیزی است. از آنجایی که طول دامنه یکی از فاکتورهای مؤثر در شکل زمین و، درنتیجه، در میزان فرسایش است، در این تحقیق سعی شد تغییرات مکانی غلظت رسوب در طول دامنه تا رسیدن به ظرفیت حمل بررسی شود. بدین منظور، یک سیستم شبیه‌ساز دامنه طراحی و ساخته شد. این سیستم شامل ده فلوم پنج‌متری است که با سری‌کردن آن‌ها دامنه‌ای پنجاه‌متری ایجاد می‌شود. در این سیستم، به کمک پنجاه لولة آبده، که به فواصل یک‌متری بر روی فلوم‌ها نصب شده و آبدهی هر یک 100 میلی‌لیتر است، جریان تجمعی ایجاد می‌شود. متغیرهای دیگر شامل دو نوع خاک است: یکی با بستر مارنی و دیگری با بستر کنگلومرایی از منطقة طالقان، و شیب در سه سطح 15، 5/22، و 30 درصد است. برای هر تیمار سه تکرار و در مجموع 18 بار آزمایش انجام گرفت. در هر آزمایش، از انتهای هر فلوم چهار نمونه گرفته شد و غلظت آن تعیین گردید. سپس، داده‌ها به صورت فاکتوریل و در قالب طرح‌های کاملاً تصادفی تجزیه و تحلیل آماری شد. همچنین، برای برازش یک منحنی مناسب بر داده‌های مشاهده‌ای از تابع ریچارد استفاده شد. نتایج نشان‌دهندة معنی‌دارنبودن خاک‌ها و معنی‌دارشدن شیب و طول دامنه در غلظت رسوب است. از طرف دیگر، قرارگرفتن غلظت رسوب دو فلوم آخر در یک کلاس نمایانگر نزدیک‌شدن غلظت رسوب به ظرفیت حمل در این طول است. همچنین، از نتایج به‌دست‌آمده این‌گونه استنباط می‌شود که مدل ریچارد به‌خوبی می‌تواند روند تغییرات غلظت در طول دامنه را شبیه‌سازی نماید.
 

کلیدواژه‌ها


[1] Aksoy, H.L. and Kavvas, M. (2005). A review of hillslope and watershed scale erosion and sediment transport models, Catena, 64, 247-271.
[2] Alonso, C.V., Neibling, W.H. and Foster, G.R. (1981). Estimating sediment capacity in watershed modeling, Trans. ASAE, 24, 1211-1220, 1226.
[3] Bennett, S.J. (1999). Effect of Slope on the growth and migration of headcuts in rill, Geomorphology, 30, 273-290.
[4] Bradford, J.M. and Foster, G.R. (1996). Interrill soil erosion and slope steepness factors. Soil Sci. Soc. Am. J., 60, 909-915.
[5] Elliot, W.J., Laflen, J.M. and Foster, G.R. (1993). Soil erodibility nomographs for the WEPP model, paper No 932046, presented at the 1993 Int. summer Meeting of ASAE and CSAE, Spokane, Washington.
[6] Flanagan, D.C. and Nearing, M.A . (ed.) (1995). USDA-Water Erosion Prediction Project: Hillslope Profile and Watershed Model Documentation, NSERL Report No. 10. West Lafayette, Ind.: USDA-ARS Nat. Soil Erosion Research Lab.
[7] Flanagan, D.C. and Nearing, M.A. (ed.) (1995). USDA-Water Erosion Prediction Project: Hillslope Profile and Watershed Model Documentation, NSERL Report No. 10. West Lafayette, Ind.: USDA-ARS Nat. Soil Erosion Research Lab.
[8] Govers, G. (1990). Empirical relationship for the transporting capacity of overland flow. In: Walling, D.E., Yair, A., Berckowicz, C. (Eds.), Erosion, Transport, and Deposition Processes, Proceedings of the erusalem Workshop, vol. 189. IAHS Pub., Wallingford, UK, pp. 45-64.
[9] Harisin, P.B. and Rose, C.W. (1991). Rainfall detachment and deposition: sediment transport in the absence of flow-driven processes, Soil Sci. Soc. Am. J., 55, 320-324.
[10] Harisine, P.B. and Rose, C.W. (1992). Modeling water erosion due to overland flow using physical principles, 2. Rill Flow. Water Reso. Res., 28(1): 245-250.
[11] Hogarth, W.L., Parlange, J.Y., Rose, C.W., Sander, G.C., Steenhuis, T.S. and Barry, A. (2004). Soil erosion due to rainfall impact with inflow: An Analytical solution with spatial and temporal effects, J. Hydro., 295, 140-148.
[12] Huang, C., Wells, L.K. and Norton, L. D. (1999). Sediment transport capacity and erosion processes: Model concepts and reality, Earth Surf. Process. Landforms, 24, 503-516.
[13] Huang, C.-H., Bradford, J.M. and Laflen, J.M. (1996). Evaluation of the detachment-transport coupling concept in the WEPP rill erosion equation, Soil Sci. Soc. Am. J., 60, 734-739.
[14] Lei, T.W., Nearing, M.A., Haghighi, K. and Bralts, V.F. (1998). Rill erosion and morphological evolution: A simulation model, Water Reso. Res., 34, 3157-3168.
[15] Lei, T.W., Zhang, Q.W., Zhao, J. and Nearing, M.A. (2006). Tracing sediment dynamics and sources in eroding rills with rare earth elements, European J. Soil Sci., 57, 287-294.
[16] Lei, T.W., Zhang, Q.W., Zhao, J., Xia, W.S. and Pan, Y.H. (2002). Soil detachment rates for sediment loaded flow in rills, Transactions the ASAE, 45, 1897-1903.
[17] Mahmoodabadi, M., Rejahi, H.D. and Rouhipour, H. (2007). Study on interrill and rill erosion and related processes using rainfall and runoff simulation. Ph.D. Thesis, Tehran University, 256 p.
[18] Marques, M.J., Bienes, R., Jimenez, L. and Perez-Rodriguez, R. (2007). Effect of Vegetal Cover on Runoff and Soil Erosion under Light Intensity Events, Rainfall Simulation over USLE Plots, Science of the Total Environment, 378, 161-165.
[19] Merten, G.H. and Nearing, M.A. (2001). Effect of sediment load on soil detachment and deposition in rills, Soil Sci.Soc. Am. J., 65, 861-868.
[20] Misra, R.K. and Rose, C.W. (1996). Application and sensitivity analysis of process-based erosion model GUEST, Eur. J. Soil Sci, 47, 593-604.
[21] Nearing, M.A., Bradford, J.M. and Parker, SC. (1991). Soil detachment by shallow flow at low slopes, Soil Sci. Soc. Am. J., 55, 339-344.
[22] Nearing, M.A., Foster, G.R. Lane L.J. and Finkner, S.C. (1989). A process-based soil erosion model for USDA-water erosion prediction project technology, Trans. ASAE, 32,1587-1593.
[23] Nearing, M.A., Norton, L.D., Bulgakov, D.A., Larionov, G.A., West, L.T. and Dontsova, K.M. (1997). Hydraulics and erosion in eroding rills, Water Resour. Res, 33(4): 865-876.
[24] Polyakov, V.O. and Nearing. M.A. (2003). Sediment transport in rill flow under deposition and detachment conditions, USDA-ARS National Soil Erosion Research Laboratory, West Lafayette, IN 47907-1196, USA.
[25] Rejman, J., Turski, R. and Paaluszek, J. (1998). Spatial and Temporal Variation in Erodibility of Loss Soil, Soil and Tillage Research, 46, 61-68.
[26] Sadeghi, H.R., Bashari, M. and Rangavar, A.S. (2008). Comparing the sediment variation with hillside direction and plot length in storm wise soil erosion, Soil & water 22, number 2.
[27] Shainberg, I., Goldstein, D. and Levy, G.J. (1996). Rill erosion dependence on soil water content aging and temperature. Soil Sci. Soc. Am. J., 60, 916-922.
[28] Tayfur, G. (2002). Applicability of sediment transport capacity models for non-steady state erosion from steep slopes. ASCE. J. Hydro. Eng., 7(3): 252-259.
[29] Toy, T.J., Foster, G.R. and Reynard, K.G. (2002). Soil Erosion Processes, Prediction, Measurement and Control, John Wiley and Sons, New York, 338p.
[30] Zachar, D. (1984). Soil Erosion, Problems and Methods of Soil Erosion Research, VEDA, Brtislava, 547p.
[31] Zhang, G.H., Liu, B.Y., Nearing, M.A., Huang, C.H. and Zhang, K.L. (2002). Soil detachment by shallow flow, Trans. ASAE., 45, 351-357.
[32] Zhang, X.C., Li, Z.B. and Ding, W.F. (2005). Validation of WEPP sediment feedback relationships using spatially distributed rill erosion data, Soil Science Society of America Journal, 69, 1440-1447.
[33] Zhang, X.C., Tingwu, Lei and Jun, Zhao (2008). Estimation of the detachment rate in eroding rills in flume experiments using an REE tracing method, Geoderma, 147, 8-15
[34] Zheng, F.L., Huang, C.H. and Norton, L.D. (2000). Vertical hydraulic gradient and run-on water and sediment effects on erosion processes and sediment regimes, Soil Sci. Soc. Am. J., 64, 4-11.