اثر خاک‌پوش‌های زیستی بر مقاومت برشی کانال‌های خاکی تحت شبیه‌سازی باران و فرسایش خاک

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار/ پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

2 استاد/ پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

3 دانشیار/ پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

چکیده

پژوهش حاضر با هدف تعیین نوع و مناسب‌ترین سطح از خاک‌پوش‌های زیستی و اثر آن‌ها بر متغیرهای مقاومت فرسایشی خاک دیواره جانبی کانال‌های زهکش دشت اراضی خوزستان در آزمایشگاه شبیه‌ساز بارندگی پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری انجام شد. به‌طوری‌که با استفاده از چهار نوع خاک‌پوش زیستی پایه آب، در سه سطح حداقل (C1)، متوسط (C2) و حداکثر (C3) آزمایش‌هایی روی نمونه خاک منطقه مورد پژوهش انجام شد. هر یک از تیمار‌های آزمایشی روی فلومی با شیب جانبی 1 به 25/1 مشابه شیب جانبی کانال‌ها در طبیعت، در دو شدت‌ بارندگی 30 و 80 ‌میلی‌متر بر ساعت، در سه نوبت تکرار و شبیه‌سازی شدند. در هر آزمایش مقاومت برشی تیمارها اندازه‌گیری شد. آزمایش‌ها در طرح بلوک‌های کاملاً تصادفی در قالب کرت‌های خرد شده اجرا و داده‌ها با به‌کارگیری نرم‌افزار SAS تجزیه و میانگین‌ها با استفاده از آزمون چنددامنه SNK مقایسه شدند. در نهایت با استفاده از مدل‌های ریاضی با بهینه‌سازی و کمینه‌سازی مقادیر رسوب و هزینه‌های اقتصادی، مناسب‌ترین تیمار تثبیت‌کننده جداره جانبی زهکش‌ها تعیین شد. نتایج مشخص نمود که تنها خاک‌پوش‌های زیستی 2 و 4 بر مقاومت برشی تأثیر مثبت داشته‌اند. هم‌چنین، بر هم‌کنش دو متغیر شدت بارندگی با نوع تیمار بر میزان مقاومت برشی معنی‌دار و بر هم‌کنش متغیرهای شدت بارندگی با سطح خاک‌پوشش غیرمعنا‌دار در سطح 5 درصد ارزیابی شد. ضمناً بر هم‌کنش نوع تیمار با سطح مواد نیز معنا‌دار شد. پس از تحلیل مهندسی سیستم و بهینه‌سازی مقادیر رسوب و هزینه‌های اقتصادی مشخص شد که خاک‌پوش 2 در سطح C3 بهترین کارایی در افزایش مقاومت برشی را دارد. لذا برهم‌کنش پارامترهای شدت بارش با سطح خاک‌پوش مورد استفاده در سطح 5 درصد معنا‌دار نبود. ضمناً برهم‌کنش نوع تیمار با سطح مواد مورد استفاده نیز معنا‌دار شد. با توجه به نتایج تجزیه واریانس در بررسی نقش شدت بارش بر تیمارهای خاک‌پوش زیستی، مشخص شد که شدت بارش بر میزان مقاومت برشی اثر داشته است. نتایج پس از انجام مهندسی سیستم و تحلیل‌های مربوط به بهینه‌سازی مقادیر رسوب و هزینه‌های اقتصادی مشخص نمود که خاک‌پوش 2 در سطح C3 بهترین کارایی در افزایش مقاومت برشی را دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


اسدی، ح. (1384). بررسی فرایندها و تئوری‌های پایه‌ای مدل‌های فرآیندی فرسایش خاک. پایان‌نامه دکتری، دانشگاه تهران.
اسکونژاد، م‌.م. (1394). اقتصاد مهندسی، ارزیابی اقتصادی پروژه‌های صنعتی. انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر.
روحی‌پور، ح.، رهبر، ا.، خاکساریان، ف.، و کریمی، ا. (1388). بررسی تأثیر مواد اصلاحی و خاک‌پوش‌ها (Geogrid) در کاهش رواناب و رسوب در شیب‌های تند با استفاده از شبیه‌سازی باران. گزارش نهایی پروژه تحقیقاتی موسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور. سازمان ترویج، آموزش و تحقیقات کشاورزی. وزارت جهاد کشاورزی.
شکفته، ح. (1380). بررسی ماده شیمیایی پلی‌اکریل‌آمید (PAM) بر فرسایش و پایداری خاکدانه‌ها در حالت خشک و مرطوب. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران.
شهبازی، ع. (1380). بررسی تأثیر پلی‌اکریل‌آمید بر فرسایش و رواناب خاک‌های شور و سدیمی. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران.
صادقی، س.ح.ر. (1389). مطالعه و اندازه‌گیری فرسایش آبی. انتشارات دانشگاه تربیت مدرس، 200 صفحه.
Asadi, H. (2005). Investigating basic processes and theories of soil erosion process models. Ph.D. Thesis, University of Tehran, Tehran, Iran (in Persian).
Sadeghi, S.H.R. (2010). Study and measurement of water erosion. Tarbiat Modares University Publications, 200 pages (in Persian).
Adekalu, K.O., Olorunfemi, I.A., & Osunbitan, J.A. (2007). Grass mulching effect on infiltration, surface runoff and soil loss of three agricultural soils in Nigeria. Bioresource Technology, 98, 912-917.
Crouch, R.J., & Nouruzi, T. (1989). Threshold condition for rill initiation on a vertisol, Gunedah, N.S.W. Australia. Catena, 16, 101-110.
Defersha, M.B., Quraishi, S., & Melesse, A. (2011). The effect of slope steepness and antecedent moisture content on interrill erosion, runoff and sediment size distribution in the highlands of Ethiopia. Hydrology and Earth System Sciences, 15, 2367–2375.
Gholami, L., Sadeghi, S.H.R., & Homaee, M. (2012). Straw mulching effect on splash erosion, runoff, and sediment yield from eroded plots. Soil Science Society of America Journal, 77(1), 268-278.
Govers, G., Everaert, W., Poesen, J., Rauws, G., De Ploey, J., & Lautridou, J.P. (2006). A long flume study of the dynamic factors affecting the resistance of a loamy soil to concentrated flow erosion. Earth Surface Processes and Landforms, 15(4), 313–328.
Gyasi-Agyei, Y., & Willgoose, G.R. (1999). Generalization of a hybrid model for point rainfall. Journal of Hydrology, 219 (3-4), 218-224.
Kurien, E.K., Praveena, K.K., Rehna, M., & Shijila, E. (2014). Soil erosion studies on micro plots. International Journal of Engineering Research and Development, 9(7), 15-19.
Ouskonejad, M.M. (2014). Engineering economics, economic evaluation of industrial projects. Publications of Amirkabir University of Technology (in Persian).
Poesen, J.W.A., & Lavee, H. (1991). Effects of size and incorporation of synthetic mulch on runoff and sediment yield from interrills in a laboratory study with simulated rainfall. Soil & Tillage Research, 21(3-4), 209-223.
Rickson, R.J. (1995). Simulated vegetation and geotextiles. Pp. 95-131, In: R.P.C. Morgan and R.J. Rickson (eds.) Slope Stabilization and Erosion Control: A Bioengineering Approach, E & FN Spon, London
Romkens, M.J.M., Helming K., & Prasad, S.N. (2001). Soil erosion under different rainfall intensities, surface roughness, and soil water regimes. Catena, 46, 103–123.
Rouhipour, H., Rahbar, A., Khaksarian, F., & Karimi, A. (2010). Investigating the effect of remedial materials and earth covers (Geogrid) on reducing runoff and sediment on steep slopes using rain simulation. The final report of the research project of the Research Institute of Forests and Pastures of the country. Agricultural promotion, education and research organization, Ministry of Agriculture (in Persian).
Ross, A., Sutherland, A., Ziegler, D., & Thomas, W. (1998). Partitioning total erosion on unpaved roads into splash and hydraulic components: The roles of interstorm surface preparation and dynamic erodibility. Water Resources Research, 36(9), 2787–2791.
Shahbazi, A. (2001). Investigating the effect of polyacrylamide on the erosion and runoff of saline and sodium soils. M.Sc. Thesis, University of Tehran, Tehran, Iran (in Persian).
Shekofteh, H. (2002). Investigating the chemical substance polyacrylamide (PAM) on the erosion and stability of soil grains in dry and wet conditions. M.Sc. Thesis, University of Tehran, Tehran, Iran (in Persian).
Abdul, R.S. (2014). Experimental study on slope erosion control with technology of straw fiber closing layer. SSRG International Journal of Civil Engineering, 1(4), 25-32.
Abdul, R.S., Pallu, M.S., Patanduk, J., & Harianto, T. (2014). Experimental study of rainfall intensity effects on the slope erosion rate for silty sand soil with different slope gradient. International Journal of Engineering and Technology, 4(1), 58-63.
 
دوره 3، شماره 1
فروردین 1402
صفحه 98-114
  • تاریخ دریافت: 21 تیر 1401
  • تاریخ بازنگری: 23 مرداد 1401
  • تاریخ پذیرش: 25 مرداد 1401
  • تاریخ اولین انتشار: 25 مرداد 1401