بررسي اثر بار رسوب‌ و بافت خاك بر خصوصيات هيدروليكي جريان در فرسايش شياري شبيه‌سازي شده

Investigating Effect of Sediment Load and Soil Texture on Flow Hydraulic characteristics of a Simulated Rill Erosion

شيارها به­ عنوان منبع و محل توليد و انتقال رواناب و رسوب روي دامنه­ ها مي ­باشند. خصوصيات جريان در شيارها مي ­تواند تحت ­تأثير نوع و ميزان مواد همراه باشد. آگاهي از فرآيند توسعه شيار­ها مستلزم شناخت خصوصيات هيدروليكي جريان در شيارها مي­باشد. اين پژوهش به­ منظور بررسي اثرات بار رسوب بر خصوصيات هيدروليكي جريان در شيارها انجام گرفت. آزمايش در فلومي به ابعاد 0/3× 0/4 ×4 متر در شيب 10 درصد در خاك­هاي با بافت­ لوم، شن لومي و لوم رس شني تحت بارش با شدت 90 ميلي­متر بر ساعت در چهار تكرار انجام شد. عدد رينولدز، عدد فرود، ضريب اصطكاك دارسي-ويسباخ، عمق جريان، تنش برشي و قدرت جريان طي فرآيند فرسايش شياري مشخص شدند. نتايج نشان داد كه ضريب اصطكاك دارسي-ويسباخ با افزايش بار رسوب افزايش يافت. عدد فرود با افزايش بار رسوب به‌دليل كاهش چشمگير سرعت جريان كاهش يافت. تنش و قدرت برشي و عمق جريان نيز با افزايش بار رسوب افزايش داشتند. عمق جريان با افزايش بار رسوب بيشتر شد و در خاك لوم از 0/041 تا 1 ميلي­متر و در خاك شن لومي از 0/07 تا 1/3 ميلي­متر و در خاك لوم رس شني از 0/06 تا 0/7 ميلي­ متر بود. ضريب تبيين بين بار رسوب و تمام خصوصيات هيدروليكي براي دو خاك لوم و شن لومي بالاتر از 90 درصد ارزيابي شد ولي براي خاك لوم رس شني حدود 60 درصد بود. به طور كلي اين پژوهش نشان داد كه برهم­ كنشي معني ­دار بين بار رسوب و خصوصيات هيدروليكي جريان در شيار­ها برقرار است.

Rills are often the major area and source of runoff and sediment in hillslopes. The hydraulic characteristics of flow in the rills can be affected by type and amount of sediment. Knowledge on the flow hydraulic characteristics is essential to find the major mechanism of rill development. The objective of this study was to evaluate the effects of type and amount of sediment on the rill hydraulic characteristics. Laboratory experiments were carried out in a flume with 4m× 0.4 m×0.3m dimensions located at 9% slope steepness under 90 mm h-1 rainfall intensity which was applied on three soil textures of loam, loamy sand and sandy clay loam with four replications. Reynolds number, Froude number, flow depth, Darcy–Weisbach friction coefficient, shear stress and stream power were determined during the rill erosion process. The results showed that Reynolds number and Darcy–Weisbach friction coefficient increased as the sediment load increased in the rills. Froude number decreased as sediment load increased which was attributed with decreasing flow velocity. Shear stress and stream power and flow depth increased with increasing the eroded sediment. Flow depth increased with incease of sediment load, varying from 0.041 to 1mm in loam soil, 0.07 to 1.3 mm in loamy sand soil and 0.06 to 0.7 mm in sandy clay loam soil. Coefficient of determination between sediment load and all hydraulic characteristics were higher than 90% for loam and loamy sand and higher than 60% for sandy clay loam. This study revealed that significant interaction was between sediment load and hydraulic characteristics of flow in the rills.