بررسي تاثير سرعت باد و توزيع اندازه ذرات خاك بر فرآيندهاي حمل رسوب ناشي از فرسايش بادي

Effect of wind speed and soil particle size distribution on sediment transport mechanisms due to wind erosion

فرسايش بادي يكي از مهم‌ترين جنبه‌هاي تخريب اراضي است كه مشكلات قابل توجهي را به‌ويژه در مناطق خشك و نيمه‌خشك به وجود آورده است. شناخت توزيع اندازه ذرات رسوب و همچنين فرآيندهاي حمل ذرات، اهميت زيادي در مدل‌سازي فرسايش بادي دارد. پژوهش حاضر به بررسي اين موضوع بر روي دو نوع خاك با توزيع اندازه ذرات متفاوت كه از اراضي زراعي و تپه ماسه‌اي نمونه‌برداري شده، با استفاده از آزمايش تونل باد،پرداخته است. نتايج حاصل، نشان داد اندازه ذرات رسوب بادرفت در مقايسه با اندازه ذرات خاك‌هاي مورد مطالعه، در همه سرعت‌هاي باد مورد بررسي، داراي اندازه ريزتري است. اين موضوع نشان از يك حالت انتخاب‌پذيري در فرسايش ذرات ريز از سطح اين خاك‌ها دارد. همچنين، مشخص شد در خاك زراعي، با افزايش سرعت باد از دو به 18 متر بر ثانيه در ارتفاع 20 سانتي‌متري، توزيع اندازه ذرات رسوب به‌سمت خاك اصلي ميل مي‌كند. اين روند در خاك ماسه‌اي برعكس بود و با افزايش سرعت باد، فراواني ذرات ريز در مقايسه با خاك اصلي افزايش يافت. همچنين، نتايج بررسي فرآيندهاي حمل ذرات نشان داد كه در هر دو نوع خاك، خزش اهميت كمتري نسبت به دو فرآيند جهش و تعليق در انتقال ذرات دارد. سهم اين فرآيند در انتقال ذرات خاك‌هاي زراعي و ماسه‌اي، به‌ترتيب كمتر از 10 و يك درصد تعيين شد. در خاك زراعي در سرعت دو متر بر ثانيه، انتقال ذرات به‌صورت تعليق اهميت بيشتري داشت و بسته به توزيع اندازه ذرات خاك، 61.1 تا 68.5 درصد ذرات به‌صورت تعليق منتقل شد. اين درحالي بود كه با افزايش سرعت باد به 18 متر بر ثانيه، جهش با 50.4 تا 53.8 درصد، فرآيند غالب حمل ذرات اين خاك معرفي شد. در خاك ماسه‌اي در سرعت كم باد، عمده ذرات (59.3 درصد) به‌صورت جهش منتقل شد، ولي با افزايش سرعت، اهميت تعليق بيشتر شد و 55.3 درصد ذرات از اين طريق منتقل شد. نتايج پژوهش حاضر نشان از اهميت توزيع اندازه ذرات خاك بر توزيع اندازه رسوب و همچنين، فرآيندهاي حمل آن دارد.

Wind erosion is one of the aspects of land degradation resulting in some problems especially for arid and semi-arid regions. Recognition of Sediment size Distribution (PSD) as well as transport mechanisms is important in modelling of wind erosion. In the present study, this topic was investigated on two soils taken from cropland and sand dune with different PSD, using wind tunnel. Results showed that compared to the original soil, the collected sediment had finer sizes, indicating a selective mechanism in transporting detachable particles. It was found that for cropland soil, increasing wind speed from 2 to 18 m/s at the height of 20 cm, the PSD of sediment approached to the original soil. This trend was reverse for sandy soil so that, for higher wind velocities, the frequency of fine particles was more than the original soil. The result of transport mechanisms indicated that compared to saltation as well as suspension, creeping was the least important mechanism. The contributing percentage of creeping for cropland and sandy soils was determined less than 10 and 1 %, respectively. For the cropland soil at wind speed of 2 m/s, suspension was the most important mechanism of transport and depends on soilʹs PSD, 61.1- 68.5 % of particles were transported. Increasing wind speed up to 18 m/s, saltation with 50.4- 53.8 % was found as the main transport mechanism. Reversely, in the sandy soil at low wind speed, most of sediment (59.3 %) was transported through saltation, whereas increasing the speed, suspension with 55.3 % became the dominant mechanism. The finding of this study brings up the important of soil PSD on the PSD of sediment as well as transport mechanisms.