عدم توجه انسان به نحوه بهره برداری از منابع طبیعی از جمله خاک باعث تخریب و فرسایش آن می گردد. فرسایش آبی یکی از عوامل مهم تخریب خاک می باشد. در اثر تغییر کاربری اراضی مرتعی به دلیل کاهش پوشش گیاهی و بهم خوردگی سطح خاک، مقاومت خاک سطحی کاهش یافته و فرسایش آبی شدیدی رخ می دهد. مطالعه ای در منطقه چشمه علی (سولیجان) استان چهارمحال و بختیاری باهدف برآورد رسوب، رواناب و هدررفت عناصر غذایی در چهار کاربری اراضی انجام شد. چهارکاربری بررسی شده شامل مرتع با پوشش گیاهی تقریبا خوب (20%<)، مرتع با پوشش گیاهی ضعیف (10%>)، دیمزار و دیمزار رها شده بود. نمونه های خاک از عمق 10-0 سانتی متر در قالب طرح کاملا تصادفی در چهار تکرار برداشته شد. به منظور برآورد رسوب، رواناب و هدررفت عناصر غذایی از اندازه گیری صحرایی فرسایش خاک تحت شرایط استاندارد از باران ساز مصنوعی استفاده شد. درصد مواد آلی، ازت کل، فسفر قابل دسترس، توزیع اندازه ذرات رسوب و خاک در آزمایشگاه اندازه گیری شد. تجزیه و تحلیل داده ها نشان داد که بیشترین تخریب در این منطقه از فرسایش آبی بوده و عوامل متعددی در گسترش آن نقش داشته اند از جمله چرای بی رویه در مرتع، حساسیت سازندهای زمین شناسی و مهم ترین آن تغییر کاربری این اراضی مرتعی به دیمزارهای کم بازده را می توان نام برد. بیشترین مقدار رواناب در کاربری دیمزار رها شده و کمترین مقدار رواناب در کاربری مرتع با پوشش گیاهی خوب ایجاد گردید. بیشترین مقدار رسوب در کاربری دیمزار مشاهده شد. مقدار رسوب در کاربری های دیمزار، دیمزار رها شده و مرتع با پوشش گیاهی ضعیف به ترتیب 54.5، 21 و 10.4 برابر مرتع با پوشش گیاهی خوب بود. کمترین مقدار رواناب و رسوب در کاربری مرتع با پوشش گیاهی خوب ایجاد گردید. نسبت غنی شدن ذرات خاک در رسوب در جزء سیلت ریز (2-5mm) و سپس رس بیشترین و در مورد شن کمترین مقدار بود. درصد هدررفت مواد آلی، ازت کل و مقدار فسفر قابل دسترس همراه با رسوب در ساعت اول بارندگی نسبت به ساعت دوم بارندگی بیشتر بود که علت آن انتقال ذرات ریزتر در ابتدای واقعه بارندگی است. هدررفت کل این سه فاکتور اندازه گیری شده در رسوب طی 2 ساعت بارندگی در کاربری دیمزار بیشترین، در کاربری مرتع با پوشش گیاهی ضعیف و دیمزار رها شده در حد متوسط و در کاربری مرتع با پوشش گیاهی خوب کمترین مقدار بود. نسبت غنی شدن ماده آلی، ازت کل و فسفر در رسوب در چهار کاربری بیشتر از یک است که دلیلی بر انتقال ماده آلی و این دو عنصر غذایی همراه با رسوب می باشد. به طور کلی می توان گفت تغییر کاربری اراضی از عرصه های منابع طبیعی نظیر مرتع به کاربری های دیگر که تحت سیستم مدیریت انسان باعث افزایش فرسایش، هدر رفت تشدیدی خاک و انتقال عناصر غذایی همراه با آن می شود.

شبیه سازی باران یکی از روش های مهم برای اندازه گیری فرایندهای هیدرولوژیکی و فرسایش خاک است. ارزیابی سریع و قابلیت تکرار زیاد از مزایای استفاده از شبیه ساز باران است. شبیه ساز ساخته شده به وزن تقریبی 20 کیلوگرم قابلیت شبیه سازی باران با شدت های 8/2 تا 5/9 سانتی متر بر ساعت در سطح کرت آزمایشی با مساحت یک تا سه مترمربع را دارد. اندازه گیری قطر قطرات از روش های گلوله ی آردی و لکه ی رنگی به دست آمد. روش گلوله ی آردی به دلیل بیشتربودن ضریب تبیین انتخاب و نتایج آن بررسی شد. بیشترین ضریب یکنواختی (6/96 درصد) مربوط به شدت 3/8 سانتی متر بر ساعت و کمترین ضریب (6/90 درصد) مربوط به شدت 5/9 سانتی متر بر ساعت به دست آمد که بیشتر از حد قابل قبول است. دامنه ی قطر متوسط قطرات از 97/0 میلی متر در شدت 8/2 سانتی متر بر ساعت تا 22/1 میلی متر در 1/7 سانتی متر بر ساعت تغییر می کند که در محدوده ی باران های طبیعی قرار دارد. همچنین، دامنه ی تغییرات سرعت از 58/3 تا 21/4 متر بر ثانیه است. با توجه به مجموعه ویژگی های یادشده یک شبیه ساز باران قابل حمل بسیار مناسب با دقت قابل قبول برای مطالعات رواناب، نفوذپذیری، فرسایش و رسوب در صحرا ساخته شد.

شبیه سازهای باران ابزاری مناسب برای پژوهش های مرتبط با فرایند فرسایش و رواناب هستند. لیکن امکان استفاده از این وسیله در مباحث دیگر نیز وجود دارد. مثلا در طراحی ابعاد سامانه های آبگیر باران از قبیل ریز حوزه ها (Micro catchments) برای درختکاری در دامنه ها و همچنین هلالی های آبگیر در مراتع و تعیین ابعاد حوضچه جمع آوری آب، آگاهی از ضریب رواناب و حجم آب جمع شده ناشی از بارش ضروری است. به این منظور در یک پژوهش ملی چند تن خاک از چهار زمین دیم منتخب مشتمل بر فراغی (استان گلستان)، سرارود (استان کرمانشاه)، کوهین (استان قزوین) و سراب ننیز (استان کهگیلویه و بویراحمد) به آزمایشگاه شبیه ساز باران و فرسایش پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری منتقل شد و پس از آماده سازی به روش های استاندارد، تحت بارشی به شدت 64 میلی متر در ساعت در سه شیب 6، 12 و 25 درصد به مدت 30 دقیقه قرار گرفت. چنین بارانی احتمال وقوع کمی دارد و قابل استفاده برای طراحی سامانه های مذکور است. دبی خروجی در طول آزمایش با فواصل 1 تا 3 دقیقه (جمعا در 17 نوبت) و حجم کل رواناب اندازه گیری و سپس ضریب رواناب و ظرفیت نفوذ خاک ها با توجه حجم بارش محاسبه شد. ظرفیت نفوذ خاک ها بین حدود 3 تا 6 سانتی متر بر ساعت بدست آمد. ضریب رواناب این خاک ها (به استثناء خاک سرارود با نفوذ بالا) بین 50 تا 90 درصد محاسبه شد. با توجه به ویژگی های خاک ها، به نظر می رسد ساختمان خاک، وزن مخصوص و مقدار ماده آلی عوامل تعیین کننده ظرفیت نفوذ باشند. حجم رواناب (به استثناء خاک سرارود) در شدیدترین رویدادها از هر مترمربع بین 15 تا 30 لیتر برآورد شد که در طراحی سامانه های سطوح آبگیر مذکور در بالا کاربرد دارد. برای خاک ها با نفوذپذیری بالا، کوبیدن خاک یا استفاده از روش های دیگر برای کاهش نفوذ و افزایش ضریب رواناب توصیه می شود.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

فرسایش پاشمانی باران به عنوان اولین رویداد در فرسایش خاک، حرکت ذرات و کلوخه های خاک را سبب می شود و یک فرآیند مهم در فرسایش محسوب می شود. با توجه به پیچیدگی این فرآیند در طبیعت یکی از راه های شناخت و مدل سازی این فرآیند استفاده از شبیه ساز باران و مطالعه آن در آزمایشگاه می باشد. بدین منظور در این تحقیق اقدام به شبیه سازی مقدار مواد حمل شده در شدت های مختلف بارش و به ازای مقادیر مختلف پلی اکریل امید گردید. پس از اندازه گیری مقدار مواد حمل شده در دوام های و مقادیر مختلف پلی اکریلامید، با استفاده از روش های شبکه عصبی مصنوعی، ANFIS و SVMمدل سازی مواد حمل شده صورت گرفت. نتایج نشان داد در بین سه روش مورد استفاده بهترین مقادیر معیارهای ارزیابی مربوط به روش SVM و سپس ANFIS می باشد. در بین سه دوام مورد بررسی نیز بهترین نتایج مربوط به آزمایش با داوم 30 دقیقه بوده است. نتایج این تحقیق نشان داد در روش ANFIS با توجه به داده های در دسترس با افزایش تعداد توابع عضویت بیش برازشی اتفاق می افتد. جهت کاهش پیچیدگی مدل و احتمال وقوع بیش برازشی برخی از قوانین حذف گردید. نتایج نشان داده با حذف برخی قوانین عملکرد مدل بهبود یافت.

مطالعه عوامل موثر بر حجم رواناب و ارزیابی روش های کنترل آن ها یکی از راه کارهای ضروری برای مدیریت صحیح حوزه های آبخیز است. مطالعه حاضر با هدف بررسی اثرات طبقات شیب و نوع کاربری اراضی بر رواناب تولید شده با استفاده از شبیه ساز باران در شش زیرحوضه از حوزه آبخیز کاکاشرف از سرشاخه های حوزه آبخیز کرخه در استان لرستان انجام گرفت. به این منظور بر اساس نقشه کاربری اراضی منطقه، شش واحد کاری (زیرحوضه) با سه نوع کاربری مرتع، جنگل و زراعت و در سه طبقه شیب 10، 20 و 30 درصد انتخاب شد. مقدار رواناب در مجموع طی 93 مورد آزمایش به وسیله شبیه ساز باران، اندازه گیری شد. دستگاه شبیه ساز باران مورد استفاده از نوع باران ساز غیر فشاری از جنس پلکسی گلاس به ابعاد 83.5×119 سانتی متر و به ارتفاع 1.60 متر بود. به منظور تجزیه و تحلیل آماری از نرم افزار SAS استفاده شد. با توجه به نتایج به دست آمده، میانگین، کمینه و بیشینه رواناب در حوضه به ترتیب برابر 1499، صفر و 9100 میلی لیتر بود. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که بین زیرحوضه های مختلف از نظر حجم رواناب تولید شده، تفاوت معنی دار در سطح یک درصد وجود دارد. همچنین، اثر متقابل زیرحوضه و نوع کاربری اراضی از نظر حجم رواناب اختلاف در سطح یک درصد و معنی دار بود. بین حجم رواناب و شیب تفاوت معنی داری در سطح یک درصد وجود داشت که با افزایش شیب از 10 به 30 درصد حجم رواناب تولید شده افزایش یافت. بین سه کاربری مرتع، جنگل و زراعت از نظر مقدار رواناب تولید شده، تفاوت معنی دار در سطح یک درصد مشاهده شد و بیشترین حجم رواناب مربوط به کاربری جنگل بود.

به منظور بررسی وضعیت فرسایش پذیری و تولید رسوب اراضی مرتعی، بخشی از زیرحوضه سجزی - کوهپایه واقع در حوزه آبخیز زاینده رود انتخاب گردید. در این واحد کاربری، دستگاه باران ساز مصنوعی جهت تولید رواناب و رسوب و اندازه گیری رسوب زایی به کار گرفته شد. فرسایش پذیری نیز با استفاده از عامل K در مدل USLE برآورد گردید. به منظور بررسی عوامل موثر در رسوب زایی و فرسایش پذیری، از مجاور هر پلات کوچک نمونه برداری از خاک صورت گرفت و برخی از عوامل فیزیکی و شیمیایی در آنها اندازه گیری و آنالیز شد. طبق نتایج، برای فرسایش پذیری در این اراضی مقدار به نسبت کمی به دست آمد (مقدار متوسط K برابر 0.23 t. h/MJ. mm) که این مساله را می توان به بافت درشت این خاک ها نسبت داد. طبق نتایج مدل های رگرسیونی و ضرایب همبستگی، پارامترهای ماسه، سیلت، ماسه خیلی ریز، سیلت + ماسه خیلی ریز، رطوبت و کربنات کلسیم بیشترین تاثیر را در تولید رسوب و فرسایش پذیری داشته اند.

مطالعه فرایند فرسایش خاک و ارزیابی عوامل مؤثر در آن از مهم ترین پیش نیازهای مدیریت صحیح منابع آب وخاک است. پژوهش حاضر به منظور بررسی مجموع رواناب و رسوب سطحی و تونلی با استفاده از باران ساز مصنوعی بر روی خاک سیلت لوم در آزمایشگاه انجام شد. برای انجام این پژوهش ابتدا خاک از منطقه موردنظر جمع آوری و به آزمایشگاه منتقل شد. آزمایش ها در یک مخزن خاک مستطیل شکل همراه با سه تونل در شیب های 2، 6، 10، 14 و 18 درصد و تحت باران شبیه سازی شده با شدت 30 میلی متر بر ساعت به مدت 60 دقیقه انجام شد. برای تحلیل نتایج نمودارهای مربوطه در محیط Excel رسم شد. همچنین برای بررسی همبستگی بین مقادیر رواناب و رسوب در هر شیب از آزمون همبستگی اسپیرمن در نرم افزار SPSS استفاده شد. نتایج نشان داد که با افزایش شیب مجموع رواناب و رسوب سطحی و تونلی در طی زمان افزایش داشت. برای نمونه در شیب دو درصد مقدار رواناب و رسوب در دقایق ابتدایی آزمایش از صفر به مقدار 3/1 لیتر و 26/2 گرم بر مترمربع در پایان آزمایش رسید. همچنین ضریب همبستگی بین رواناب و رسوب نیز در شیب ها به ترتیب برابر با 0/98، 0/62، 0/4، 0/93 و 0/15 بوده است. باتوجه به سطح معناداری، رابطه بین دو متغیر در برخی از شیب ها معنادار و در برخی دیگر به دلیل وجود ریزش در خاک معنادار نبوده است.