نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

تاثیر شدت‌های مختلف بارندگی بر رسوب و عمق خیسی تجمعی درشیب‌های مختلف با استفاده از شبیه ساز باران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
اکبر نوروزی 1
مهدی پژوهش 2
خدایار عبدالهی 3
1 دانشجوی دکتری آبخیزداری، گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین،دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران
2 گروه مرتع و آبخیزداری، گروه مهندسی طبیعت ، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران
3 گروه مرتع و آبخیزداری، گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد،
10.22125/iwe.2021.251743.1425
چکیده
فرسایش خاک یک فرایند یکپارچه است که ناشی از اتصال زیر فرایند‌های مرتبط با تخریب، جداسازی، حمل ذرات خاک و رسوب برَاثر عوامل فرساینده همچون رواناب، شدت بارندگی و شیب می‌باشد. این عوامل میزان و الگوی فرسایش را تغییر می‌دهند و بر میزان خروجی کل رسوب تأثیر می‌گذارد. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر شدت‌های مختلف بارندگی بر رسوب و عمق خیسی تجمعی درشیب‌های مختلف با استفاده از شبیه ساز باران می‌باشد. این پژوهش به صورت مطالعات میدانی در سه شیب کم، متوسط وزیاد در شدت‌های مختلف بارندگی ‌45 ، 60 و 70 میلی‌متر بر ساعت صورت گرفت. میزان عمق خیس شدگی را با استفاده از خط‌کش یا میل های بافت نازک هر 10 دقیقه به صورت قطری با 3 تکرار در داخل پلات صورت گرفت. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که با افزایش شدت بارندگی در همه تیمارها، میزان تولید رسوب در شیب‌های تند و متوسط افزایش می یابد. بعلاوه بیشترین وکمترین میزان تولید رسوب تجمعی در شیب متوسط و کم با شدت 70 و 45 میلی متر بر ساعت رخ داد. همچنین حداکثرمیزان عمق خیسی تجمعی از شدت بالا به طرف شدت پایین به دلیل فرصت نفوذ کافی آب در خاک زیاد می‌شود.
کلیدواژه‌ها
رسوب معلق
رواناب
شبیه ساز باران
عمق خیس شدگی
مطالعات میدانی

عنوان مقاله English

The Effect of Different Rainfall Intensities on Cumulative Sediment and Depth to Wet in Different Slopes Using Rainfall Simulator

نویسندگان English

Akbar Norouzi 1
Mehdi Pajouhesh 2
Khodayar Abdollahi 3
1 Ph.D. Candidate at the Shahrekord University, Faculty of Natural Resources and Earth Science, Department of Natural Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
2 Assistant professor, Faculty of Natural Resources and Earth Science, Department of Range and Watershed Management, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
3 Assistant professor, Faculty of Natural Resources and Earth Science, Department of Range and Watershed Management, Shahrekord
چکیده English

Soil erosion is an integrated process that results from the connection of sub-processes related to degradation, separation, transport of soil particles and sediment based on erosive factors such as runoff, rainfall intensity and slope. These factors change the amount and pattern of erosion and affect the total output of sediment. The purpose of this research was to investigate the effect of rainfall intensity on cumulative sediment and wetting depth in different slopes using rainfall simulator. This research was considered as a field survey and it was used three slopes of slight, moderate and steep at different rainfall intensities of 45, 60 and 70 mm/h. The depth to wet was measured diagonally with three repetitions every 10 minutes inside the plot using a ruler or thin tissue rods. Accordingly, the amount of runoff and sediment were collected from the plot surface and measured in the laboratory. The results of this study revealed that with increasing rainfall intensity in all treatments, the amount of sediment production increases in steep and medium slopes. Moreover, the highest and lowest amount of cumulative sediment production occurred at medium and slight slopes in intensity of 70 and 45 mm/h, respectively. Further, the maximum cumulative wetting depth value increases from high to low intensity due to the possibility of sufficient water penetration into the soil.

کلیدواژه‌ها English

Suspended sediment
Runoff
Rainfall simulator
Depth to wet
Field studies
بهرهی،ک.، غ. صیاد، ا. لندی و ح. پیروان. 1397. بررسی تأثیر کاربری اراضی, شیب دامنه و خصوصیات خاک بر مقدار رسوب تولیدی با استفاده از باران ساز مصنوعی در بخشی از حوزه ی آبخیز کرخه (استان لرستان). پژوهش های فرسایش محیطی، 29، ص 22-1.
حسن‌زاده، ح.، ع. واعظی، و م.ح. محمدی. 1392. تغییرات رواناب در ابعاد کرت در نمونه‌های با بافت مختلف تحت رخدادهای یکسان باران شبیه‌سازی‌شده. تحقیقات آب و خاک ایران، دوره 44، شماره 3، صص 253-243.
زندی،ج.، ک. سلیمانی، م. حبیب‌نژادروشن و ع. کاویان. 1399. ارزیابی کارایی خاک‌پوش‌های کاه و کلش گندم و تراشه‌های چوب در کاهش رواناب و رسوب حوزه‌های آبخیز تک منبع. نشریه علمی و پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره 10، شماره 3، ص 67-52.
محسنی، ب و ه. رزاقیان. 1392. برآورد فرسایش خاک و تولید رسوب درحوضه معرف کسیلیان با استفاده از روش ژئومورفولوژی مبتنی بر مدل MPSIAC در GIS. نشریه علمی و پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره 4، شماره 2، ص 57-49.
میرزایی, ش و ر. مصطفی زاده. 1397. تغییر پاسخ هیدروگراف واحد آبخیز در اثر احداث سازه‌های کوتاه تأخیری. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، دوره 9، شماره 2، ص 49-37.
Bagarello, V., C.Di Stefano,V. Ferro, P.I. Kinnell, V. Pampalone, Porto, P and F. Todisco. 2011. Predicting soil loss on moderate slopes using an empirical model for sediment concentration. Journal of hydrology,400(1-2):267-273.
Boulange, J., F. Malhat, P. Jaikaew, K. Nanko and H. Watanabe. 2019. Portable rainfall simulator for plot-scale investigation of rainfall-runoff, and transport of sediment and pollutants. International journal of sediment research, 34(1):38-47.
Donjadee, S and C. Chinnarasri. 2012. Effects of rainfall intensity and slope gradient on the application of vetiver grass mulch in soil and water conservation. International Journal of Sediment Research, 27(2):168-177.
Easton, Z.M and A.M. Petrovic. 2004. Fertilizer source effect on ground and surface water quality in drainage from turfgrass. Journal of environmental quality, 33(2): 645-655.
Fang, H., L. Sun and Z. Tang, 2015. Effects of rainfall and slope on runoff, soil erosion and rill development: an experimental study using two loess soils. Hydrological processes, 29(11) :2649-2658.
Foley, J.L and D.M. Silburn. 2002. Hydraulic properties of rain impact surface seals on three clay soils—influence of raindrop impact frequency and rainfall intensity during steady state. Soil Research, 40(7):1069-1083.
Fox, D.M. R.B. Bryan and A.G. Price. 1997.The influence of slope angle on final infiltration rate for interrill conditions. Geoderma, 80:181–194.
Huang, J., P. Wu and X. Zhao.2013. Effects of rainfall intensity, underlying surface and slope gradient on soil infiltration under simulated rainfall experiments. Catena, 104:93-102.
Kogo, B.K., L. Kumar and R. Koech. 2019. Forest cover dynamics and underlying driving forces affecting ecosystem services in western Kenya. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 14:75-83.
Marques, M.J., R. Bienes, L. Jiménez and R. Pérez-Rodríguez. 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(1-2):161-165.
Mineo, C., E. Ridolfi, B. Moccia, F. Russo and F. Napolitano. 2019. Assessment of rainfall kinetic-energy intensity relationships. Water, 11(10): 1994.
Montgomery, D.R and W.E. Dietrich. 2002. Runoff generation in a steep, soil‐mantled landscape. Water Resources Research, 38(9):7-1.
Mu, W., F.Yu, C. Li, Y. Xie, J. Tian, J. Liu and N. Zhao. 2015. Effects of rainfall intensity and slope gradient on runoff and soil moisture content on different growing stages of spring maize. Water, 7(6):2990-3008.
Nassif, S and E. Wilson. 1975. The influence of slope and rain intensity on overland flow and infiltration. Hydrological Sciences Journal, 20:539-553.
Nelson, J.D., D.D. Overton and D.B. Durkee. 2001. Depth of wetting and the active zone. In Expansive clay soils and vegetative influence on shallow foundations, American Society of Civil Engineers: 95-109.
Norouzi-Shokrlu, A., M. Pajouhesh and K. Abdollahi. 2020. Relating Sediment Yield Estimations to the Wet Front Term Using Rainfall Simulator Field Experiments. Water Resources Management, 34(13):4181-4196.
Pan, R., A. da Silva Martinez, T.S. Brito and E.P. Seidel. 2018. Processes of Soil Infiltration and Water Retention and Strategies to Increase Their Capacity. Journal of Experimental Agriculture International:1-14.
Parsons, A.J and P.M. Stone.2006. Effects of intra-storm variations in rainfall intensity on interrill runoff and erosion. Catena, 67(1):68-78.
Ran, Q., D. Su, P. Li and Z. He. 2012. Experimental study of the impact of rainfall characteristics on runoff generation and soil erosion. Journal of Hydrology, 424:99-111.
Schick, J., I. Bertol, F.T. Barbosa, D.J. Miquelluti and N.P. Cogo. 2017. Water Erosion in a Long-Term Soil Management Experiment with a Humic Cambisol. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 41.
Sharma, K., H. Singh and O. Pareek.1983. Rainwater infiltration into a bare loamy sand. Hydrological Sciences Journal, 28: 417-424.
Shipitalo, M.J., V. Nuutinen and K.R. Butt. 2004. Interaction of earthworm burrows and cracks in a clayey, subsurface-drained, soil. Applied Soil Ecology, 26(3):209-217.
Sirjani, E and M. Mahmoodabadi.2014. Effects of sheet flow rate and slope gradient on sediment load. Arabian Journal of Geosciences, 7(1):203-210.
Vaezi, A.L., H. Hasanzadeh and M.H. Mohammadi. 2013. Runoff variations in the soil textures samples in the plot scale under the same rainfall events. Iranian Journal of Soil and Water Research. 44(3): 243-253. (In Persian)
Vaezi, A.R., H. Hasanzadeh and A. Cerda. 2016. Developing an erodibility triangle for soil textures in semi-arid regions, NW Iran. Catena, 142:221-232.
Van de Giesen, N.C., T.J. Stomph and N. De Ridder. 2000. Scale effects of Hortonian overland flow and rainfall–runoff dynamics in a West African catena landscape. Hydrological Processes, 14(1):165-175.
Wells, R.R., M.J.M. Römkens, J.Y. Parlange, D.A. DiCarlo, T.S. Steenhuis and S.N. Prasad. 2007. A simple technique for measuring wetting front depths for selected soils. Soil Science Society of America Journal, 71(3):669-673.
Zhao, X., P. Wu, X. Chen, M.J. Helmers and X. Zhou. 2013. Runoff and sediment yield under simulated rainfall on hillslopes in the Loess Plateau of China. Soil Research, 51(1):50-58.
Zhao, N., F. Yu, C. Li, H. Wang, J. Liu and W. Mu. 2014. Investigation of rainfall-runoff processes and soil moisture dynamics in grassland plots under simulated rainfall conditions. Water, 6(9):2671-2689.
Zhao, Q., D. Li, M. Zhuo, T. Guo, Y. Liao and Z. Xie. 2015. Effects of rainfall intensity and slope gradient on erosion characteristics of the red soil slope. Stochastic environmental research and risk assessment, 29(2):609-621.
Ziadat, F.M and A.Y. Taimeh. 2013. Effect of rainfall intensity, slope, land use and antecedent soil moisture on soil erosion in an arid environment. Land Degradation and Development, 24(6):582-590.