برآورد ضرایب زبری مانینگ و دارسی-ویسباخ در سطح یک خاک لسی تحت پوشش‌های متفاوت سنگ‌ریزه سطحی

مقاومت به جریان سطحی از قبیل ضرایب زبری دارسی-ویسباخ و مانینگ یک ورودی مهم در مدل های فرایندی فرسایش خاک به منظور تخمین میزان فرسایش خاک بوده و همین طور در طراحی و اجرای راه کارهای حفاظت آب و خاک بسیار حائز اهمیت است. هدف از تحقیق حاضر، بررسی ضرایب زبری مانینگ و دارسیویسباخ در سطح یک خاک لسی تحت پوشش های متفاوت سنگ ریزه سطحی بود. بدین منظور، از یک فلوم به طول شش و عرض 5/0 متر با شیب ثابت سه درصد برای اجرای آزمایش استفاده شد. تیمارها شامل پوشش سنگ ریزه (صفر، 10، 20 و 30 درصد) و جریان های سطحی ( 3، 6 و 9 لیتر در دقیقه) بودند. نتایج نشان داد که با افزایش پوشش سنگ ریزه سطحی ضرایب دارسی ویسباخ و مانینگ به صورت نمایی افزایش یافت. با افزایش پوشش سنگ ریزه سطحی از صفر به 30 درصد، ضریب دارسی ویسباخ در جریان های سطحی 3، 6 و 9 لیتر در دقیقه، به ترتیب 3/84، 8/83 و 7/85 درصد افزایش و ضریب زبری مانینگ به ترتیب در جریان های سطحی فوق، 9/96، 7/96 و 4/97 درصد افزایش یافت. مقادیر ضرایب زبری با افزایش سرعت جریان سطحی در یک پوشش سنگ ریزه سطحی به صورت نمایی (99/0=r2) کاهش یافت. همچنین، با افزایش غوطه وری نسبی (نسبت عمق جریان به پوشش سنگریزه سطحی) مقدار (8/f)0.5 به صورت لگاریتمی افزایش یافت. به طور کلی، نتایج این پژوهش نشان داد که ضرایب زبری علاوه بر اندازه و شکل ذرات، تحت تاثیر عواملی از قبیل مقدار، عمق و سرعت جریان سطحی و همچنین، مقدار پوشش سنگ ریزه سطحی می باشد.

Predicting Manning and Darcy-Weisbach Rouphness Coefficients in a Loess Soil Surface under Different Rock Fragment Covers

Resistance to surface flow such as Manning's and DarcyWeisbach rouphness coefficients were an important input for estimating soil erosion by soil erosion process models. Also, it is very important for designing and implementing soil and water conservation practices. The objective of present research was predicting Manning's and DarcyWeisbach rouphness coefficients in surface of a loess soil under different rock fragment covers. For this porpose, a flume was used with 6 m length, 0.5 m width and 3% slope. The treatments included rock fragment cover (0, 10, 20 and 30%) and three levels of flow discharges (3, 6 and 9 lit. min1). The results showed that Manning's and DarcyWeisbach rouphness coefficients increased as exponential with increasing rock fragment cover. DarcyWeisbach coefficient increased 84.3, 83.8 and 85.7% with an increase rock fragment cover from 0 to 30% at 3, 6 and 9 lit min1 flow discharges, respectively, and Manning's rouphness coefficient increased 96.9, 96.7 and 97.4% at mentioned flow discharges. Rouphness coefficients decreased as exponential (R2=0.99) with increasing flow velocity at a rock fragment cover. Also, (8/f)0.5 increased as logarithmic with increasing relative submergence. Generally, results of this study showed that rouphness coefficients not only were dependent on size and shape rock fragment cover but also, were influenced by factors such as flow rate, depth and velocity and also, rock fragment cover percentage.