اثر خاک‌پوش‌های زیستی بر مقاومت برشی کانال‌های خاکی تحت شبیه‌سازی باران و فرسایش خاک

پژوهش حاضر با هدف تعیین نوع و مناسب‌ترین سطح از خاک‌پوش‌های زیستی و اثر آن‌ها بر متغیرهای مقاومت فرسایشی خاک دیواره جانبی کانال‌های زهکش دشت اراضی خوزستان در آزمایشگاه شبیه‌ساز بارندگی پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری انجام شد. به‌طوری‌که با استفاده از چهار نوع خاک‌پوش زیستی پایه آب، در سه سطح حداقل (c1)، متوسط (c2) و حداکثر (c3) آزمایش‌هایی روی نمونه خاک منطقه مورد پژوهش انجام شد. هر یک از تیمار‌های آزمایشی روی فلومی با شیب جانبی 1 به 1/25 مشابه شیب جانبی کانال‌ها در طبیعت، در دو شدت‌ بارندگی 30 و 80 ‌میلی‌متر بر ساعت، در سه نوبت تکرار و شبیه‌سازی شدند. در هر آزمایش مقاومت برشی تیمارها اندازه‌گیری شد. آزمایش‌ها در طرح بلوک‌های کاملاً تصادفی در قالب کرت‌های خرد شده اجرا و داده‌ها با به‌کارگیری نرم‌افزار sas تجزیه و میانگین‌ها با استفاده از آزمون چنددامنه snk مقایسه شدند. در نهایت با استفاده از مدل‌های ریاضی با بهینه‌سازی و کمینه‌سازی مقادیر رسوب و هزینه‌های اقتصادی، مناسب‌ترین تیمار تثبیت‌کننده جداره جانبی زهکش‌ها تعیین شد. نتایج مشخص نمود که تنها خاک‌پوش‌های زیستی 2 و 4 بر مقاومت برشی تاثیر مثبت داشته‌اند. هم‌چنین، بر هم‌کنش دو متغیر شدت بارندگی با نوع تیمار بر میزان مقاومت برشی معنی‌دار و بر هم‌کنش متغیرهای شدت بارندگی با سطح خاک‌پوشش غیرمعنا‌دار در سطح 5 درصد ارزیابی شد. ضمناً بر هم‌کنش نوع تیمار با سطح مواد نیز معنا‌دار شد. پس از تحلیل مهندسی سیستم و بهینه‌سازی مقادیر رسوب و هزینه‌های اقتصادی مشخص شد که خاک‌پوش 2 در سطح c3 بهترین کارایی در افزایش مقاومت برشی را دارد. لذا برهم‌کنش پارامترهای شدت بارش با سطح خاک‌پوش مورد استفاده در سطح 5 درصد معنا‌دار نبود. ضمناً برهم‌کنش نوع تیمار با سطح مواد مورد استفاده نیز معنا‌دار شد. با توجه به نتایج تجزیه واریانس در بررسی نقش شدت بارش بر تیمارهای خاک‌پوش زیستی، مشخص شد که شدت بارش بر میزان مقاومت برشی اثر داشته است. نتایج پس از انجام مهندسی سیستم و تحلیل‌های مربوط به بهینه‌سازی مقادیر رسوب و هزینه‌های اقتصادی مشخص نمود که خاک‌پوش 2 در سطح c3 بهترین کارایی در افزایش مقاومت برشی را دارد.

effect of biological mulches on the shear resistance of soil channels under soil erosion and rainfall simulation

introduction mechanical properties of most soils alter upon the increase of moisture and saturation. in some soils, certain phenomena appear due to increased moisture. some of these phenomena lead to major damage in development projects. these soils are called sensitive soils to water”. the most significant types of these soils are swelled soils, dispersive soils, and collapsible soils. dispersive soils refer to clay soils that are easily washed up in waters with a low concentration of salt. dispersion is a progressive phenomenon that starts from one point and is gradually extended. the start point of the dispersive phenomenon may refer to cracks resulting from shrinkage, soil deposition, or cracks made due to the roots of plants. this phenomenon is of great importance in such plans as soil dams and water supply channels where there is a water concentration inside the soil too. one of the essential reasons for soil erosion and sediment production in irrigation and drainage networks is the instability of canal soil, so it is necessary to use erosion control methods in parts of the canal route, especially at the intersection with other structures. to this end, the solution investigated and tested in this article is the use of biological mulches to reduce the erosion of the side slopes of earthen channels. materials and methodsthis research has been conducted on soil with a loam sandy texture of irrigation and drainage channels network of the arayez plain of khuzestan that lies on the west side of the karkheh river. using a simulated system, twonozzle rainfall of the k18 feature was performed. to determine the effect of mulches on parameters of side wall erosive resistance of the soil structure, after the soil of the region passes through a sieve of 4.76 mm was put in the basin designed for 1 x 0.33 x 0.1 m for about 25 kg. after filtration, leveling, and pressing the soil to the edge of the flume basin proportionate to the physical special weight of the soil, the stabilizing materials, and different bio mulches were sprayed in their different concentrations. then, the basins inside the flume with a side slope of 80% were put into a depth of 10 cm. in this research, with the objectives of determining the type and most appropriate level of biological mulches and their effect on the soil erosion resistance parameters of the lateral wall of the drainage channels of the araiz plain of khuzestan, the necessary experiments were conducted in the rain simulator laboratory of the soil conservation and watershed research institute. so that using four types of waterbased biological mulch, which were named with numbers 1 to 4 and at three levels of minimum (c1), medium (c2), and maximum (c3), experiments were conducted on the soil sample of the researched area. each of the experimental treatments on a flume with a side slope of 1 to 1.25, similar to the side slope of canals in nature, was repeated and simulated three times in two rainfall intensities of 30 and 80 mm h1. in each experiment, primary and secondary soil moisture, runoff volume, sediment weight, the intensity of water penetration in the treatments, and the shear strength of the treatments were measured. the experiments were conducted in a randomized complete block design in the form of split plots and the data were analyzed using sas software and the averages were compared using the student–newman–keuls (snk) multidomain test. finally, by using mathematical models with optimization and minimization of sediment amounts and economic costs, the most suitable treatment for stabilizing the lateral walls of drains was determined. spss software was used for the statistical analysis of data and anova and the duncan test were used for the statistical comparison of data.