اثر ضربه قطرات باران بر ویژگی‌های هیدرولیکی جریان شیاری تحت تاثیر درجه شیب

اطلاعات اندکی در مورد نقش ضربه قطرات باران بر ویژگی‌های هیدرولیکی جریان در شیارها وجود دارد. در این آزمایش برای بررسی نقش ضربه قطرات باران بر دبی رواناب، غلظت رسوب و ویژگی‌های هیدرولیکی جریان، خاکی با بافت رسی در چهار شیب (5، 10، 15 و 20 درصد) در فلومی به ابعاد 0.4 ×0.3 ×4 متر با بارانی به‌شدت 90 میلی‌متر در ساعت تا رسیدن به حالت ماندگار، در دو حالت با وجود ضربه قطرات باران و بدون وجود ضربه قطرات باران با باران شبیه سازی شده، بررسی شد. نتایج نشان داد که با حذف ضربه قطرات باران بر سطح خاک، دبی رواناب، غلظت رسوب، عمق جریان، تنش برشی، قدرت جریان، عدد رینولدز و سرعت جریان به‌ترتیب به اندازه 0.62 تا 3.54، 0.08 تا 11.83، 0.91 تا 0.96، 0.26 تا 3.25، 0.52 تا 4.45، 0.36 تا 3.27 و 0.23 تا 0.79 برابر کاهش یافت (0.05>p)؛ درحالی‌ که ضرایب دارسی ویسباخ، شزی و مانینگ در حالت بدون ضربه بیشتر از حالت با وجود ضربه قطرات باران بودند (0.01>p) که با توجه به نتایج عمق رواناب و سرعت در دو حالت سطح خاک بدیهی به‌نظر می‌رسد. نتایج نشان داد که سرعت جریان مهم‌ترین ویژگی هیدرولیکی جریان است که تحت تاثیر ضربه قطره باران و شیب سطح قرار داشت. به‌طور کلی این پژوهش نشان داد که ضربه قطره باران عاملی مهم در تغییر ویژگی‌های هیدرولیکی جریان در شیارها بود. با افزایش شیب نیز نقش ضربه قطرات باران در ویژگی‌های هیدرولیکی جریان افزایش یافت. این نتایج نقش کلیدی ضربه قطرات باران را در خصوصیات هیدرولیکی رواناب و نیز شدت برداشت ذرات در شیارها نشان داد. آگاهی از این موضوع گامی اساسی در مدل‌سازی فرسایش شیاری است. مهار ضربه قطرات باران به‌ویژه در دامنه‌های با شیب تند از طریق حفظ پوشش گیاهی نقشی مهم در کاهش فرسایندگی جریان و هدررفت خاک از شیارها خواهد داشت.

Effect of Raindrops Impact on Hydraulic Properties of the Rill Flow under Slope Gradients

Few studies have been done regarding the role of the raindrop in the hydrodinamic mechanism of soil erosion. In this study, rainfall simulation experiments were conducted to evaluate the role of raindrop in runoff discharge, sediment concentration and hydraulic properties of flow under four slope gradients (5, 10, 15 and 20%) in a clay soil using a 90 mm.h1 rainfall intensity to reach the steady state flow. Soil sample was packed into the erosion flume with 0.3m × 0.4m × 4 m in dimensions and tested under two soil surface conditions: one with raindrop impact and one without raindrop impact. The results showed that runoff discharge, sediment concentration, flow depth, shear stress, stream power, Reynolds number and runoff velocity under without raindrop impact condition were significantly lower than those in the condition with the raindrop impact with a factor of 0.62 to 3.54, 0.08 to 11.83, 0.91 to 0.96, 0.26 to 3.25, 0.52 to 4.45, and 0.36 to 3.27, 0.23 to 0.79 times, respectively; on the other hand, the Darcy Wysbach, Chezy and Manning coefficients were increased significantly under without raindrop impact (P<0.01). Flow velocity was the key hydraulic parameter strongly affecting the hydraulic properties. These findings indicated the importance of raindrop impact in the detachment rate of soil particles through the change of the hydraulic characteristics. This study also revealed the key role of raindrop impact on the runoff hydraulic characteristics, as well as particle detachments rate in rills. Information about the role of raindrop impact is a substantial step in modeling the rill erosion. Therefore, elimination of raindrops impact, especially in the steep slopes, with the conservation of natural vegetation cover can sufficiently prevent runoff production as well as the particle detachment rate.