بررسی میزان پس‌روی و حجم رسوب فرسایش پس‌رونده در مجاری با شیب تند

محورهای موضوعی : مدیریت آب در مزرعه با هدف بهبود شاخص های مدیریتی آبیاری

امیررضا سالمیان ¹ , محمود شفاعی بجستان ² , امیر خسروجردی ³ , حسین بابازاده ⁴ , حسین صدقی ⁵

1 - عضو هیات علمی
2 - عضوهیات علمی دانشگاه شهیدچمران
3 - عضوهیات علمی دانشگاه علوم و تحقیقات
4 - عضوهیات علمی دانشگاه علوم و تحقیقات تهران
5 - عضو هیات علمی دانشگاه

تاریخ دریافت : 1395/04/09 تاریخ پذیرش : 1395/05/30 تاریخ انتشار : 1395/12/01

کلید واژه: فلوم, فرسایش پس‌رونده, شیب تند, نرخ فرسایش, حجم فرسایش,

چکیده مقاله :

فرسایش پس‌رونده، در اثر یک تغییر ناگهانی در بستر آبراهه‌های با شیب تند شکل می‌گیرد و به سمت بالادست حرکت می‌کند. وقوع پدیده فرسایش پس‌رونده در آبراهه‌ها موجب گود افتادگی بستر و ناپایدار شدن سواحل خواهد شد، درنتیجه رودخانه تعریض شده و حاصل این پدیده انتقال حجم زیاد رسوب به پایین‌دست و مخزن سدها می‌باشد. در تحقیق حاضرتعداد پنج نمونه خاک چسبنده شامل رس و سیلت با درصد اختلاط متفاوت برای شیب بالادست 25 و پایین دست پنج درصد برای دبی، سرعت و عمق‌های جریان مختلف مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت. میزان حجم رسوب تولید شده به‌صورت لحظه‌ای و متوسط و نرخ پس‌روی و نیز دبی رسوب اندازه‌گیری شد. از جمله پدیده‌هایی که در این تحقیق مشاهده شد و نقش مهمی در تولید حجم رسوب و نرخ پس‌روی داشت عبارتند از وقوع پرش هیدرولیکی در محل اتصال شیب تند به ملایم، در سطح خاک و افزایش شیب بستر در حین آزمایش به‌دلیل فرسایش بود. بر اساس نتایج به‌دست آمده تغییر سه پارامتر میزان درصد رس و سرعت جریان با حجم فرسایش و نیز افزایش نرخ مهاجرت رسوبات و سرعت پس‌روی رابطه مستقیم دارد. در حالت رس خالص با افزایش سرعت جریان به میزان 5/1 برابر، حجم متوسط فرسایش13درصد، سرعت پس‌روی 40 درصد و دبی رسوب 21 درصد افزایش یافت. با افزایش درصد رس به میزان 50 درصد، متوسط حجم فرسایش 12 درصد، سرعت پس‌روی 38 درصد و دبی رسوب 19 درصد افزایش یافت.

چکیده انگلیسی:

Headcut erosion is a sudden change in height or slope that makes gullies and valleys and may change within a height ranged from less than one centimeter to several meters depending on several factors and upstream movement. Occurrence of headcut erosion phenomenon in the rivers will result in bed erosion and instability of beaches. As a result, the river is widened and the outcome of the phenomenon is the transfer of large amounts of sediment downstream and dams’ reservoirs. Five adhesive soil samples including, clay and silt with different mixture percentages were examined and tested for 25% upstream and 5% downstream slopes for discharge, velocity and depths of several flows in the study. Volume of the produced sediment was measured in terms of real time and average. In addition, headcut rate and sediment discharge were measured. Some of the phenomena observed in the study that played an important role in the production of sedimentation volume and headcut rate include occurrence of hydraulic jump at the junction of steep slope to mild slope, tensile cracks on the soil surface and increased slope of bed during the experiment due to erosion. According to the results, changes in the three parameters of the amount of silt, upstream slope and flow rate are directly related to the increased rate of movement of sediments and headcut velocity. In pure clay, by increasing flow velocity 1.5 times the average volume of sediments, 13% headcut velocity and sedimentation discharge increased to 40% and 21%, respectively. Moreover, 50% increase of silt increased the average sediments volume, headcut velocity and sedimentation discharge  by12%, 38% and 19%, respectively.

منابع و مأخذ:

عاشوریان، م.، شفاعی بجستان، م و بابازاده ح. 1394. اثر میزان رس، ارتفاع آبشار و سرعت جریان در خاک‌های چسبنده بر فرسایش پس‌رونده، نشریه حفاظت منابع آب و خاک، سال چهارم، شماره 4، تابستان 1394، ص 25-38.

Alonso, C. V., Bennett, S. J., and Stein, O. R. 2002, Predicting head cut erosion and migration in concentrated flows typical of upland areas, Water Resources Research, 12: 15-39.

Brush, L. M., Wolman, Jr., and Wolman, M. G. 1960, Knickpoint behavior in noncohesive material: a laboratory study. Geological Society of America Bulletin, 71:.59-74.

Bryan, R. B., 1990, Knickpoint evolution in rillwash. In Soil Erosion-Experiments and Models, ed. R.B. Bryan, Cremlingen, Germany. 208 pp.

Duarte, R.M., Marquínez, J., Menéndez, S.F ., and Santos, R. 2007, Incised channels and gully erosion in Northern Iberian Peninsula: Controls and geomorphic setting. Catena, 71: 267–278.

Kukal, S. S., and Matharu, G. S., 2002, Behavior of gully erosion in relation to catchment characteristics in foothils of lower shivaliks , world congress of soil science, 17:14-21.

Martinez-Casasnovas, J.A., Ramos, M.C., and  Poesen, j. 2004, Assessment of sidewall erosion in large gullies using multitemporal DEMs and logistic regression analysis. Geomorphology 58: 305–321

Ndomba, P.M., and Mtalo , F . 2009, Estimating gully erosion contribution to large catchment sediment yield rate in Tanzania. Physics and chemistry of the earth, 34: 741-748

Saafan, T.A., and Mohamed, I. M. G. 2003, Comparison between Channel Bed Scour and Head Cut Erosion Rates. Mansoura engineering journal, 28(4): 30-48.

Soliemanpour, S.M., Soufi, M., Ahmadi, H. 2008, Sediment production by gully erosion in the southwest of Iran, Fars province . international soil conversation organization, Budapest, Hungary May 2008.

Stavi ,I.A., and Perevolotsky, Y.A. 2009, Effects of gully formation and headcut retreat on primary production in an arid rangeland: Natural desertification in action. Journal of Arid Environment,  74(2): 221-228.

Yana, L., Tingwu, L., Zhang, J., and Zhang, Q. 2015, Finite element method for one- dimensional rill erosion simulation on a curved slope. International Soil and Water Conservation Research, 3(1): 28–41.