حفاظت منابع آب و خاک
سال:1392 | دوره:2 | شماره:4 |تعداد مقالات:6

بیان کمی ویژگی های هیدرولیکی خاک برای هر گونه برنامه ریزی در حفاظت از منابع آب و خاک ضروری است. ویژگی های هیدرولیکی خاک، ورودی هایی مهم برای مدل سازی جریان آب و انتقال املاح در خاک هستند. بدلیل زمان بر و پرهزینه بودن روش های مستقیم اندازه گیری این ویژگی ها، توابع انتقالی خاک (PTFs) به طور گسترده و موفق برای برآورد آنها استفاده شده اند. با این حال، تلاش هایی اندک در زمینه ارزیابی کاربردی دقت برآوردهای حاصل از PTF ها در شبیه سازی جریان غیرماندگار آب در خاک صورت گرفته است. در این پژوهش، منحنی رطوبتی یک خاک رسی توسط برخی از PTF های محلی و جهانی برآورد گردید. منحنی رطوبتی خاک همچنین با روش مستقیم در آزمایشگاه اندازه گیری شد. اعتبار PTF های مورد مطالعه از نظر برآورد منحنی رطوبتی خاک بررسی شد. با وارد کردن هر دو پارامترهای برآورد شده و اندازه گیری شده منحنی رطوبتی به برنامه HYDRUS-1D، جریان آب در این خاک شبیه سازی و دقت کاربردی PTF ها از نظر شبیه سازی جریان آب در خاک به طور کمی مقایسه شد. نتایج بدست آمده نشان داد که هر دو PTF جهانی (رزتا) با میانگین مربعات خطای (RMSE) کمتر از cm 3 cm -3 0.025 و برخی PTF های منطقه ای (قربانی-1) با RMSE<0.014 Cm3Cm-3، می توانند منحنی رطوبتی خاک سطحی را به گونه ای مناسب برآورد کنند. برای برآورد منحنی رطوبتی خاک زیرسطحی مقدار RMSE برای توابع جهانی بزرگتر از 0.107 cm3cm-3 و برای توابع محلی در محدوده 0.036-0.356 cm3cm-3 بود. با این حال، برای شبیه سازی جریان آب در خاک، گروه دیگری از PTF ها کارآمدتر بودند. مقادیر RMSE تابع قربانی اصلاح شده برای شبیه سازی مقدار رطوبت خاک سطحی و زیرسطحی به ترتیب 0.025 و 0.055 cm3cm-3 بود. مقدار RMSE توابع وستن (1999، 1997) نیز برای خاک سطحی بزرگتر از 0.149 و برای خاک زیرسطحی کوچکتر از0.058  cm3cm-3 بود. مقدار RMSE شبیه سازی شده با منحنی رطوبتی اندازه گیری شده در آزمایشگاه برای خاک سطحی و زیرسطحی به ترتیب 0.013 تا 0.040 cm3cm-3 بود. می توان نتیجه گیری کرد که در ارزیابی اعتبار PTF ها باید به نوع کاربردی که قرار است از PTF ها داشته باشیم، توجه شود. یک PTF می تواند برای برآورد منحنی رطوبتی خاک دقت کافی داشته باشد ولی برای برآورد گستره خاص q(h) حاکم بر فرایند بازتوزیع رطوبت در خاک، دقیق نباشد. استفاده از چنین PTF می تواند منجر به ایجاد خطاهای بالایی در شبیه سازی مقدار رطوبت خاک گردد.

آگاهی کمی از رفتار هیدرولیکی خاک نقشی مهم در حفاظت و بهره وری مناسب از منابع آب دارد. در این راستا فهم این رفتار در آبیاری قطره ای همیشه موضوع بحث محققین بوده است. یکی از مهم ترین معیارها هنگام طراحی سیستم آبیاری قطره ای، هندسه الگوی رطوبتی است که توسط قطره چکان ها ایجاد می شود. ابعاد پیاز رطوبتی تحت تاثیر پارامترهای مهمی همچون ویژگی های هیدرولیکی خاک، دبی خروجی قطره چکان و زمان آبیاری می باشد. با توجه به اهمیت این موضوع در طراحی سیستم های آبیاری قطره ای، هدف از این پژوهش، تخمین ابعاد جبهه رطوبتی حاصله از یک منبع نقطه ای است. بدین منظور، برای آزمون قابلیت نرم افزار HYDRUS-2D، آبیاری قطره ای به مدت 30 ساعت با روش T-Tape و دبی 2.338 سانتی متر بر ساعت و با در نظر گرفتن عمق حداکثر 70 سانتی متر در مزرعه مطالعاتی دانشگاه ارومیه انجام و چگونگی توزیع آب در خاک توسط نمونه بردار وزنی در پایان آبیاری تعیین شد. پس از اطمینان از توانایی نرم افزار HYDRUS-2D، این نرم افزار برای شش دبی مختلف با سقف زمان 30 ساعت کارکرد قطره چکان، اجرا شد. مقادیر حاصله از نرم افزار برای بازه های زمانی متفاوت و به کارگیری قضیه π باکینگهام، منجر به ارائه روابطی ساده شد که مقدار عمق و حداکثر قطر خیسیدگی خاک را توسط مقدار هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، دبی قطره چکان و مدت زمان کارکرد محاسبه می کند. با توجه به مقدار ضریب همبستگی (0.993 و 0.970) و میانگین مطلق خطا (1.177 و 1.706) در برآورد عمق و حداکثر قطر خیس شده خاک، معادلات نیمه تجربی حاصله، با دقتی زیاد ابعاد هندسی پیاز رطوبتی را محاسبه کردند. بدین ترتیب می توان نتیجه گرفت که در نتیجه، از آنها در طراحی و مدیریت بهینه سیستم آبیاری قطره ای برای شرایط مورد مطالعه می توان استفاده کرد.

برآورد صحیح مقدار تبخیر و تعرق اهمیت زیادی در حفاظت بهینه از منابع آب موجود در مناطق خشک و نیمه خشک دارد. زیرا، تبخیر و تعرق بخش مهمی از بیلان آبی مناطق خشک و نیمه خشک است. هدف از این پژوهش، ارزیابی کارآیی مدل SEBAL برای تخمین تبخیر و تعرق در یک منطقه نیمه خشک بود. این پژوهش در بخشی از حوزه آبخیز زنجان رود واقع در استان زنجان که کشت غالب آن گندم آبی و دیم است، انجام شد. با استفاده از تصاویر سنجنده های MODIS (Terra/Aqua) و TM (Landsat-5)، امکان استفاده از مدل SEBAL با داده های بدست آمده از سنجنده های مختلف طی ماه های خرداد تا مرداد 1387 بررسی شد. سپس تبخیر و تعرق روزانه برآورد شده توسط مدل SEBAL برای اراضی آبی و دیم زیر کشت گندم، با استفاده از ارقام دو تشتک تبخیر ارزیابی شد. نتایج آماره های ارزیابی نشان داد، مدل SEBAL از کارآیی مناسبی برای تخمین تبخیر و تعرق واقعی اراضی زیر کشت گندم آبی (RMSE=0.49-1.25) و دیم (RMSE=1.3-2.48) برخوردار است. این مدل، تبخیر و تعرق اراضی آبی را در مقایسه با اراضی دیم با دقتی مطلوب تر برآورد نمود. همچنین، نتایج نشان داد که دقت تصاویر سنجنده TM دو و نیم برابر بیشتر از تصاویر MODIS می باشد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که سنجنده TM مستقر بر ماهواره Landsat می تواند با دقتی بیشتر نسبت به سنجنده MODIS مستقر بر ماهواره Terra مقدار تبخیر و تعرق واقعی را برای منطقه مورد مطالعه برآورد کند.

پارامترهای نفوذ آب به خاک از مهم ترین شاخص های ارزیابی کیفیت خاک می باشند. نفوذ آب به خاک یکی از ویژگی های کلیدی در طراحی سامانه های آبیاری، پژوهش های هیدرولوژی، مدیریت منابع آب و حفاظت خاک، طراحی و اجرای پروژه های زهکشی و کنترل فرسایش خاک در حوضه های آبخیز است. هدف از این پژوهش، بررسی اثر رهاسازی اراضی بر پارامترهای نفوذ آب به خاک در مراتع نیمه استپی کرسنک واقع در استان چهارمحال و بختیاری بود. برای این منظور، در پنج کاربری شامل مرتع، کشاورزی، رهاسازی 5-3 سال، رهاسازی 15-10 سال و رهاسازی بالای 25 سال نفوذ آب به خاک در شش تکرار به روش نفوذ سنج مکشی اندازه گیری شد. نتایج پژوهش نشان داد که رهاسازی اراضی کشاورزی از طریق افزایش ماده آلی خاک، افزایش پایداری ساختمان خاک، بازآرایی ذرات خاک در راستای پایدارتر شدن منافذ طبیعی موجود در خاک و در نتیجه افزایش پیوستگی منافذ خاک بر پارامترهای نفوذ آب به خاک تاثیری معنی دار و مثبت دارند. میانگین هدایت آبی اشباع مزرعه ای در مرتع (7.4 میلی متر در ساعت) بیشتر از زمین کشاورزی (4.4 میلی متر در ساعت) بود. همچنین ضریب جذب نیز کاهش 30 درصدی را در زمین کشاورزی نسبت به مرتع داشت. لیکن در نتیجه رهاسازی اراضی کشاورزی و استقرار مجدد پوشش گیاهی، تشکیل و بازیافت خاکدانه های درشت و افزایش پایداری خاکدانه ها، بهبود نفوذ آب به خاک در منطقه را به دنبال داشته است. بر این اساس هدایت آبی اشباع پس از 25 سال رهاسازی، از 4.38 به 6.09 میلی متر در ساعت رسیده است.

مهار فرسایش خاک اهمیتی بسیار در مدیریت و حفاظت از منابع آب و خاک دارد. بر همین پایه، روش ها و شیوه های مختلفی برای مهار فرسایش خاک معرفی و مورد استفاده قرار گرفته اند. یکی از فناوری های نوین در زمینه مدیریت منابع خاک و آب در سال های اخیر، استفاده از افزودنی های خاک می باشد.حال آن که ابعاد مختلف کاربرد آن در حفاظت خاک به طور جامع مد نظر قرار نگرفته است. از این رو پژوهش حاضر به منظور ارزیابی کمی استفاده از افزودنی مهم پلی آکریل آمید بر مولفه های هدررفت خاک و غلظت رسوب خروجی در مقیاس کرت کوچک و در شرایط آزمایشگاهی در خاک های لسی شهرستان بجنورد واقع در استان خراسان شمالی صورت گرفت. بدین منظور، سطوح مختلف مصرف پلی آکریل آمید شامل 0.4، 0.6، 1، 2، 3، 4 و 6 گرم در مترمربع و یک تیمار شاهد (بدون استفاده از افزودنی پلی آکریل آمید) و با سه تکرار مدنظر قرار گرفت. سپس، تیمارهای مطالعاتی تحت بارش مصنوعی با شدت 1.2 میلی متر در ساعت و دوام نیم ساعت قرار گرفته و مقدار هدررفت خاک و غلظت رسوب در زمان های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. تحلیل نتایج حاصل نشان دهنده معنی دار بودن اثر کاهنده استفاده از پلی آکریل آمید بر هدررفت خاک (P=0.04) و غلظت رسوب (P=0.004) دارد. بیشترین مقدار مجموع هدررفت خاک و غلظت رسوب کل در تیمار شاهد به ترتیب با مقدار 49.32 گرم و 10.79 گرم در لیتر و کمترین مقدار هدررفت خاک و غلظت رسوب در تیمار 6 گرم در مترمربع به ترتیب با مقدار 18.03 گرم و 6.93 گرم در لیتر رخ داد. همچنین نتایج بدست آمده موید عدم تاثیرپذیری معنی دار (P>0.3) مقدار هدررفت خاک و غلظت رسوب در هر گام زمانی از پلی آکریل آمید بود. بر پایه نتایج بدست آمده می توان استفاده از پلی آکریل آمید به عنوان یکی از گزینه های مناسب برای حفاظت منابع آب و خاک را پیشنهاد نمود.

کرت های فرسایشی به طور گسترده به منظور ارزیابی متغیرها و عوامل اصلی پدیده فرسایش خاک مورد استفاده قرار می گیرند. از این رو، آگاهی از تاثیر عوامل مختلف همچون مقیاس مکانی بر نتایج به دست آمده از آنها ضروری است. این پژوهش با هدف بررسی اثر ابعاد کرت های صحرایی بر تولید رواناب و هدررفت خاک در واحد سطح انجام شد. بدین منظور، تعداد هفت کرت با ابعاد مختلف (طول های 2، 5، 10، 15، 22.1، 25 و  30متر و به ترتیب عرض های 1، 1، 1.2، 1.6، 1.83، 2 و 2.4 متر) در ایستگاه پلدشت در استان آذربایجان غربی احداث شد. میزان رواناب و هدررفت خاک در 11 رخداد منجر به رواناب و رسوب طی شهریور سال 1389 تا شهریور سال 1390 به صورت مجزا در کرت ها اندازه گیری و در واحد سطح محاسبه شد. نتایج نشان داد رواناب و رسوب تولید شده در واحد سطح با افزایش مساحت و یا طول کرت به صورت توانی کاهش می یابد. مقایسه آماری عملکرد کرت های با ابعاد مختلف نشان داد که در اغلب رخدادها، بین کرت های با طول کمتر از 10 متر و کرت های بزرگتر تفاوتی معنی دار وجود دارد، در حالی که اختلاف عملکرد کرت های با طول بیش از 15 متر تفاوت معنی داری را نشان نداد (P<0.05). بر اساس نتایج، کرت های با طول 10 تا 15 متر قابلیت تخمین عملکرد کرت های بزرگ تر را داشتند.