تحلیل ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی در رسوبات پشت بندهای اصلاحی متوالی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی گروه مهندسی علوم خاک دانشگاه ارومیه

2 استاد گروه مهندسی علوم خاک، دانشگاه ارومیه

چکیده

بندهای اصلاحی به ‌طور گسترده در پروژه­های مهار فرسایش اراضی بالادست حوزه­ها به ‌ویژه در مناطق خشک و نیمه­خشک مورد استفاده قرار گرفته­اند. این سازه­ها با به دام انداختن بار رسوبی جریان­های سیلابی، مقدار رسوب ورودی به رودخانه­های اصلی را مهار کرده و کاهش می­دهند. رسوبات انباشته‌شده در پشت بندها با کاهش شیب آبراهه امکان استقرار گیاهان و آغاز عملیات بیولوژیکی کنترل فرسایش خاک را فراهم می­آورند. ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی رسوبات انباشته‌شده در پشت بندها نقش مهمی در تعیین رفتار آن­ها از جنبه­های مختلف نظیر نگه‌داشت آب و نفوذ آن در خاک و نگه‌داشت عناصر غذایی و آلاینده­ها ایفا می­نماید. از این رو، هدف از این مطالعه، بررسی تحلیلی ویژگی­های رسوبات تعدادی از بندهای اصلاحی متوالی بود. برای این منظور 4 آبراهه در دو منطقه از شهرستان ارومیه در شمال­غرب ایران انتخاب شد. نتایج نشان داد که میانگین مقدار شن در نمونه­های رسوب آبراهه­ها بین 4/54 تا 4/88 درصد متغیر بوده و بافت نمونه­های رسوب نیز اغلب شنی تا لوم­شنی بوده است. به دلیل خروج ذرات ریز رسوبات از سیستم بندهای متوالی، رسوبات پشت بندها در مقایسه با خاک دامنه از نظر عناصر غذایی فقیرتر بوده و میانگین نسبت غنی شدن عناصر N، P و K در رسوبات به ترتیب برابر با 53/0، 66/0 و 6/0 به دست آمد. در بندهای نیمه­پر به دلیل وقوع فرآیند ترسیب انتخابی، ویژگی­های رسوبات در طول آبراهه به شکل منظم تغییر یافته و مقدار رس و عناصر غذایی در بندهای پایین­دست بیش­تر از بندهای بالادست بود. در مجموع بندها توانایی نگه‌داشت تمامی ذرات رسوب جریان­های سیلابی را نداشته و بخش زیادی از ذرات با قطر کم­تر از 2 میکرون به صورت بار معلق بندها را ترک می­نمایند. تجزیه به مؤلفه‌های اصلی ویژگی­های رسوبات شامل، pH، EC، ماده آلی، فسفر، نیتروژن، پتاسیم، رس، شن و سیلت نشان داد که مقدار شن و سیلت به همراه محتوای عناصر غذایی فسفر، نیتروژن و پتاسیم نقش مهمتری در تبیین ویژگی­های رسوبات داشته و به عنوان ویژگی­های کلیدی در تفکیک نمونه­های رسوب بندها محسوب می­شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of Physicochemical Properties of Sediments Trapped in Successive Check Dams

نویسندگان [English]

  • Farrokh Asadzadeh 1
  • Abbas Samadi 2
1
2
چکیده [English]

Check dams have been widely used in erosion control projects of upland areas especially in arid and semi arid regions. These structures control and reduce the amount of sediments entering main rivers by trapping the sediment load of floods. Trapped sediments by check dam systems reduce the slope of gully and provide ideal condition to starting biological measures of erosion control such as vegetation cover establishment. Physical and chemical properties of check dam sediments have major role in determining the different aspects of their behavior like water holding capacity, water infiltration rate, and controlling nutrient loss and pollutants transportation. This study aims to analyze physicochemical properties of sediments in some successive check dam systems. The study was carried out in four seasonal waterways from two different region of Urmia city, northwestern Iran. Results indicated that the average sand content of the sediments in waterways lies between 54.4 and 88.4 percent. Sediments samples with sandy and loamy sand texture were coarser than the original soils of the adjacent hillslopes. Sediments were poor in macronutrients in comparison with original soils and the enrichment ratio of the N, P, and K were 0.53, 0.66 and 0.60 respectively. In the partially filled check dam systems, as a result of selective sediment deposition, sediment characteristics change regularly and the amount of clay and macro nutrients were higher in the downstream dams than the upstream dams. Results indicated that the check dam systems are not able to trap all sediment sizes and the great amounts of particles smaller than 2 micrometer in diameter, passed through the system in the form of suspended load. Principle component analysis of sediment properties strongly suggested the importance of macronutrients with sand and silt content in characterization of sediment properties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • enrichment ratio
  • Particle size distribution
  • Fredlund model
  • selective deposition
Abbasi, A., Sedigh, R. and Ahar, M.H. (2008) Investigation of the check dams effects in controlling fine sediments. In: Proceedings of 6th National Conference on Watershed Engineering and Management. 20-21 February. University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
Abedini, M., Md-Said, M.A. and Ahmad, F. (2012) Effectiveness of check dam to control soil erosion in a tropical catchment (The Ulu Kinta Basin). Catena, 97, 63-70.
Asadi, H., Moussavi, A., Ghadiri, H. and Rose, C.W. (2011) Flow- driven soil erosion processes and the size selectivity of sediment. Journal of Hydrology, 406, 73-81.
Baker, J.L., Laflen, J.M. (1983) Water quality consequences of conservation tillage. Journal of Soil & Water Conservation, 38 (3), 186–193.
Bao, Y.X., Wu, F.Q. and Tan, H.C. (2005) Distribution characteristics of soil nutrients in Dam Land. B. Soil & Water Conservation, 25 (2), 12–15
Boroshkeh, E. and  Arabkhedri, M. (2013) Regression model for estimating annual sediment yield of small waresheds in West Azerbaijan. Journal of Watershed Engineering and Management, 4(4): 170-178. (In Farsi)
Boroshkeh, E. and  Arabkhedri, M. (2015) Evaluation of MPSIAC and EPM empirical models in western Azarbayjan provincebased on sediment surveying behind small dams. Journal of Watershed Engineering and Management, 7(3): 265-273. (In Farsi)
Bremner, J.M. and Mulvaney, C.S. (1982) Nitrogen-Total. In: A.L. Page and R.H. Miller (Eds). Methods of Soil Analysis. Part 2. 2nd ed. Agron. Monogr. 9. ASA and SSSA, Madison, WI, pp: 595-624.
Chartier, M.P., Rostagno, C.M. and Videla, L.S. (2013) Selective erosion of clay, organic carbon and total nitrogen in grazed semiarid rangelands of northeastern Patagonia, Argentina. Journal of Arid Environments, 88, 43-49.
Fredlund, M.D., Fredlund D.G. and Wilson, G.W. (2000) An equation to represent grain size distribution. Canadian Geotechnical Journal, 37, 817–827.
Gee, G.W. and Bauder, J.W. (1986) Particle-size Analysis. In A. Klute (ed): Methods of soil analysis, Part 1, Physical and Mineralogical Methods. Madison,Wis., 393–394.
Ghadiri, H. and Rose, C.W. (1991) Sorbed chemical transport in overland flow. II. Enrichment ratio variation with erosion processes. Journal of Environmental Quality, 20, 634-641.
Haregeweyn, N., Poesen, J., Deckers, J., Nyssen, J., Mitiku, Haile, Govers, G., Verstraeten, G. and Moeyersons, J. (2008) Sediment-bound nutrient export from micro dam catchments in Northern Ethiopia. Land Degradation and Development. 19, 136–152.
Hashemi, S.A.A. and Arabkhedri, M. (2008) Evaluation of EPM Model by Sediment Measurement in Reservoirs of Small Dams. JWSS - Isfahan University of Technology. 11 (42):345-355. (In Farsi)
Hashemi, S.A.A. and Arabkhedri, M. (2010) Sediment measurement in reservoirs of small dams for evaluation of MPSIAC model in Semnan province. Journal of Watershed Engineering and Management. 1(2): 25-34. (In Farsi)
Hassanli, A. M., Esmaeli Nameghi, A. and Beecham, S. (2009) Evaluation of the effect of porous check Dam location on fine sediment retention (a case study). Environ Monit Assess. 152, 319-326.   
Lal, R.(2005) Influence of soil erosion on carbon dynamics in the world.  In:  E.R. Roose, (Eds.). Soil erosion and carbon dynamic (23-37). Boca Raton: CRC press.
Martinez-Mena, M., Lopez, J., Almagro, M., Albaladejo, J., Castillo, V., Ortiz, R. and Boix-Fayos, C. (2012) Organic carbon enrichment in sediments: Effects of rainfall characteristics under different land uses in a Mediterranean area. Catena. 94, 36-42.
Morgan, R.P.C. (2005) Soil Erosion and Conservation, 3rd edition. Blackwell Publishing, Oxford, 304 pp
Onda, Y., Gomi, T., Mizugaki, Sh., Nonoda, T. and Roy, C.S. (2010) An  Overview  of  the  Field  and Modelling  Studies  on  the  Effects  of  Forest Devastation  on  Flooding  and  Environmental Issues. Hydrological Processes. 24, 527- 534.
Romero-Diaz. A., Marín-Sanleandro, P. and Ortiz-Silla, R. (2012) Loss of soil fertility estimate   from sediment trapped in check dams. South-eastern Spain. Catena, 99, 42-53.
Rowell, D.L. (1994) Soil Science: Methods and Applications. Longman Scientific & Technical. ISBN: 0 582 08784 8. 350 p.
Shahbazi, A., Ahmadi, H. and Nazari Samani, A.A. (2013) Investigation of sediments deposition in streams and  its impact on the volume of reservoir (Case study: Taleghan region). Iranian Journal of Irrigation and Drainage, 7(2): 259-269. (In Farsi)
Sun, W.Y. and Guo, S.L. (2011) The spatial distribution of soil organic carbon and it’s influencing factors in hilly region of the Loess Plateau. Acta Ecol. Sin. 31, 1604–1616.
Tejada, M. and Gonzalez, J.L. (2008) Influence of two organic amendments on the soil physical properties, soil losses, sediments and runoff water quality. Geoderma. 145, 325-334.
Tesfahunegn, G.B. and Velk, P.L.G. (2013) Assessing Sediment-Nutrient Export Rate and Soil Degradation in Mai-Negus Catchment, Northern Ethiopia. ISRN, Soil Science, Article ID 748561, 10 page.
Wang, X.L., Guo, S.L., Ma, Y.H., Huang, D.Y. and Wu, J.S. (2007) Effects of land use type on soil organic C and total N in a small watershed in loess hilly-gully region. Chinese J. App. Ecol. 18, 1281–1285.
Zhang, C.E., Wang, S.Q. and Deng, X.P. (1999) Primary fertility and approaches of improving fertility in Yaner Gully watershed of North Yan’an area. Bull. Soil & Water Conservation, 19 (5), 15–20.
Zhang. F., He, X., Gao, X. and Tang, K. (2005) Effects of erosion patterns on nutrient loss following deforestation on the Loess Plateau of China.  Agriculture, Ecosystems and Environment. 108, 85–97.
Zhang, G.H., Liu, G.B., Wang, G.L. and Wang, Y.X. (2011) Effects of vegetation cover and rainfall intensity on sediment-associated nitrogen and phosphorus losses and particle size composition on the Loess Plateau. Journal of Soil and Water Conservation. 66(3), 192-200