بررسی پدیده نفوذ و خصوصیات هیدرولیکی خاک در زمین های شیبدار

نفوذ یکی از اجزای مهم چرخه هیدرولوژی بوده و می تواند باعث تغذیه آبهای زیرزمینی گردد. مقدار نفوذ آب به داخل خاک به پارامترهای زیادی بستگی دارد که مهمترین آنها خصوصیات هیدرولیکی خاک می باشد. خصوصیات هیدرولیکی خاک شامل و بوده و تابعی از دو پارامتر مکش و نگهداشت آب خاک می باشد. در دهه های اخیر یکی از مسائل مهم در مهندسی آب و خاک هیدرولوژی اراضی شیبدار می باشد. شیب زمین روی پدیده نفوذ و خصوصیات هیدرولیکی خاک تاثیر می گذارد. در این تحقیق نفوذ و خصوصیات هیدرولیکی خاک برای شیب های مختلف اندازه گیری و محاسبه گردید. در تحقیق مورد نظر پدیده نفوذ و خصوصیات هیدرولیکی خاک برای 5 شیب صفر، 10، 20، 30 و 40 درجه مورد بررسی قرار گرفت. شیب های مورد نظر در زمین طبیعی در ایستگاه تحقیقاتی گنبد همدان انتخاب شدند. آزمایش های میدانی نفوذ با استفاده از یک دستگاه استوانه های مضاعف و یک دستگاه نفوذ سنج مکشی به انجام رسید. در کل 60 آزمایش نفوذ در 5 شیب، 4 مکش و 3 تکرار به ثبت رسید. مقادیر نفوذ تجمعی با استفاده از سه روش اندازه گیری شده، حل عددی و حل تحلیلی محاسبه گردید. در روش اندازه گیری (مقادیر واقعی) مقادیر نفوذ تجمعی در حالت اشباع با استفاده از دستگاه استوانه های مضاعف و در حالت غیر اشباع با استفاده از دستگاه نفوذ سنج مکشی اندازه گیری و محاسبه گردید. در روش حل عددی از نرم افزار جهت شبیه سازی نفوذ در شیب های مختلف استفاده گردید. در روش حل تحلیلی با قرار دادن معادله هدایت هیدرولیکی ون گنوختن در معادله نفوذ فیلیپ برای زمین های شیبدار معادله جدیدی برای محاسبه مقدار نفوذ تجمعی به دست آمد. مقادیر به دست آمده از هر دو روش حل عددی و تحلیلی بسیار نزدیک به مقادیر واقعی بودند. مقادیر خطای نسبی بین مقادیر به دست آمده از روش حل عددی نسبت به مقادیر اندازه گیری شده در کلیه موارد کمتر از 09/1 درصد به دست آمد. همچین مقادیر خطای نسبی بین مقادیر به دست آمده از روش حل تحلیلی نسبت به مقادیر اندازه گیری شده در کلیه موارد کمتر از 71/3 درصد محاسبه گردید. مقادیر خطای نسبی بیانگر این موضوع است که روش حل عددی مقادیر نفوذ تجمعی را بهتر از روش حل تحلیلی تخمین می زند. نتایج هر سه روش نشان می دهد که مقدار اختلاف نفوذ در زمین های شیب دار نسبت به افقی در شیب های کمتر از 30 درجه کمتر از 10 درصد است. مقدار اختلاف نفوذ در زمین های شیب دار نسبت به افقی در شیب های مساوی یا بیشتر از 30 درجه در هر سه روش اندازه گیری شده، حل عددی و حل تحلیلی بیشتر از 10 درصد است که نظریه فیلیپ برای شیب های بیشتر از 30 درجه را تصدیق می نماید. هدایت هیدرولیکی خاک در شیب ها و مکش های مختلف در دو حالت ماندگار و غیر ماندگار محاسبه شد. علاوه بر آن مقادیر واقعی هدایت هیدرولیکی نیز اندازه گیری و محاسبه گردید. مقادیر به دست آمده هدایت هیدرولیکی در دو روش ماندگار و غیر ماندگار تطابق خوبی با هم نشان دادند به طوری که مقادیر خطای نسبی بین دو روش نسبت به حالت ماندگار در کلیه شیب ها و مکش ها کمتر از 7 درصد به دست آمد. مقادیر هدایت هیدرولیکی به دست آمده در دو حالت ماندگار و غیر ماندگار همچنین مقادیر اندازه گیری شده نشان دادند که مقادیر هدایت هیدرولیکی با افزایش هر دو پارامتر شیب زمین و مکش خاک یک روند کاهشی از خود نشان می دهد. با تهیه نمونه های دست نخورده منحنی های مشخصه آب خاک برای شیب های مختلف استخراج گردید. همچنین منحنی های نگهداشت آب خاک با استفاده از مدل های بروکس و کوری، ون گنوختن و راولز و همکاران شبیه سازی گردید. نتایج به دست آمده نشان داد که مدل ون گنوختن بیشترین تطابق را با مقادیر اندازه گیری شده دارد. بنابراین خاک مورد آزمایش با مدل نگهداشت آب خاک ون گنوختن بیشتر از مدل های بروکس و کوری و راولز و همکاران مطابقت نشان داد. حداکثر مقادیر خطای نسبی بین مقادیر به دست آمده از مدل های بروکس و کوری، ون گنوختن و راولز و همکاران نسبت به مقادیر اندازه گیری شده منحنی نگهداشت آب خاک و به ترتیب 23/8 ، 27/4 و 72/16 درصد محاسبه شد. نتایج به دست آمده از روش های اندازه گیری شده و شبیه سازی شده نشان داد که با افزایش شیب زمین شیب منحنی مشخصه آب خاک بیشتر می گردد.