جغرافیا و برنامه ریزی منطقه‌ای

جغرافیا و برنامه ریزی منطقه‌ای

تحلیل تأثیر خصوصیات خاک و پوشش سنگریزه بر شدت فرسایش بادی در شرق اصفهان با استفاده از آزمایش‌های تونل باد

نوع مقاله : مقاله علمی -پژوهشی کاربردی

نویسندگان
حمیدرضا کریم زاده 1
مهدی عادل نسب 2
فاطمه عادل نسب 3
1 دانشیار مهندسی منابع طبیعی دانشگاه صنعتی اصفهان. اصفهان، ایران
2 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی مرتع، دانشکده مهندسی منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
3 دانشجوی کارشناسی مهندسی مرتع و آبخیز داری، دانشکده مهندسی منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
10.22034/jgeoq.2025.526593.4280
چکیده
فرسایش بادی به عنوان یکی از فرآیندهای مخرب خاک در مناطق خشک و نیمه‌خشک جهان، تهدیدی جدی برای پایداری منابع خاک به شمار می‌رود. این پژوهش با هدف تحلیل تأثیر ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی خاک و پوشش سنگریزه سطحی بر شدت فرسایش بادی در واحدهای ژئومورفولوژیکی مختلف شرق اصفهان، انجام شد. در این مطالعه، ۲۷ نمونه خاک از ۹ واحد ژئومورفولوژیکی مختلف برداشت شد. ویژگی‌های فیزیکی (بافت خاک، درصد سنگریزه، جرم مخصوص ظاهری، رطوبت اشباع) و شیمیایی EC، pH، کلسیم، منیزیم، پتاسیم، کربنات کلسیم نمونه‌ها تعیین گردید. آزمایش‌های شبیه‌سازی فرسایش بادی با استفاده از دستگاه تونل باد در سه سطح پوشش سنگریزه‌ای (شاهد، ۱۵٪ و ۳۰٪) و در سه سطح سرعت باد (حد آستانه، دو برابر و چهار برابر حد آستانه) انجام شد. داده‌ها با استفاده از تحلیل واریانس سه‌عاملی و رگرسیون چندمتغیره تحلیل گردیدند.نتایج نشان داد که افزایش درصد پوشش سنگریزه به طور معناداری شدت فرسایش بادی را در همه سطوح ژئومورفولوژیکی کاهش داد. در خاک‌های دارای درصد بالای رس و شوری بالا، میزان فرسایش بادی بیشتر بود. تحلیل رگرسیون چندمتغیره مشخص کرد که کلسیم، منیزیم و کربنات کلسیم بیشترین تأثیر مثبت را بر افزایش مقاومت خاک در برابر فرسایش داشتند. همچنین افزایش سرعت باد، موجب افزایش نمایی میزان هدررفت خاک شد، به‌ویژه در لندفرم‌های حساس نظیر پلایا و معادن. ترکیب ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی مناسب و ایجاد پوشش سطحی سنگریزه‌ای می‌تواند به طور قابل توجهی شدت فرسایش بادی را کاهش دهد. یافته‌های این پژوهش ضرورت برنامه‌ریزی حفاظتی مبتنی بر ویژگی‌های منطقه‌ای خاک و سرعت باد در مدیریت اراضی بیابانی را تأکید می‌کند.
کلیدواژه‌ها
فرسایش بادی
پوشش سنگریزه‌ای
ویژگی‌های خاک
تونل باد
ژئومورفولوژی شرق اصفهان

عنوان مقاله English

Analysis of the Impact of Soil Properties and Gravel Cover on Wind Erosion Intensity in Eastern Isfahan Using Wind Tunnel Experiments

نویسندگان English

Hamidreza Karimzadeh 1
Mehdi Adelnasab 2
Fatemeh Adelnasab 3
1 Associate Professor of Natural Resources Engineering, Isfahan University of Technology. Isfahan, Iran
2 PhD student in Rangeland Science and Engineering, Faculty of Natural Resources Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
3 Bachelor's degree student in Rangeland and Watershed Engineering, Faculty of Natural Resources Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده English

Wind erosion is one of the destructive processes affecting soil in arid and semi-arid regions of the world and poses a serious threat to soil resource sustainability. This study aimed to analyze the impact of physicochemical properties of soil and surface gravel cover on wind erosion intensity across different geomorphological units in eastern Isfahan. A total of 27 soil samples were collected from nine different geomorphological units. The physical properties (soil texture, gravel percentage, bulk density, saturation moisture) and chemical characteristics (EC, pH, calcium, magnesium, potassium, calcium carbonate) of the samples were determined. Wind erosion simulation experiments were conducted using a wind tunnel device at three levels of gravel cover (control, 15%, and 30%) and at three wind speed levels (threshold, twice the threshold, and four times the threshold). Data were analyzed using three-way ANOVA and multivariate regression. The results showed that increasing gravel cover percentage significantly reduced wind erosion intensity across all geomorphological units. Higher wind erosion was observed in soils with high clay content and salinity. Multivariate regression analysis indicated that calcium, magnesium, and calcium carbonate had the most significant positive impact on increasing soil resistance to erosion. Additionally, increasing wind speed exponentially raised soil loss, especially in sensitive landforms such as playas and mining areas. The combination of favorable physicochemical properties and surface gravel cover can significantly reduce wind erosion intensity. The findings highlight the necessity of conservation planning based on regional soil characteristics and wind speed for effective desert land management.

کلیدواژه‌ها English

Wind erosion
gravel cover
soil properties
wind tunnel
geomorphology of eastern Isfaha
رفاهی، ح. 1383. فرسایش بادی و کنترل آن. انتشارات دانشگاه تهران، ایران.
کریمی‌نظر، م.؛ فخیره، ا.؛ فیض‌نیا، س.؛ راشکی، ع. و میری سلیمان، س.ج. 1388. ارزیابی برخی روش‌های زمین آمار در برآورد سرعت آستانه فرسایش بادی در دشت سیستان. مجله مرتع و آبخیزداری 62: 417-405.
Armbrust, D.V. 1987. Principles of soil erosion: detachment, movement, and deposition. Reprints-US Department of Agriculture, Agricultural Research Service, USA.
Bottomley, P.2014. Methods of Soil Analaysis. 2nd Edition, Acsess, Orgegan.1094 p.
Buschiazzo, D.E.; Zobeck, T.M. & Abascal, S.A. 2007. Wind erosion quantity and quality of an Entic Haplustoll of the semi-arid pampas of Argentina. Journal of Arid Environments 69: 29-39.
Colazo, J.C. & Buschiazzo, D.E. 2010. Soil dry aggregate stability and wind erodible fraction in a semiarid environment of Argentina. Geoderma 159(2): 228-236.
Erpul, G.; Gabriels, D. & Janssens, D. 1998. Assessing the drop size distribution of simulated rainfall in a wind tunnel. Soil and Tillage research 45(4): 455-463.
Fryrear, D.W.; Sutherland, P.L.; Davis, G.; Hardee, G. & Dollar, M. 1999. Wind erosion estimates with RWEQ and WEQ. In Proceedings of Conference Sustaining the Global Farm, 10th International Soil Conservation Organization Meeting, 11-12  May, Purdue University. pp. 760-765.    
Gomes, L.; Arrue, J.L.; Lopez, M.V.; Sterk, G.; Richard, D.; Gracia, R.; Sabre, M.; Gaudichet, A. & Frangi, J.P. 2003. Wind erosion in a semiarid agricultural area of Spain: the WELSONS project. Catena 52(3-4): 235-256.
Li, F.; Zhang, H.; Zhang, T.H. & Shirato, Y. 2003. Variation of sand transportation rates in sandy grasslands a long a desertification gradient in northern China. Catena 56(3): 255-275.
Liu, M.X.; Wang, J.A.; Yan, p.; Liu, L.Y.; Ge, Y.Q.; Li, X.Y.; Hu, X.; Song, Y. & Wang, L. 2006. Wind tunnel simulation of ridge tillage effects on soil erosion from cropland. Soil and Tillage Research 90(3-4): 242-251.
López Sánchez, M.V. 1998. Wind erosion in agricultural soils: an example of limited supply of particles available for erosion. Catena 33(1): 17-28.
Nordstorm, K.F & Hotta, S.H. 2004. Wind erosion from cropland in the USA: a reviw of problems, solutions and prospects. Geoderma 121(3): 157-169.
Page, A.L.; Miller, R.H. & Jeeney, D.R. 1992. Methods of Soil analysis. In: Chemical and Mineralogical Properties. Soil Science Society of America, Madison, Wisconsin. pp. 56-71.
Skidmore, E.L. 2000. Air, soil, and water quality as influenced by wind erosion and strategies for mitigation. In Second international symposium of new technologies for environmental monitoring and agro-applications proceedings, 4-5 October, Tekirdag, Turkey. pp. 216-221.
Sterk, G. 2000. Flattened residue effects on wind speed and sediment transport. Soil Science Society of America Journal 64(3): 852-858.
Van Donk, S.J.; Liao, C. & Skidmore, E.L. 2008. Using temporally limited wind data in the Wind Erosion Prediction System. Transactions of the ASABE 51(5): 1585-1590.
Yang, S.; Lianyou, L. & Ping, C. 2005. Areview of soil erodibility in water and wind erosion research. Journal of Geographical Science 15(3): 167-179.
Zhang, Z.; Wieland, R.; Reiche, M.; Funk, R.; Hoffmann, C.; Li, Y. & Sommer, M. 2012. Identifying sensitive areas to wind erosion in the Xilingele grassland by computational fluid dynamic modeling. Ecological Informatics 8(3): 37-49.
Zhao, H.L.; Yi, X.Y.; Zhou, R.L.; Zhao, X.Y.; Zhang, T.H. & Drake, S. 2006. Wind erosion and sand accumulation effects on soil properties in Horqin Sandy Farmland, Inner Mongolia. Catena 65(1): 71-79.
Zhao, Y. & Pei, Y. 2010. A study on distributed simulation of soil wind erosion and its application to the Tuhaimajia River Basin. Procedia Environmental Sciences 2(1): 1555-1569.
Zobeck, T.M.; Baddock, M.; Van Pelt, R.S.; Tatarko, J. & Acosta-Martinez, V. 2013. Soil property effects on wind erosion of organic soils. Aeolian Research 10: 43-51.
جغرافیا و برنامه ریزی منطقه‌ای
دوره 15، شماره 59 - شماره پیاپی 2
تابستان 1404
صفحه 395-408