پایان نامه ارشد رایگان درباره نفوذپذيري، ميزان، زيرزميني

تعريف ديرينه آن عبارت است از :
مقدار جريان در واحد سطح مقطع عبور آب که تحت تأثير شيب هيدروليکي واحد باشد. واحد نفوذپذيري طول بر زمان بوده که گوياي حرکت آب زيرزميني در محيط متخلخل پيوسته است. در محيط متخلخل پيوسته آب زيرزميني، عوامل طبيعي وابسته به خصوصيات سازند زمين‌شناسي آبدار وجود دارند که بر روي نفوذپذيري تأثير مي‌گذارند. صورت عمومي عوامل مؤثر بر نفوذپذيري در فرمول زير آمده است:
(1.1)
که در آن نفوذپذيري، تخلخل، تخلخل مفيد، ويسکوزيته ديناميکي و درجه حرارت محيط و سيال مي‌باشد. در محيط‌هاي متخلخل پيوسته آب زيرزميني به مناسبت حضور آب به عنوان سيال نفوذپذيري به نام هدايت هيدروليکي هم ناميده مي‌شود. همچنين اصطلاح ديگري به نام نفوذپذيري ذاتي (Intrinsic permeability) سازند وجود دارد که رابطه آن با نفوذپذيري عادي در فرمول زير آمده است:
(1.2)
که در آن نفوذپذيري ذاتي، نفوذپذيري ، ويسکوزيته ديناميکي، وزن مخصوص سيال و شتاب ثقل مي‌باشد.
در محيط‌هاي متخلخل ناپيوسته آب زيرزميني حرکت آب در داخل درز و شکاف‌هاي سنگ‌هاي سخت انجام مي‌گيرد و ماهيت ضريب نفوذپذيري آن با محيط‌هاي متخلخل پيوسته آب زيرزميني تفاوت دارد. در اين گونه محيط‌ها نفوذپذيري معادل وجود دارد و عوامل مؤثر بر آن عبارتند از:
(1.3)
که در آن نفوذپذيري معادل، شتاب ثقل، عرض دهانه درز يا شکاف، ويسکوزيته ديناميکي و فاصله ميان درز و شکاف‌هاي موازي هم و درجه حرارت محيط و سيال مي‌باشد (خورسندي‌آقايي 1380).

1.5. عوامل مؤثر در ميزان نفوذپذيري
از عواملي که در ميزان نفوذپذيري نقش عمده‌اي دارند مي‌توان به موارد زير اشاره نمود:
1- بافت، ساختمان و نوع خاک
در ابطه با ارتباط بافت خاک و ميزان نفوذ تحقيقات بسيار گسترده‌اي در کشورهاي مختلف جهان انجام شده است که حاصل آن ارائه فرمول‌هاي تجربي مختلف بر اساس خصوصيات فيزيکي خاک مي‌باشد. در بخش‌هاي ديگر در رابطه با تعدادي از اين فرمول‌هاي تجربي که در اين تحقيق نيز مورد استفاده قرار گرفته است، به طور کامل بحث شده است. فريز و چري (Freeze & Cherry 1979) بين ميزان نفوذپذيري خاک و نوع خاک جدول 1.1 را ارائه دادند.

جدول1.1. ميزان نفوذپذيري خاک‌هاي مختلف (اقتباس از فريز و چري 1979)
نوع خاک
دامنه ميزان نفوذپذيري بر حسب متر بر سال
شن

ماسه تميز

ماسه سيلتي

سيلت، لس

تيل‌هاي يخچالي

رس دريايي هوانزده

کلاپ و هومبرگر (Clapp & Homberger 1978) نيز بر اساس نوع بافت خاک مقادير مختلفي را براي ميزان نفوذپذيري مطابق جدول 1.2 ارائه کردند.
جدول1.2. ميزان نفوذپذيري بر اساس نوع بافت خاک (اقتباس از کلاپ و هومبرگر 1978)
نوع بافت خاک
دامنه ميزان نفوذپذيري بر حسب متر بر سال
Sand

Loamy sand

Sandy loam

Silty loam

Loam

Sandy clay loam

Silty clay loam

Clay loam

Sandy clay

Silty clay

Clay

آژانس حفاظت علوم محيطي ايالات متحده (U.S.EPA, U.S. Environmental Protection Agency 1986) نيز بر اساس اندازه ذرات خاک جدول 1.3 را به شرح زير ارائه نموده است.

جدول1.3. ميزان نفوذپذيري بر اساس اندازه ذرات خاک (U.S.EPA 1986)
اندازه ذرات
دامنه ميزان نفوذپذيري بر حسب 1000 متر بر سال
Clay
<0.0001
Silt, clayey
0.1-0.4
Silt, slightly sandy
0.5
Silt, moderately sandy
0.8-0.9
Silt, very sandy
1.0-1.2
Sandy silt
1.2
Silty sand
1.4

با کمي نگرش بر فرمول‌هاي تجربي ارائه شده و نيز جداول مربوطه در اين زمينه اين حقيقت آشکار مي‌گردد که ميزان نفوذپذيري خاک متأثر از بافت و نوع خاک است و با آن رابطه مستقيمي دارد، به طوري که هر چقدر بافت خاک دانه‌ريزتر شود، ميزان نفوذ آن نيز کاهش مي‌يابد.
2- پوشش گياهي
پوشش گياهي نيز رابطه مستقيمي با ميزان حجم آب نفوذ يافته به داخل خاک دارد به طوري که نفوذ ريشه‌هاي گياهان در داخل خاک باعث سست شدن ساختمان خاک و در نتيجه تسريع در ميزان نفوذ آب به داخل خاک خواهند داشت. مطالعات فوگل (Fogle 1976) نيز نشان داد که پوشش گياهي در منطقه پخش سيلاب نيز از نقطه نظر تغذيه آبخوان‌ها اهميت بسيار داشته و نفوذ آب را به داخل خاک تسهيل مي‌کند.
3- شيب زمين
از جمله پارامتر ديگري که در ميزان نفوذ آب به داخل خاک نقش اساسي دارد مي‌توان به توپوگرافي منطقه اشاره نمود. افزايش شيب توپوگرافي باعث تسريع در سرعت جريان و کاهش ميزان نفوذ مي‌شود. بر مبناي قانون دارسي (Darcy’s Law) و ثابت بودن ديگر عوامل، افزايش شيب هيدروليکي گوياي نفوذپذيري کم و کاهش شيب هيدروليکي گوياي افزايش نفوذپذيري است (معادله 1.4).
(1.4)
که در آن شدت جريان‌ يا مقدار جريان‌ در واحد زمان‌ است که به صورت ليتر در دقيقه يا سانتي‌متر مکعب در ثانيه بيان مي‌شود، ضريب نفوذپذيري بر حسب سانتي‌متر بر ساعت، گراديان هيدروليکي و سطح مقطع جريان‌ و بر حسب سانتي‌متر مکعب مي‌باشد. همچنين گراديان هيدروليکي عبارت است از نسبت کاهش بار کل يا افت بار در واحد طول جريان، به عبارت ديگر:

و ضريب نفوذپذيري با گراديان هيدروليکي نسب عکس دارد به طوري که:

4- ميزان رطوبت خاک
در ابتداي بارندگي و جاري شدن سيل ميزان نفوذ آب به داخل خاک زياد است ولي به تدريج کاهش مي‌يابد. اين امر نشان دهنده اين مطلب است که در ابتدا که خاک خشک مي‌باشد نيروهاي ثقلي و مويينگي توأماً به ورود آب به داخل خاک کمک مي‌کنند. نيروي ثقل در جهت قائم عمل مي‌کند ولي نيروي مويينگي در تمامي جهات يکسان عمل مي‌کند. زماني که خاک به حالت اشباع مي‌رسد نيروي مووينگي تحليل يافته و از بين مي‌رود و تنها نيروي ثقل باقي مي‌ماند و نتيجه آن کاهش ميزان نفوذ خواهد شد. با بررسي‌هاي به عمل آمده توسط هورتون (Horton 1944) مشخص شد خاک‌هايي که داراي درصد رطوبت اوليه کم باشند ميزان نفوذ اوليه آنها نسبت به خاک‌هايي که داراي درصد رطوبت اوليه زياد باشند، بيشتر است و مطابق تصوير 1.1 خواهد بود (عليزاده 1380).

تصوير1.1. منحني‌هاي نفوذ براي يک خاک مشخص به ازاء درصدهاي مختلف رطوبت اوليه خاک

5- قابليت پراکندگي ذرات سطحي خاک
عامل بسيار مهمي که نقش بسزايي در ميزان نفوذ آب به داخل خاک دارد و کمتر از آن بحث مي‌شود ميزان پراکندگي ذرات سطحي خاک است. مطالعات نشان داده است که خاک‌هايي که در سطح خود داراي مقدار زيادي حاوي چنين موادي باشند وقتي که در جريان رطوبت آب قرار مي‌گيرند باعث پراکندگي ذرات در سطح خود شده و اين باعث نفوذ ذرات ريزدانه رس و سيلت به داخل بافت خاک و ايجاد ممانعت براي نفوذ آب به داخل خاک خواهد شد. از مهمترين موادي که در اين امر دخالت دارند مي‌توان به يون سديم اشاره نمود. مطالعاتي که توسط توسلي و همکاران (1379) در محل پخش سيلاب کبودرآهنگ همدان صورت پذيرفت نشان دهنده اين بود که افزايش ميزان يون قابل تبادل سديم و نيز درصد جذب سديم (SAR, Sodium Absorption Ratio) دو عامل افزايش لاي و رس در بافت خاک و در نتيجه کاهش ميزان نفوذپذيري خاک داخل عرصه بوده است.
عوامل زياد ديگري نيز در کاهش يا افزايش ميزان نفوذپذيري از جمله درجه حرارت آب سطحي، نفوذپذيري (قابليت نفوذ) بستر جريان‌ و سفره، ضخامت بستر جريان‌، وضعيت سفره (سطح ايستايي) و عمق آب جاري تأثيرگذار هستند (Walton 1970) که در اينجا مجالي براي توضيح در رابطه با آنها نيست.

فصل دوم
مروري بر تحقيقات انجام شده

سابقه تحقيق
تغذيه سفره‌هاي آب زيرزميني مستلزم نفوذ آب از بين رسوبات بوده و سرعت نفوذ آب به عواملي چند بستگي دارد:
نفوذپذيري (قابليت نفوذ) بستر جريان‌ و سفره، ضخامت بستر جريان‌، وضعيت سفره (سطح ايستايي)، عمق آب جاري و درجه حرارت آب سطحي مهمترين عوامل هستند (Walton 1970). پوشش گياهي در منطقه پخش نيز از نقطه نظر تغذيه آبخوان‌ها اهميت بسيار داشته و نفوذ آب را به داخل خاک تسهيل مي‌کند (Fogle 1976).
عمده‌ترين مشکل طرح‌هاي تغذيه مصنوعي، ورود رسوبات به داخل سيستم‌هاي پخش و کاهش نفوذپذيري است. مواد معلق موجود در آب تغذيه، به طور وسيعي ميزان تغذيه را تحت تأثير قرار مي‌دهند. اين پديده تحت عنوان انسداد بيان شده است. انسداد پديده پيچيده‌اي است که به عواملي چون غلظت مواد معلق، نسبت توزيع اندازه ذرات معلق در آب به توزيع منافذ متوسط خاک، سرعت نفوذ اوليه، سرعت ته‌نشيني، خصوصيات فيزيکي خاک بستر تأسيسات تغذيه و عوامل بيولوژيکي و شيميايي آب تغذيه شده بستگي دارد (Jones & Schneider 1981).
الکوهتاني (Alquhtani 1998) در رساله دکتراي خود يکي از عوامل اصلي و مهم در بالا آمدن سطح آب زيرزميني و حتي جاري شدن آن در سطح زمين در برخي نواحي از شهر جده در عربستان سعودي را کاهش ميزان نفوذپذيري لايه خاک بالاي سنگ کف در سطح زمين دانست که مشکلات زيادي را براي احداث ابنيه‌ها ايجاد کرده بود. اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري لايه خاک توسط ايشان با استفاده از استوانه‌هاي مضاعف بود. الکوهتاني با اندازه‌گيري مقادير نفوذپذيري در نواحي مختلف اين شهر که از دومين شهرهاي اصلي عربستان مي‌باشد، نقشه نفوذپذيري آن را ترسيم نمود و بر اساس شرايط بحراني حاکم بر منطقه نقشه آسيب پذيري (Vulnerability Map) شهر و تمهيدات لازم براي هر منطقه را مشخص کرد.
کوئيکليس و همکاران (Kwicklis et al. 2005) با استفاده از معادله دارسي (Darcy’s equation)، روش تعادل جرم کلريد (Chloride mass-balance method) و مدل‌سازي عددي توانستند نقشه نفوذپذيري ناحيه لس آلموس (Los Alamos Area) واقع در نيومکزيک (New Mexico) را ترسيم نمايند. نقشه نفوذپذيري تهيه شده با اين تکنيک برابري کاملي را با نقشه‌هاي توپوگرافي، پوشش گياهي، زمين شناسي زير سطحي و ساختماني از خود نشان مي‌داد.
آيدريس (Idris 2006) در رساله پايان‌نامه خود تغييرپذيري موقت هدايت هيدروليکي بستر رودخانه بزرگ ميامي (Miami) واقع در جنوب‌غربي اوهايو (Ohio) را مورد مطالعه قرار داد. روش غير مستقيم به کار برده شده توسط ايشان از طريق فرمول‌هاي تجربي و بر اساس آناليز توزيع اندازه ذرات به روش هازن (Hazen) و شفرد (Shepherd) بود که با انجام عمليات آماري به روي آنها داده‌هاي خود را مورد تجزيه و تحليل قرار داد. نتايج آماري به دست آمده حاکي از آن بود که بين d10 قطر مؤثر ذرات، d50 قطر 50 درصد دانه‌ها و ميزان مجموع سيلت و رس در عمق کم و عمق زياد در يک محل تفاوت معني‌داري وجود ندارد ولي بين d10 قطر مؤثر ذرات، d50 قطر 50 درصد دانه‌ها و ميزان مجموع سيلت و رس در عمق کم و عمق زياد در نقاط مختلف تفاوت معني‌داري وجود دارد. همچنين اينکه ميزان مجموع سيلت و رس در نمونه‌هاي رسوب با دور شدن از ساحل رودخانه کاهش يافته‌اند که مي‌تواند نتيجه سرعت کم جريان رودخانه در کنار ساحل باشد که اجازه داده ‌است دانه‌ريزها در اين قسمت رسوب نمايند. ميزان نفوذپذيري به دست آمده از روش‌هاي مذکور نيز نتايج بيشتري را نسبت به پژوهش‌هاي قبلي انجام شده نتيجه داد که دليل آن احتمالاً مي‌تواند مربوط به اين باشد که رسوبات حال حاضر درشت‌دانه‌تر از رسوبات قبلي بوده است که آن بيانگر تغييرات بافتي خاک است.
بصيرپور (1374) تغييرات نفوذپذيري خاک در اثر مواد معلق موجود در آب، در طرح‌هاي تغذيه مصنوعي آب‌هاي زيرزميني استان اصفهان را مورد بررسي قرار داده است. در اين تحقيق پديده مسدودشدگي با استفاده از اطلاعات موجود، مطالعات صحرايي و بررسي‌هاي آزمايشگاهي مورد مطالعه قرار گرفته است. بر‌اساس نتايج طرح مذکور و طرح تغذيه مصنوعي رامشه، به طور متوسط پديده مسدودشدگي موجب کاهش نفوذپذيري استخرها از 2 متر در روز به 5/. متر در روز، طي اولين سال بهره‌‌برداري، شده است. روند تغييرات نفوذپذيري استخرها حاکي از اين است که حتي در استخرهاي انتهايي که داراي غلظت کمي از مواد بوده‌اند، در اولين ماه بهره‌برداري کاهش شديدي در نفوذپذيري ايجاد شده است، ليکن پس از يک ماه شدت تغييرات نفوذ استخرها کاهش يافته و استخرهاي مختلف داراي روند تغييرات متفاوتي بوده‌اند. با توجه به اين که استخرها در ابتداي فصل بهره‌برداري داراي نفوذپذيري يکساني بوده‌اند، لذا اختلاف در ميزان نفوذپذيري آنها پس از بهره‌برداري را مي‌توان در نتيجه اختلاف در غلظت مواد معلق موجود در آب ورودي به هر يک از استخرها و تشکيل لايه‌هاي رسوبي با ضخامت متفاوت در بستر استخرها نسبت داد.
نتايج مطالعات رئيسي و کوهيان افضل (Raeisi & Koohyan Afzal 1997) در استهبان فارس نشان داد که نفوذپذيري خاک در اثر پخش سيلاب در طول يک فصل به دلايلي همچون تغيير تراکم خاک در اثر رفت و آمد ماشين‌‌آلات سنگين و تغيير بافت خاک در اثر خاکبرداري و خاکريزي و بسته شدن منافذ خاک در اثر رسوب بعد از پخش سيلاب چهار برابر کاهش يافته است. آنها دلايل اين امر را چنين بر شمرده‌اند:
1- قبل از عمل پخش سيلاب، خاک به دليل دارا بودن ساختمان خوب و بکر و دست نخورده و دارا بودن گياهان با سيستم گسترده ريشه‌اي و همچنين مقدار زياد مواد آلي داراي نفوذپذيري بهتري بوده است.
2- تغيير تراکم خاک در طي احداث آبخوان در اثر رفت و آمد ماشين آلات سنگين و تغيير بافت خاک در اثر خاکبرداري و خاکريزي.
3- بسته شدن منافذ خاک در اثر رسوب بعد از پخش سيلاب.
نتايج بررسي‌هايي عرب‌خدري و همکاران (1376) در بند‌سارهاي استان خراسان نشان مي‌دهد که خواص فيزيکي خاک به‌خصوص دانه‌بندي بيش از خواص شيميايي در تغيير نفوذپذيري خاک اثر داشته است. سيلاب‌ها حاوي املاح رسوبات معلق زيادي هستند که مي‌تواند در کاهش نفوذپذيري خاک‌ها نقش داشته باشند.
کمالي (1377) نيز در پايان‌نامه خود تأثير آبرفت‌هاي نهشته شده با منشأ متفاوت را بر نفوذپذيري خاک بندسارهاي استان خراسان مورد بررسي قرار داده است. نتايج اين پژوهش حاکي از آن است که نفوذپذيري خاک به‌ طور متوسط از 7/5 سانتي‌متر در ساعت به 27/2 سانتي‌متر در ساعت رسيده است. به عبارت ديگر ميزان نفوذپذيري داخل بندسارها نسبت به زمين شاهد (خارج از بندسار) در حدود 60 درصد کاهش يافته است.
رضائي و موسوي (1377) تأثير لايروبي در بازيابي سرعت نفوذ اوليه چند طرح تغذيه مصنوعي در استان اصفهان، طرح‌هاي تغذيه مصنوعي کهرويه، باغ سرخ و کاچک را مورد مطالعه قرار دادند. در کل نتايج طرح مذکور نشان داد که ميزان انسداد از بيش از 40 سانتي‌متر در تأسيسات نفوذي تا کمتر از 10سانتي‌متر در استخرهاي رسوبگير متغير است. ميزان انسداد به اندازه ذرات معلق در آب و غلظت آن، اندازه منافذ خاک و سرعت نفوذ بستگي داشت. و همچنين مشخص شد تا لايه 10سانتي‌متري زير رسوب پديده مسدودشدگي به طور مؤثري رخ داده و هدايت هيدروليکي را کاهش داده است. بنابراين لايروبي لايه‌هاي سطحي براي بازيابي مؤثر نفوذ، کافي خواهد بود.
توسلي و همکاران (1379) دو عامل افزايش لاي و رس و افزايش ميزان نسبت جذب سديم (SAR, Sodium Absorption Ratio) را از جمله علل کاهش نفوذپذيري خاک عرصه کبودرآهنگ همدان برشمرده‌اند.
بررسي ميزان نفوذپذيري‌ خاک در شبکه پخش سيلاب آب باريک بم توسط حيدري مورچه‌خورتي (1379) نشان داد که با افزايش‌ ضخامت‌ رسوب، ميزان‌ نفوذپذيري‌ خاک‌ ابتدا خيلي‌ سريع‌ و سپس‌ به‌ مقدار ناچيز کاهش‌ مي‌يابد. همچنين هر مقدار رسوب‌ که‌ در شبکه‌ قرار گيرد تأثير چشمگيري‌ در ميزان‌ نفوذپذيري‌ خاک‌ مي‌‌گذارد. بررسي تأثير پخش سيلاب بر نفوذ‌پذيري خاک در آبخوان دهلران و اندازه‌گيري سرعت نفوذ آب در سطح و اعماق مختلف خاک با استفاده از استوانه‌هاي مضاعف نشان داد که رسوبگذاري بيشترين تأثير را در کاهش نفوذپذيري سطحي حوضچه رسوبگير و نهر گسترشي نسبت به نقطه شاهد داشته ولي تأثير محسوسي در عرصه پخش سيلاب نداشته است. با لايروبي رسوبات ته‌نشين شده در مدت پنج سال اجراي اين طرح، سرعت نفوذ به نحو چشمگيري افزايش يافته و در عمق بيش از 10 سانتي‌متري خاک سرعت نفوذ زياد و روند آن افزايشي و با لايه‌هاي بالاتر اختلاف شديدي نشان مي‌دهد.
سکوتي اسکويي (1382) نيز کاهش نفوذپذيري خاک عرصه پخش سيلاب پلدشت آذربايجان غربي را در طول سه سال اجراي طرح به ميزان 8/24 درصد گزارش نموده است.
بدين ترتيب منابع علمي موجود نشان دهنده اثرات مثبت و منفي پخش سيلاب بر منابع خاکي مي‌باشد. بنابراين استفاده از سيلاب‌ها در مناطق مختلف مستلزم شناخت کامل از چگونگي اين اثرات مي‌باشد. به منظور بررسي اثرات پخش سيلاب بر نفوذپذيري خاک و تعيين اثرات احتمالي مواد معلق سيلاب‌ها در آلوده نمودن خاک، اين تحقيق انجام مي‌شود.

فصل سوم
ويژگي‌هاي منطقه مورد مطالعه

3.1. مقدمه
در اين طرح ابتدا مطالعات کتابخانه‌اي و ستادي به منظور کسب اطلاعات لازم از ويژگي‌هاي حوضه آبخيز و عرصه پخش سيلاب انجام شده است. اين بررسي‌ها شامل کسب اطلاعات ويژگي‌هاي فيزيوگرافي (ارتفاع از سطح دريا، شيب، مساحت و غيره)، اقليمي (دما، بارش، تبخير، نوع اقليم منطقه و غيره)، زمين‌شناسي (نوع، محيط و ترکيب تشکيلات زمين‌شناسي و فرسايش‌پذيري واحدهاي زمين‌شناسي و غيره)، ژئومورفولوژي حوضه آبخيز و هيدرولوژيکي (حجم سيلاب ورودي، تعداد دفعات آبگيري در سال،کيفيت سيلاب، گل‌آلودگي سيلاب و غيره)، خاک‌شناسي و ويژگي‌هاي پوشش گياهي (نوع، تراکم، وضعيت پوشش گياهي و غيره) حوضه بوده است. همچنين ويژگي‌هاي عرصه پخش سيلاب (مساحت عرصه، تعداد شبکه‌هاي پخش و آبگير و غيره) نيز بررسي شده است. شيوه و مراحل نمونه‌برداري نيز در مبحث مربوطه به طور کامل مورد بررسي قرار مي‌گيرد.

3.2. ويژگي‌هاي منطقه مورد مطالعه
قسمتي از اطلاعات مندرج در اين بخش، استنتاج شده از مطالعات پخش سيلاب بر آبخوان پسکوه بوده است که توسط مرکز تحقيقات حفاظت خاک و آبخيزداري کشور (1380) مطالعه و ارائه شده است.

3.2.1. فيزيوگرافي حوضه
حوزه آبخيز روتک (پسکوه) در استان سيستان و بلوچستان و در فاصله تقريبي 109 کيلومتري شمال‌غرب شهرستان سراوان قرار گرفته است (تصوير3.1). اين منطقه با وسعت 36/1471 کيلومتر مربع و پيراموني برابر 4/217 کيلومتر، بين مختصات جغرافيايي “23 ´11 ?61 تا “27 ´37 ?61 طول شرقي و “35 ´28 ?27 تا “48 ´57 ?27 عرض شمالي واقع شده و جزء ناحيه شمال غرب حوضه رودخانه روتک محسوب مي‌شود. محدوده حوضه از نظر توپوگرافي يک حوضه نيمه کوهستاني است. تمامي حاشيه غربي حوضه را ارتفاعات بلند کوه بيرک (Birk Mount) در بر گرفته است.
حاشيه شمال و شرق حوضه نيز به وسيله ارتفاعات نسبتاً بلند پوشيده شده و خط‌الرأس حوضه مذکور را از مناطق همجوار تشکيل مي‌دهد.

تصوير3.1. موقعيت حوضه آبخيز روتک
به تدريج از سمت شمال، غرب و شرق به سمت مرکز و جنوب حوضه از شدت ارتفاعات کاسته شده و اراضي تپه‌ماهوري و بعضاً پست حوضه نمايان مي‌شود. اين اراضي به سمت خروجي حوضه در سمت جنوب شرق و روستاي پسکوه گسترش بيشتري پيدا مي‌کند. حداکثر ارتفاع حوضه معادل 2720 متر از سطح دريا در جنوب غرب کوه بيرک قرار دارد.
حداقل ارتفاع حوضه معادل 1260 متر در خروجي حوضه تعيين شده است. بر اساس محاسبات انجام شده، متوسط وزني ارتفاع حوضه برابر 1516 متر و شيب متوسط آن 6/6 درصد مي‌باشد. از نظر هيدرولوژيکي، حوضه روتک بخشي از سراب رودخانه روتک است که نهايتاً به خاک پاکستان منتهي مي‌شود. سطح حوضه از تعداد زيادي آبراهه فصلي و سيلاب‌راه پوشيده شده که از ارتفاعات حاشيه حوضه شروع و به سمت مرکز و جنوب حوضه امتداد دارند.
تقريباً تمامي شبکه هيدروگرافي حوضه به صورت غير دائمي، عمل زهکشي رواناب‌هاي حاصل از بارندگي‌هاي فصلي را انجام مي‌دهند. از رودخانه‌هاي اصلي حوضه مي‌توان به سيلاب‌راه کاروچ اشاره نمود که در ادامه مسير در داخل حوضه به رودخانه سياه‌دک تغيير نام داده و از حوضه خارج مي‌گردد. مراکز اصلي جمعيتي در حوضه مطالعاتي شامل روستاهاي قادرآباد، گل‌گوشن، حق‌آباد، کتوران و سياه‌دک مي‌باشند. روستاي بزرگ پسکوه در منتهي‌اليه جنوب حوضه و چسبيده به خروجي آن قرار دارد و تقريباً بعد از خروجي حوضه در سمت جنوب شرق روستاي پسکوه، محدوده پخش سيلاب بر آبخوان پسکوه قرار گرفته است.

3.2.2. ويژگي‌هاي اقليمي حوضه
با توجه به اين که متوسط ارتفاع منطقه حدود 1516 متر مي‌باشد، با استفاده از ايستگاه‌هاي مناطق مجاور، متوسط بارندگي ساليانه حدود 128 ميلي‌متر محاسبه گرديده است. سهم برف با توجه به موقعيت منطقه، ارتفاع کم از سطح دريا بسيار ناچيز و اين پديده کم رخ مي‌دهد، مخصوصاً در قسمت غربي (قلل کوه بيرک) و لذا از نقش برف در توليد رواناب‌هاي سطحي صرف نظر شده است.
درجه حرارت متوسط، ميانگين حداقل و حداکثر با استفاده از ايستگاه‌هاي مجاور که به عنوان نزديک‌ترين ايستگاه‌ها نسبت به حوضه هستند، ملاحظه مي‌شود که ميانگين حداکثر درجه حرارت در حدود 9/23 درجه سانتي‌گراد و ميانگين حداقل آن 6/10 درجه سانتي‌گراد و متوسط درجه حرارت برابر با 9/18 درجه سانتي‌گراد مي‌باشد.
رطوبت نسبي با استفاده از ايستگاه سينوپتيک سراوان به عنوان معرف براي يک دوره آماري 20 ساله نشان مي‌دهد که متوسط سالانه به حدود 37 درصد مي‌رسد. جهت و شدت باد منطقه در ارتفاع دو متري به عنوان عاملي مهم بر روي ميزان تبخير و تعرق گياهان نقش به سزا و تعيين‌کننده‌اي دارد که با استفاده از ايستگاه سراوان براي يک دوره آماري 17 ساله نشان مي‌دهد که متوسط سالانه آن 3/4 متر بر ثانيه و حداقل آن در آبان ماه در حدود 5/3 متر بر ثانيه و حداکثر آن در ماه‌هاي تير و مرداد در حدود 0/5 متر بر ثانيه مي‌رسد. جهت باد در فصول مختلف در فصل پاييز آرام‌ترين فصل و پر بادترين فصل، بهار است و جهت آن در طول سال از سمت شمال شرق به سمت جنوب غرب مي‌باشد.
نوع اقليم منطقه به روش آمبرژه و با لحاظ نمودن ضريب آمبرژه برابر 1/11، از نوع بياباني معتدل و از روش دومارتن با لحاظ نمودن ضريب خشکي معادل 4 نوع اقليم خشک بياباني مي‌باشد. متوسط تبخير در اين ايستگاه 1026 ميلي‌متر برآورد شده است.

3.2.3. ويژگي‌هاي پوشش گياهي حوضه
بررسي‌هاي انجام شده در منطقه نشان دهنده وجود 15 تيپ گياهي مي‌باشد که قسمت اعظم آن به وسيله گياهاني نظير پلوش، ايشورگ، گرامزگ، داز، گز، قيچ، ترات، علف شور و درمنه پوشيده شده و از گونه هاي ديگري که به صورت پراکنده مشاهده مي‌شوند، مي‌توان به گيشدر، بادام کوهي و بنه اشاره نمود. وضعيت مراتع موجود خيلي فقير با متوسط پوشش 10 درصد با گرايش منفي است. پيشرفت در رشد و نمو گياهان مرتعي و جنگلي معلول عوامل محيطي و دروني خاک مي‌باشد که اين عامل در روند گياهان منطقه اثرات منفي گذاشته است.
از نظر کشت و کار منطقه و با توجه به خشکسالي، بيش از 675 هکتار از اراضي زراعي رها شده و به صورت لم‌يزرع مي‌باشد و قسمت ديگر در حدود 490 هکتار زراعت آبي (گندم، جو، ذرت و باقلا) مي‌باشد و در حدود 663 هکتار باغات نخيلات و زراعت آبي و در حدود 53 هکتار به صورت باغات مي‌باشد. همه اين اراضي در کنار مسير رودخانه روتک قرار گرفته و در حال حاضر به وسيله قنات‌ها و چاه‌هاي نيمه عميق و عميق آبياري مي‌شود.

3.2.4. ويژگي‌هاي خاک‌شناسي حوضه
3.2.4.1. رژيم رطوبتي خاک:
بر اساس شرايط آب و هوايي منطقه که با تابستان خيلي گرم و خشک و زمستان معتدل با ميانگين بارش زمستانه و گاهي تابستانه به صورت رگبارهاي با شدت زياد و سيل‌زا که در حدود 128 ميلي‌متر در سال مي‌باشد، کل حوضه آبخيز پسکوه داراي رژيم رطوبتي خشک مي‌باشد. خاک‌هاي اين اراضي در بيشتر فصول سال خشک است و بندرت مرطوب است. تبخير در اين خاک‌ها به مراتب بيشتر از مقدار بارندگي مي‌باشد. نتايج مطالعات نشان مي‌دهد که مقدار تبخير و تعرق پتانسيل برابر با 1026 ميلي‌متر در سال و مقدار بارندگي 128ميلي‌متر در سال است و شستشو و حرکت املاح از طبقات سطحي به لايه‌هاي زيرين خاک وجود ندارد و يا بسيار کم است.

3.2.4.2. رژيم حرارتي خاک:
با توجه به آمار موجود و بعد از تلفيق و سنتز آنها، متوسط درجه حرارت ساليانه هواي منطقه 9/18 درجه سانتي‌گراد و با اضافه نمودن يک درجه سانتي‌گراد به آن، حرارت خاک به 9/19 درجه سانتي‌گراد مي‌رسد و چون درجه حرارت آن بين 15 تا 22 درجه سانتي‌گراد قرار گرفته است، لذا رژيم حرارتي منطقه گرمايي (ترميک) مي‌باشد.

3.2.5. منابع آب حوضه
در منطقه تعداد زيادي آبراهه‌هاي فرعي با تراکم حدود 4/2 کيلومتر در کيلومتر مربع وجود دارد که همه به رودخانه روتک زهکشي مي‌شوند. مهمترين اين آبراهه‌ها شامل رودخانه کاروج (از سمت قادرآباد) و رودخانه سياه‌کوه (از سمت کوه سياه) که در نزديکي حق‌آباد به هم متصل شده و رودخانه روتک را تشکيل مي‌دهند. طولاني‌ترين آبراهه موجود در حوضه به طول 2/55 کيلومتر است که از ارتفاع 1620 متر تا خروجي حوضه منتهي مي‌شود. شيب خالص آبراهه‌ها 4/0 درصد مي‌باشد که حداکثر آنها به 7/1 و حداقل به 4/0 درصد مي‌رسد. کيفيت آب‌ها نشان دهنده کيفيت نسبتاً متوسط تا خوب است ولي در بعضي از قسمت‌ها مخصوصاً قسمت‌هاي شرقي حوضه به علت وجود تشکيلات گچي و نمکي اثرات منفي مخصوصاً در سال‌هاي کم آبي بر جاي گذاشته است و از کيفيت آب منطقه کاسته مي‌شود اما در سال‌هاي پر آبي اثرات منفي آن کم مي‌شود.
املاح محلول به ميزان متوسط تا زياد نشان‌دهنده تبخير زياد در منطقه است. به طوري که نتايج تجزيه آزمايشگاهي خاک نشان مي‌دهد، هدايت الکتريکي (EC, Electrical Conductivity) رابطه مستقيمي با درصد املاح محلول خاک دارد. در لايه سطحي 30-0 سانتي‌متري سطح خاک، ميزان املاح خيلي بيشتر از قسمت عميق خاک مي‌باشد. چون در اثر دماي زياد، تبخير افزايش يافته و املاح به وسيله لوله‌هاي موئينه بالا آمده و در افق‌هاي نزديک به سطح زمين قرار مي‌گيرند و وجود اين املاح در سطح خاک، زمينه را براي ايجاد فرسايش خندقي و شياري و از هم پاشيدن ساختمان خاک در منطقه فراهم کرده است.

3.2.6. هيدرولوژي حوضه
به دليل وسعت نسبتاً زياد حوضه و مطالعه دقيق مباحث مورد نظر، حوضه آبخيز روتک بر اساس آبراهه‌ها و مسيل‌هاي اصلي به چندين زير حوضه تفکيک شده است. با توجه به ضريب منطقه‌اي (K) و در نظر گرفتن ساير پارامترهاي مؤثر در رابطه جاستين متوسط آبدهي سالانه اين حوضه رقمي معادل 65/0 متر مکعب بر ثانيه مي‌باشد. بررسي کيفيت آب حوضه روتک نيز به ‌طورکلي نشان‌دهنده اين است که هدايت الکتريکي، نفوذپذيري، کل جامدات محلول (TDS, Total Dissolved Solids) و بي‌کربنات (HCo3-) در حد کم تا متوسط مي‌باشند. همچنين نسبت جذب سديم (SAR, Sodium Absorption Ratio) و کلر نيز در حد کم و واکنش گل اشباع (pH) در حد نرمال مي‌باشد (جداول 3.1 تا 3.7). آمار هواشناسي سنتز شده حوضه آبخيز روتک پسکوه در پيوست 1 آمده است.

جدول3.1. متوسط بارندگي سالانه حوضه روتک
ارتفاع متوسط (متر)
بارندگي (ميلي‌متر)
1516
9/127

جدول3.2. بارندگي ماهانه حوضه روتک
دسامبر
نوامبر
اکتبر
سپتامبر
آگوست
ژوئيه
ژوئن
مه
آوريل
مارس
فوريه
ژانويه
9/14
9/1
8/1
2/1
2/3
1/5
7/2
3/4
8/8
3/27
4/29
3/27

جدول3.3. رژيم بارندگي فصلي حوضه روتک
زمستان
پاييز
تابستان
بهار
9/63
5/14
2/9
4/12

جدول3.4. آبدهي متوسط ماهانه رودخانه روتک (ليتر بر ثانيه)
سالانه
شهريور
مرداد
تير
خرداد
ارديبهشت
فروردين
اسفند
بهمن
دي
آذر
آبان
مهر
0/450
7/133
0/633
7/443
1/154
2/152
4/447
4/1390
1/1123
1/308
0/271
3/215
1/128
جدول3.5. آبدهي متوسط سالانه رودخانه روتک به روش جاستين
حوضه روتک
مقدار
ضريب منطقه‌اي (K)
3/0
شيب حوضه (S-m/km)
38
متوسط بارش سالانه (P-cm)
8/12
متوسط دماي سالانه (T-?C)
7/18
ارتفاع رواناب (R-cm)
31/1
متوسط بارش سالانه / ارتفاع رواناب (R/P)
11/0
آبدهي متوسط سالانه (m3/sec)
65/0
حجم آبدهي (106?m3)
27/19
حجم آبدهي در محل خروجي حوضه (106?m3)
30/14

جدول3.6. دبي پيک در رودخانه روتک (متر مکعب بر ثانيه)
رودخانه
مساحت (کيلومترمربع)
دوره برگشت (سال)

2
5
10
25
50
100
روتک
36/1471
3/1
8/117
2/264
3/488
8/673
1/861

جدول3.7. مقادير حجم سيلاب در رودخانه روتک (هزار متر مکعب)
رودخانه
مساحت (کيلومترمربع)
دوره برگشت (سال)

2
5
10
25
50
100
روتک
36/1471
1/25
0/4941
7/10795
5/19592
6/26736
9/33901

3.2.7. ويژگي‌هاي زمين‌شناسي و سنگ‌شناسي حوضه
3.2.7.1. ويژگي‌هاي زمين‌شناسي
با توجه به گسترش واحدهاي سنگي درون حوضه بالادست، مشاهده مي‌شود که سنگ‌ها يا واحدهاي زمين‌شناسي رخنمون يافته در حوضه متعلق به دوران‌هاي دوم، سوم و کواترنري هستند. بيشترين گسترش سطحي واحدها مربوط به دوران سوم و مشخصاً مربوط به دوره ائوسن مي‌باشند که مرکب از فليش (شيل، ماسه‌سنگ، کنگلومرا و سنگ‌آهک) مي‌باشد.
الف- مزوزوئيک – کرتاسه بالايي (Mesozoic Era – Upper Cretaceous)
اين واحدها نسبت به سطح حوضه گسترش کمتري داشته و در بخش غرب و جنوب غربي حوضه آبخيز توسعه دارند. از دوران دوم زمين‌شناسي تنها واحدهاي متعلق به اواخر کرتاسه در اين حوضه رخنمون دارند که يا به صورت واحدهايي از سنگ آهک بوده و يا به صورت واحدهايي همراه با سنگ‌هاي آذرين از جمله افيوليت و يا کالرملانژ (Ophiolite & Color melange) قابل بررسي هستند. واحدهاي مذکور مربوط به کرتاسه بالايي بوده و تحت عنوان واحد بيرک شناخته مي‌شوند.

واحد سنگ چينه‌شناسي بيرک
اسم اين واحد از سلسله جبال بيرک (مرتفع‌ترين رشته کوه در منطقه) گرفته شده و از نظر گسترش سطحي در حدود 5 درصد مساحت حوضه را شامل مي‌شود و در غرب حوضه با دو روند شمالي- جنوبي و شمال‌غربي- جنوب‌شرقي واقع شده است. ضخامت آن تقريباً 800 متر تخمين زده شده است. سن آن به کرتاسه فوقاني نسبت داده شده و از نظر سنگ‌شناسي متشکل از سنگ‌هاي آهکي به رنگ زرد، خاکستري، سفيد، قهوه‌اي يا نارنجي با لايه‌هاي ضخيم تا نازک مي‌باشد. اندازه ذرات تشکيل دهنده سنگ‌هاي آهکي در حد ماسه و سيلت است.
ميان لايه‌هاي نازکي از کنگلومراهايي در حد گراول، شيل و سنگريزه‌هاي کواترنري و ماسه‌سنگ نيز در آن ديده مي‌شود. در اين واحد شيل، ماسه‌سنگ، آندزيت و توف پورفيري به طور کامل و در سطح وسيعي به صورت ميان لايه‌هايي در واحد سنگ‌آهک ديده مي‌شود.

ب- سنوزوئيک – دوره ترشياري، عصر ائوسن (Cenozoic Era – Tertiary period, Eocene Epoch)
بخش اعظم حوضه مربوط به دوره ائوسن بوده و به لحاظ سنگ‌شناسي مرکب از فليش مي‌باشد.
مشخصه اين واحد فسيل نوموليت (Nummulite Fossil) است که به وفور در سنگ‌هاي آهکي منطقه ملاحظه مي‌شود (تصوير3.2). در اين دوره دو واحد چينه‌شناسي عمده در منطقه رخنمون دارد:

تصوير3.2. فسيل نوموليت واقع در سنگ‌هاي آهکي حوضه در محل 61? 41? 02.79?E و 27? 29? 56.42?N

ب-1. واحد سنگ-چينه‌شناسي سراوان
نام آن برگرفته از شهر سراوان و در بخش شرقي حوضه بيشتر رخنمون دارد و در کل منطقه نيز به سمت شرق، شمال‌شرق و جنوب‌شرق گسترش دارد. از لحاظ سنگ‌شناسي اين واحد شامل شيل، ماسه‌سنگ، کنگلومرا و سنگ‌آهک است و داراي 4 زير واحد است:
– زير واحد آپاتان:
با روند شمالي-جنوبي و در شمال شهر سوران با مساحت بسيار اندکي گسترش دارد و مربوط به ائوسن تحتاني است. از نظر سنگ‌شناسي شامل کنگلومراهايي است که داراي ميان لايه‌هاي فرعي کالکارينيتي، کالک سيلتستوني، مارن، شيل و آهک ريز‌دانه مي‌باشد.
– زير واحد موردان:
اين واحد نيز در شمال و جنوب حوضه و با مساحت بسيار کم گسترش دارد. از نظر سنگ‌شناسي يک آهک توده مانند است که کمي کنگلومرا و ماسه‌سنگ در آن ديده مي‌شود.
– زير واحد سيميش:
گسترش آن نسبت به ديگر زير واحدها بيشتر و به ائوسن مياني تا تحتاني تعلق دارد. يک توالي منظم از جنس شيل و ماسه‌سنگ است که ميان لايه‌هايي از سنگ آهک و کنگلومراهاي آهکي در آن وجود دارد.
– زير واحد دبه:
داراي مساحتي بسيار کم و سنگ‌شناسي آن شبيه به زير واحد سيميش بوده ولي ماسه‌سنگ‌هاي آن بر شيل غلبه دارد.

ب-2. واحد سنگ-چينه‌شناسي زابلي
نام اين واحد از شهر زابلي گرفته شده است. ضخامت آن متغير و در منطقه بين 200 تا 600 متر تخمين زده شده است. اين واحد معادل يا هم عرض زير واحدهاي 1 تا 4 واحد سراوان مي‌باشد. از نظر سنگ‌شناسي عمدتاً از شيل، ماسه‌سنگ و سنگ‌آهک تشکيل شده است. اين واحد در غرب، شمال‌غرب و جنوب‌غربي حوضه رخنمون دارد.

ج- کواترنري (Quaternary period)
رسوبات آن در قسمت‌هاي دشت، نقاط مسطح و در بستر رودخانه‌ها نهشته شده است و ضخامت آن در دشت در جهت شيب توپوگرافي افزايش مي‌يابد. به طوري که ضخامت آن در دامنه ارتفاعات کم و به چند متر مي‌رسد. در مورد رسوبات کواترنري در منطقه تقسيمات زير را مي‌توان از قديم به جديد ارائه نمود:
– کنگلومراهاي توده‌اي:
قديمي‌ترين نهشته‌هاي نسبتاً پيوسته و در قاعده کواترنر با سخت‌شدگي کم مشاهده مي‌شود. ماده‌زمينه آن آهک ماسه‌اي و گسترش آن در بخش‌هاي جنوبي حوضه و داراي سن پليوکواترنر مي‌باشد.
– پادگانه‌هاي آبرفتي و مخروط افکنه‌هاي قديمي:
اين رسوبات دشت‌هاي دامنه‌اي را پوشانده و رخساره کنگلومرايي سخت نشده دارد.
– پادگانه و مخروط افکنه‌هاي جوان:
نسبت به پادگانه‌هاي قديمي ارتفاع کمتر و رسوبات آن دانه‌ريزتر است. متشکل از دانه‌هاي شن، سيلت و رس بوده است.

3.2.7.2. سنگ‌شناسي حوضه
حوضه عموماً تحت پوشش سنگ‌هاي رسوبي است. در گروه سنگ‌هاي رسوبي، ماسه‌سنگ‌ها (Sandstones)، شيل‌ها (Shales) و سنگ‌هاي آهکي (Limestones) بيشترين گسترش را دارند. سيلتستون (Siltstone)، مادستون (Mudstone) و مارن‌هاي آهکي و کنگلومرا در مراتب بعدي اهميت از نظر گسترش قرار دارند. رخساره فليش توالي مکرري از ماسه‌سنگ و شيل همراه با ميان لايه‌هاي جزيي از مارن و سيلتستون نيز در منطقه مخصوصاً با روند غرب-جنوب‌غرب مشاهده گرديده است. پديده دگرگوني و سنگ‌هاي دگرگون شده در حوضه جزيي و اندک مي‌باشد و به طور جزيي در مرزهاي غربي حوضه در شيل و ماسه‌سنگ‌ها مشاهده مي‌شود.
حوضه رودخانه روتک به لحاظ زمين‌شناسي داراي خصوصيات زمين‌شناسي شرق ايران مي‌باشد. اين حوضه تقريباً در جنوب‌شرقي زون فليش ايران قرار مي‌گيرد. واحدهاي زمين‌شناسي اين منطقه عمدتاً از رخساره‌هاي فليش تشکيل شده‌اند و به لحاظ سنگ‌شناسي متشکل از شيل، ماسه‌سنگ، سيلتستون و سنگ‌آهک مي‌باشند که در واحدهاي مختلفي به لحاظ چينه‌شناسي و ساختماني نمايان گرديده‌اند. منطقه مورد مطالعه در جنوب منطقه رسوبي- ساختار شرق ايران يا زون فليش قرار گرفته است. اين منطقه عمدتاً از رخساره‌هاي فليش تشکيل شده‌اند. تشکيلات زمين‌شناسي حوضه از دو رخساره به ‌نام‌هاي واحدهاي فليشي، متشکل از شيل، ماسه‌سنگ و آهک و واحد سنگ چينه‌اي بيرک شامل سنگ‌هاي آهکي زرد، خاکستري، سفيد قهوه‌اي يا نارنجي با لايه‌هاي ضخيم تا نازک و لايه‌هاي شيل، ماسه‌سنگ، آندزيت و توف در بين لايه‌هاي آهکي تشکيل شده ‌است.
از ميان واحدهاي سنگي موجود در گستره طرح، واحدهاي فليشي دوران سوم فرسايش‌پذيري و رسوب‌زايي متوسطي دارند و بر عکس سهم واحد سنگي بيرک که عمدتاً از آهک تشکيل شده در توليد رسوب بسيار ناچيز است. به لحاظ ژئومورفولوژيکي واحدهاي کوهستان، تپه‌ماهور و دشت در حوضه قابل تفکيک است.

3.2.8. فرسايش‌پذيري واحدهاي زمين‌شناسي
به لحاظ فرسايش‌پذيري سازندهاي زمين‌شناسي، اين حوضه داراي سازندهاي مقاوم با فرسايش‌پذيري کم (سنگ‌آهک) و همچنين سازندهاي سست و فرسايش‌پذير مي‌باشد. به طور کلي به لحاظ حساسيت فرسايش‌پذيري، سازندهاي حوضه داراي شرايط فرسايش‌پذيري متوسطي هستند و درصد سازندهاي مقاوم و نسبتاً مقاوم نيز قابل توجه مي‌باشد (تصوير3.3). به لحاظ توليد رسوبات ريز‌دانه نيز حوضه داراي شرايطي است که از ديدگاه زمين‌شناسي توليد ريز‌دانه‌ها حداقل داراي شرايط بحراني و مشکل‌ساز نمي‌باشند. حاصل پديده تخريب مکانيکي و فرسايش واحدهاي زمين‌شناسي در اين حوضه را مي‌توان به صورت قلوه‌هاي آهکي، خرده‌هاي‌ ماسه‌سنگي، قطعات شيل، قطعات سيلتستون، کوارتز، فلدسپات، ميکا و عناصر آتشفشاني در سطح حوضه مطالعه نمود (تصوير3.4).

تصوير3.3. سنگ‌هاي آهکي با گسترش نسبتاً فراوان در حوضه 61? 41? 02.79?E و 27? 29? 56.42?N

تصوير3.4. حاصل پديده تخريب مکانيکي در حوضه 61? 28? 57.15?E و 27? 44? 49.25?N

بيشترين درصد توليد قطعات و ذرات تخريبي را مي‌توان از واحد سراوان (شيل، ماسه‌سنگ، کنگلومرا و سيلتستون) انتظار داشت که بيشتر در شرق حوضه گسترش دارد (تصوير3.5).

تصوير3.5. لايه‌هاي شيل واحد سراوان 61? 43? 02.26?E و 27? 35? 09.11?N
به عنوان مثال خرده‌هاي گچي از اين سازند زمين‌شناسي در حد بالايي انتظار مي‌رود. به طور کلي درصد فرسايش‌پذيري و توليد رسوبات در زير حوضه‌هاي بخش شرقي حوضه بيشتر از بخش غربي مي‌باشد. نهشته‌هاي کواترنري شامل رسوبات سست و نا‌پيوسته بوده که از شدت فرسايش‌پذيري بالايي برخوردارند. اين نهشته‌ها حاصل فرسايش رسوبات و سازندهاي بالادست مي‌باشند.
عمده و اصلي‌ترين نوع فرسايش حوضه از نوع فرسايش آبي است. از اشکال مهم فرسايش در حوضه مي‌توان به فرسايش کناري ( نتيجه وجود بستري سنگي و وجود پادگانه و تراس‌هاي نسبتاً ضخيم در جوانب رودخانه‌ها)، فرسايش آبراهه‌اي (قرار گرفتن قسمت اعظم حوضه در واحد کوهستان از نظر ژئومورفولوژي)، فرسايش شياري (در نهشته‌هاي ريز‌دانه)، فرسايش رودخانه‌اي (بستر بسيار عريض در برخي از موارد به بيش از 2 کيلومتر به علت ضخامت کم رسوبات بستر و سنگ بستر بالا مخصوصاً در بخش جنوبي و خروجي حوضه) اشاره نمود (تصوير3.6).

تصوير3.6. نمايي از رودخانه روتک 61? 29? 36.31?E و 27? 40? 52.70?N

3.2.9. ژئومورفولوژي حوضه
در حوضه آبخيز روتک از نظر ريخت‌زمين‌شناسي 5 تيپ غالب به شرح زير به چشم مي‌خورد:
– تيپ کوهستاني
تيپ کوهستاني شامل بزرگترين عوارض روي زمين منطقه و با شيب تند در حدود 100-25 درصد است. مساحت اين تيپ 25850 هکتار است.
– تيپ تپه‌ها
تپه‌هاي منطقه بر اثر تغييرات شکل ظاهري زمين و همچنين در اثر فرسايش و يا چين‌خوردگي همانند کوه‌ها تشکيل شده و به وجود آمده است. شيب آن عمدتاً 25-12 درصد و ندرتاً 12-8 درصد مي‌باشد. مساحت اين تيپ اراضي 36195 هکتار است.
– فلات‌ها و تراس‌هاي رودخانه‌اي
شامل اراضي با سطوح ژئومورفولوژي فرسايش يافته و داراي سطحي صاف و مسطح و گاهاً پستي و بلندي مي‌باشد. شيب اين اراضي 8-2 درصد و گاهي کمتر از 2 درصد مي‌باشد. مساحت اين تيپ اراضي 5/28457 هکتار است.
– واريزه‌هاي بادبزني شکل سنگريزه‌دار
شامل اراضي شيب‌دار با سنگريزه‌هاي پاي کوه‌ها که به موازات کوه‌ها قرار گرفته است. داراي شيب کلي و جانبي 8-2 درصد مي‌باشد. مساحت اين تيپ اراضي 17100 هکتار است.
– آبرفت‌هاي بادبزني شکل سنگريزه‌دار
شامل اراضي بادبزني شکل سنگريزه‌دار که در اثر طغيان رودخانه‌ها و آبراهه‌هاي فصلي و غير دائمي از مناطق پرشيب به سمت دشت‌هاي مسطح حمل شده و داراي شيب 5-0 درصد مي‌باشد. مساحت اين تيپ اراضي 5/24352 هکتار است.
به لحاظ ژئومورفولوژيک سه واحد کوهستان، تپه‌ماهور و دشت در حوضه قابل تفکيک است. قسمت اعظم حوضه در واحدهاي کوهستان و تپه‌ماهورها قرار مي‌گيرد و بخشي نيز در واحد دشت واقع مي‌شود. واحد کوهستان در بخش‌هاي شمال، شرق، شمال‌شرق و شمال‌غرب حوضه و در مرزهاي آن رخنمون يافته و عمدتاً داراي رخساره‌هاي توده‌سنگي و برونزدگي سنگي مي‌باشند. در بخش‌هاي بيشتري از حوضه و در درون آن واحدهاي کوهستان و تپه‌ماهور با سنگ‌شناسي شيل و ماسه‌سنگ ديده مي‌شوند که رخساره‌هاي غالب در اين بخش شامل برونزد سنگي مي‌باشد. واحد دشت در بخش‌هاي مرکزي و جنوبي و جنوب‌غربي حوضه بيشتر رخنمون داشته که نواحي اصلي کم‌شيب و پست حوضه را نيز مي‌توان در اين بخش ديد. رخساره‌هاي غالب در اين واحد شامل رخساره مخروط‌افکنه و تراس‌هاي مرتفع، رخساره مخروط‌افکنه و تراس‌هاي پست، رخساره دشت سيلابي، رخساره مسيل و رسوبات بستر رودخانه هستند. از ديگر اشکال ژئومورفولوژيکي حوضه، وجود پرتگاه‌ها، ستيغ‌ها، بريدگي‌ها، اشکال آبراهه‌ها و انواع فرسايش مي‌باشد. آبراهه‌هاي شاخه درختي از الگوهاي متداول و غالب اشکال آبراهه‌اي حوضه مي‌باشد. الگوي موازي شبکه آبراهه‌ها در واحد دشت و در نواحي جنوبي و مرکزي حوضه بيشتر ديده مي‌شود. اشکال بريدگي، ستيغ‌ها و پرتگاه‌ها در شمال، شمال‌غرب و شمال‌شرق حوضه بيشتر ديده مي‌شوند و بيشتر در سازندهاي آهکي و تا حدودي ماسه‌سنگي پديد آمده‌اند.

3.3. ويژگي‌هاي عرصه پخش‌سيلاب
پهنه پخش سيلاب پسکوه در 109 کيلومتري شمال‌غرب شهرستان سراوان در استان سيستان و بلوچستان با وسعت 1677 هکتار بين مختصات جغرافيايي “51.80 ´38 ?61 تا “44.71 ´42 ?61 طول شرقي و “42.29 ´30 ?27 تا “56.76 ´33 ?27 عرض شمالي واقع شده است (تصاوير3.7، 3.8 و 3.9). ارتفاع متوسط عرصه از سطح دريا 1234 متر، ميانگين بارندگي و درجه حرارت به ترتيب 128 ميلي‌متر و 7/18 درجه سانتي‌گراد است.

تصوير3.7. موقعيت جغرافيايي شهرستان سراوان و روستاي پسکوه

تصوير3.8. نماي کلي از حوضه آبخيز روتک، محدوده عرصه پخش سيلاب، روستاها و مزارع پايين‌دست

تصوير3.9. نماي کاملي از محدوده عرصه پخش سيلاب

فصل چهارم
مواد و روش‌ها

4.1. روش کار
به طور کلي فعاليت‌هاي مختلف براي دستيابي به اهداف مورد مطالعه، شامل چهار مرحله مجزاي ذيل بود:
مرحله اول : مطالعات اوليه و گرد‌آوري اطلاعات
در اين مرحله به جمع‌آوري اطلاعات پايه و اوليه به قرار ذيل اقدام شده است که در فصل سوم بدان اشاره شد:
* جمع‌آوري اطلاعات مربوط به زمين‌شناسي، سنگ‌شناسي و فرسايش‌پذيري واحدهاي سنگي حوضه.
* جمع‌آوري و بررسي مطالعات خاک‌شناسي منطقه.
* تهيه اطلاعات اقليم و فيزيوگرافي حوضه.
* کسب اطلاعات ژئومورفولوژيکي منطقه.
* جمع‌آوري اطلاعات مربوط به هيدرولوژي منطقه.
* تهيه اطلاعات مربوط به پوشش گياهي حوضه.
* تهيه اطلاعات هواشناسي حوضه.
* تهيه تصاوير ماهواره‌اي از حوضه.
مرحله دوم : مطالعات صحرايي
در اين مرحله عمليات صحرايي به شرح ذيل به انجام رسيده است:
* بازديد کلي از حوضه آبخيز و عرصه‌هاي پخش سيلاب.
* نقشه‌برداري کل محدوده پخش سيلاب با استفاده از تجهيزات نقشه‌برداري.
* تعيين تعدادي از عرصه‌هاي پخش به عنوان تکرار.
* تعيين دو عرصه شاهد در خارج از عرصه پخش.
* تعيين محل‌هاي نمونه‌برداري خاک جهت آناليز دانه‌بندي.
* تعيين محل‌هاي اندازه‌گيري نفوذپذيري و نصب اشل در محل آن.
* نمونه‌برداري از خاک در محل‌هاي نمونه‌برداري.
* اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري در محل‌هاي تعيين شده با استفاده از استوانه‌هاي مضاعف.
مرحله سوم : انجام عمليات ستادي
* تهيه پلان کامل عرصه‌هاي پخش سيلاب به عنوان نقشه پايه.
* مشخص نمودن محل‌هاي نمونه‌برداري به روي نقشه پايه.
* تهيه نقشه توپوگرافي عرصه‌هاي تکرار.
* تهيه نقشه‌هاي ايزوپتانسيل آب‌هاي زيرزميني عرصه پخش.
* تعيين درصد اندازه‌ دانه‌هاي خاک.
* تهيه نمودارهاي مختلف آناليز دانه‌بندي خاک.
* تهيه نقشه‌هاي بافت خاک و دياگرام‌هاي بافت.
* تعيين مقادير ميزان نفوذپذيري در شبکه‌هاي پخش سيلاب و شاهد به روش مستقيم.
* تعيين مقادير ميزان نفوذپذيري در شبکه‌هاي پخش سيلاب و شاهد به روش غير مستقيم.
* تهيه نقشه‌هاي نفوذپذيري شبکه‌هاي پخش سيلاب.
* تجزيه و تحليل آماري داده‌ها.
* تجزيه و تحليل نقشه‌اي داده‌ها.
* تهيه معادله بين ميزان نفوذپذيري و ضريب خميدگي دانه‌بندي خاک.
مرحله چهارم : مطالعات آزمايشگاهي
پس از نمونه‌برداري از پروفيل‌ خاک، نمونه‌هاي خاک به آزمايشگاه آب و خاک مرکز تحقيقات کشاورزي و منابع طبيعي بلوچستان منتقل شد و جهت آناليز دانه‌بندي مورد آزمايش قرار گرفتند.
4.2. روش‌هاي اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري خاک
اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري خاک به دو روش مستقيم و غير مستقيم امکان‌پذير است. روش مستقيم شامل آزمون‌هاي آزمايشگاهي و صحرايي مي‌باشد. روش‌هاي غير مستقيم هم عمدتاً مبتني بر خصوصيات فيزيکي خاک مي‌باشند که در ادامه به طور کاملاً مختصر توضيحاتي در رابطه با برخي از آزمون‌هاي آزمايشگاهي و صحرايي ارائه شده است.

4.2.1. روش‌هاي مستقيم
همانطور که اشاره شد روش‌هاي مستقيم اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري خاک شامل آزمون‌هاي آزمايشگاهي و آزمون‌هاي صحرايي مي‌باشد.

4.2.1.1. آزمون‌هاي آزمايشگاهي
از ميان آزمون‌هاي آزمايشگاهي مي‌توان به آزمون‌هاي زير اشاره نمود.

1- آزمون بار ثابت (Constant head Test)
اين آزمون براي خاک‌هاي درشت‌دانه و داراي نفوذپذيري زياد مناسب است. ترتيب آزمايش به اين صورت است که از يک سو آب، که ارتفاع آن ثابت است به نمونه خاک که بين دو صفحه متخلخل واقع شده، وارد مي‌شود و در همين حال مقدار آب تخليه شده از زير نمونه اندازه‌گيري مي‌شود (تصوير 4.1). سپس به کمک معادله زير ميزان نفوذپذيري اندازه‌گيري مي‌شود.
(4.1)
که در آن ميزان نفوذپذيري، دبي آب ورودي به نمونه، دبي آب خروجي از نمونه، ضخامت نمونه، اختلاف پتانسيل آب و سطح مقطع نمونه مي‌باشد (معماريان 1381).

تصوير4.1. تعيين ميزان نفوذپذيري با استفاده از آزمون بار ثابت

2- آزمون بار افتان (Falling head Test)
اين آزمون در خاک‌هاي ريزدانه و با نفوذپذيري کم انجام مي‌شود. به اين منظور آب توسط لوله‌اي به نمونه وارد مي‌شود (تصوير 4.2). در مدت زمان t سطح آب داخل لوله از h0 به h1 مي‌رسد، به اين ترتيب مي‌توان مقدار ميزان نفوذپذيري را با استفاده از رابطه زير به دست آورد.
(4.2)
که در آن ميزان نفوذپذيري، سطح مقطع لوله، سطح مقطع نمونه، ضخامت نمونه، مدت زمان آزمايش، پتانسيل آب در شروع آزمايش و پتانسيل آب در انتهاي آزمايش مي‌باشد (معماريان 1381).

تصوير4.2. تعيين ميزان نفوذپذيري با استفاده از آزمون بار افتان

3- آزمون تحکيم يا ادومتري (Consolidometer or Odeometer Test)
اين آزمون براي خاک‌هاي اساساً نفوذناپذير به کار گرفته مي‌شود. دستگاه ادومتر که براي تحکيم يک‌بعدي به کار مي‌رود عبارت است از حلقه‌اي که نمونه در آن غوطه‌ور مي‌شود، دستگاهي براي اعمال بار يکنواخت به صورت مرحله‌اي و شمارنده‌اي براي اندازه‌گيري تغيير شکل (تصوير 4.3). در اين دستگاه بار معمولاً توسط وزنه‌هايي که به يک بازوي بارگذاري افزوده مي‌شود، به نمونه اعمال مي‌گردد. برخي از ادومترها، بار را به طور هيدروليکي و از زير اعمال مي‌کنند. داده‌هاي بدست آمده از آزمون تحکيم را مي‌توان جهت برآورد ميزان نفوذپذيري، نشست پي ساختمان‌ها، سدها، پل‌ها و ديگر سازه‌هاي مهندسي به کار گرفت. با توجه به طولاني بودن مبحث اين آزمون از فرمول‌هاي مربوطه و جزئيات دوري جسته و تنها به معادله مورد نياز براي محاسبه ميزان نفوذپذيري از داده‌هاي اين آزمون بسنده مي‌کنيم.
(4.3)
که در آن ميزان نفوذپذيري، ضريب تحکيم، وزن مخصوص آب، ضريب تغيير حجم يا نسبت تغيير در تنجش قائم به تغيير در تنش قائم مي‌باشد (معماريان 1381).

تصوير4.3. تعيين ميزان نفوذپذيري با استفاده از آزمون تحکيم

4- نفوذسنج سانتريفيوژ (Centrifuge Permeameter)
نفوذسنج سانتريفيوژ براي تسريع در تعيين خصوصيات هيدروليکي خاک‌هاي غير اشباع به کار مي‌رود. نفوذسنج سانتريفيوژ يک سيلندر پليمريزه‌اي (Acrylic cylinder) است که بر روي يک سطل در حال چرخش سوار است. خصوصيات هيدروليکي يک نمونه خاک با استفاده از نفوذسنج سانتريفيوژ به وسيله کنترل سرعت جريان آب در داخل نمونه و نيز ميزان رطوبت و مکش اندازه‌گيري مي‌شود (تصوير4.4).

تصوير4.4. دستگاه نفوذسنج سانتريفيوژ
عمل سانتريفيوژ (نيروي گريز از مرکز) توسط محققيني از جمله نيمو و همکاران (Nimmo et al. 1987)، کونکا و رايت (Conca & Wright 1992) و دل‌آوانزي و همکاران (Dell’Avanzi et al. 2004) براي تسريع در فراهم آوردن ضريب نفوذپذيري به کار برده شده است. عمل سانتريفيوژ، نيروهاي حجمي روي يک نمونه خاک را با تحميل کردن شتاب متمايل به مرکز افزايش مي‌دهد و از رابطه زير محاسبه مي‌شود.
(4.4)
به طوري که شتاب متمايل به مرکز، سرعت زاويه‌اي، شعاع، شتاب ثقل و نسبت مابين شتاب متمايل به مرکز و شتاب ثقل مي‌باشد.
عمل سانتريفيوژ شيب پتانسيل براي جريان سيال را افزايش مي‌دهد که آن باعث کاهش زمان مورد نياز براي رسيدن به حالت پايدار جريان سيال مي‌شود. تجربه از آزمون‌هاي توصيفي هيدروليکي قراردادي نشان مي‌دهد که تعيين ضريب نفوذپذيري بهترين مشخصه مورد استفاده براي حالت پايدار جريان است (Benson & Gribb 1990). با رسيدن سريع به حالت پايدار، ضريب نفوذپذيري را مي‌توان براي يک نمونه خاک منفرد در يک مدت زمان معقول بدست آورد.
آزمون سانتريفيوژ توسط زورنبرگ و همکاران (Zornberg et al. 2003) براي تعيين ضريب نفوذپذيري در پروژه‌هاي ژئوتکنيکي مورد استفاده قرار گرفت. کونکا و رايت (Conca & Wright 1992) دستگاه جريان غير اشباع را توسعه دادند و براي شرايط حالت پايدار از قانون دارسي براي تعيين ضريب نفوذپذيري استفاده نمودند (McCartney & Zornberg 2004) به طوري که:
(4.5)
جايي که ارزش هدايت هيدروليکي منطبق بر مکش ويژه (يا ميزان رطوبت حجمي) است،دانسيته آب و سرعت تخليه سيال مي‌باشد. اگر شيب مکش در معادله 4.5 ناچيز فرض شود هدايت هيدروليکي برابر خواهد بود با:
(4.6)

4.2.1.2. آزمون‌هاي صحرايي
از ميان آزمون‌هاي صحرايي نيز مي‌توان به آزمون‌هاي زير اشاره نمود.
1- آزمون صحرايي بار ثابت (Constant head Test)
اين آزمون در مورد خاک‌هاي دست ‌نخورده دانه‌اي انجام مي‌شود و مي‌توان آن را به سه صورت زير انجام داد:
الف- در چاهک‌هاي کوچک به ابعاد 30 سانتي‌متر
ب- در گمانه‌هاي حفر شده با اوگر دستي
ج- در گمانه‌هاي عميق
در حالت استفاده از گمانه‌هاي عميق از لوله‌ جدار و آزمايش از ته باز لوله انجام مي‌شود.
روش انجام اين آزمون به اين ترتيب است که ابتدا گودال يا گمانه حفر شده را از شن درشت و قلوه‌سنگ پر مي‌کنيم سپس زمين اطراف گمانه را به حالت اشباع رسانيده و در اين مرحله به گمانه آب وارد مي‌کنيم (مقدار آب لازم با گذشت زمان کم مي‌شود). ورود آب را به گونه‌اي ادامه مي‌دهيم که سطح آب در گمانه ثابت باقي بماند. مقدار آب ورودي را هر 5 دقيقه يکبار يادداشت مي‌کنيم. در پايان مقدار ميزان نفوذپذيري را مشابه روش آزمايشگاهي محاسبه مي‌نماييم (معماريان 1381).

2- آزمون صحرايي بار افتان يا بار متغير (Falling head Test)
اين آزمون در نقاط واقع در زير سطح ايستايي و در خاک‌هاي با زهکشي کند صورت مي‌گيرد. براي انجام آزمون، که در چاه بسته انجام مي‌شود، ابتدا لوله جدار با آب پر شده و سپس سرعت نزول آب در آن اندازه‌گيري مي‌شود. محاسبات مربوط به تعيين مقدار ميزان نفوذپذيري در اينجا نيز کم و بيش مشابه آزمون آزمايشگاهي بار افتان است (معماريان 1381).

3- آزمون صحرايي بار خيزان (Rising head Test)
اين آزمون در زير سطح ايستايي و در خاک‌هاي با ضريب نفوذپذيري متوسط انجام مي‌شود. ترتيب انجام آزمايش که در گمانه بسته انجام مي‌شود به اين صورت است که ابتدا آب چاه تخليه مي‌شود. مقدار صعود مجدد آب در چاه نسبت به زمان اندازه‌گيري مي‌شود تا آنجا که سطح آن ثابت شود. پس از پايان آزمايش جهت آگاهي از بالا آمدن احتمالي خاک از کف گمانه (شرايط سريع)، ته گمانه مورد بررسي قرار مي‌گيرد. سرانجام با انجام محاسبات مربوطه مقدار ميزان نفوذپذيري تعيين مي‌گردد (معماريان 1381).

4- آزمون پمپاژ (Pumping Test)
اين آزمون معمولاً در چاه‌هاي ثقلي (لايه‌هاي آبدار محصور نشده)، در خاک‌هاي يکنواخت اشباع شده انجام مي‌شود. براي انجام اين آزمايش چاه با سرعتي يکنواخت پمپاژ مي‌شود و افت آب در چاه‌هاي مشاهده‌اي اطراف مرتباً اندازه‌گيري مي‌گردد تا اينکه مخروط افت ثابت شود (به عبارت ديگر ميزان آبگيري زمين معادل آب ورودي به چاه شود). اين آزمايش در گمانه داراي صافي و شبکه (اسکرين) انجام مي‌شود و از معايب آن اين است که مقدار متوسط ميزان نفوذپذيري را به دست مي‌دهد (خورسندي‌آقايي 1380). آزمايش‌هاي مشابهي نيز براي تعيين مقدار ميزان نفوذپذيري در چاه‌هاي آرتزين (سفره‌هاي محصور شده) مي‌توان انجام داد (تصاوير 4.5 و 4.6).
(4.7) در آبخوان آزاد
(4.8) در آبخوان تحت فشار
که در آن ميزان نفوذپذيري، ميزان آبدهي، ضخامت اشباع آبخوان تحت فشار، فاصله سنگ کف تا سطح استاتيک آب زيرزميني در چاه مشاهده‌اي، فاصله سنگ کف تا سطح ديناميک آب زيرزميني در چاه مشاهده‌اي و و فاصله چاه‌هاي مشاهده‌اي از چاه پمپاژ مي‌باشند.

تصوير4.5. تعيين ميزان نفوذپذيري با استفاده از آزمون پمپاژ در آبخوان آزاد

تصوير4.6. تعيين ميزان نفوذپذيري با استفاده از آزمون پمپاژ در آبخوان تحت فشار

5- آزمون نفوذسنج گمانه‌اي دو مرحله‌اي (Two-Stage Borehole Permeameter Test)
اين آزمون بستگي به نوع نفوذپذيري مورد نياز (افقي و يا عمودي) در دو مرحله مجزا انجام مي‌پذيرد. مرحله اول آن براي اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري عمودي خاک و مرحله دوم آن براي اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري افقي خاک انجام مي‌شود (Koerner & Daniel 1993). در روش مرحله اول که به منظور اندازه‌گيري نفوذپذيري عمودي خاک انجام مي‌شود ابتدا گمانه‌اي به عمق تقريباً 40 سانتي‌متر حفر نموده و سپس اطراف گودال را با مواد نفوذناپذير مسدود و جداره‌گذاري مي‌نمايند. در اين مرحله کف گودال هم تراز با لوله جداره مي‌باشد. سپس داخل گودال را با آب پر نموده و مشابه آزمون بار افتان، افت آب داخل لوله ايستاده را قرائت مي‌نمايند (تصوير 4.7).

تصوير4.7. تعيين ميزان نفوذپذيري عمودي با استفاده از آزمون گمانه‌اي دو مرحله‌اي – مرحله 1
همچنين در مرحله دوم که هدف اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري افقي خاک مي‌باشد مشابه مرحله اول بوده و تنها تفاوت آن اين است که عمق گودال را به مقدار بيشتري حفر مي‌نمايند و در قسمت حفر شده جديد از مواد مسدود کننده و لوله جدار استفاده نمي‌کنند و مشابه مرحله اول افت آب داخل لوله ايستاده را قرائت مي‌کنند (تصاوير 4.8 و 4.9).

تصوير4.8. تعيين ميزان نفوذپذيري افقي با استفاده از آزمون گمانه‌اي دو مرحله‌اي – مرحله 2

تصوير4.9. نصب نفوذسنج گمانه‌اي دو مرحله‌اي
6- آزمون نفوذسنج گوالف (Guelph Permeameter Test)
اين آزمون توسط دستگاهي به نام نفوذسنج گوالف انجام مي‌شود. اين دستگاه قادر است علاوه بر تعيين ميزان نفوذپذيري خاک در محل، قابليت جذب خاک و پتانسيل جريان ماتريس را نيز اندازه‌گيري نمايد. عملکرد اين دستگاه بر اساس بار ثابت بوده که بر روي يک سيفون مرکزي عمل مي‌کند (Reynolds & Elrick 1985). سرعت عمل، سهولت استفاده از آن و دقت زياد از جمله محاسن اين آزمون مي‌باشد (تصوير 4.10).

تصوير4.10. نفوذسنج گوالف
از آزمون‌هاي صحرايي علاوه بر مواردي که نام برده شد مي‌توان به آزمون آوگر (Auger-hole Test)، آزمون پيزومتر (Piezometer Test)، آزمون تک چاهي (Single-Well or Slug Test)، آزمون استوانه‌هاي مضاعف (Double-Ring Test)، آزمون تک استوانه‌اي (Cylindrical Test) و استفاده از مواد رنگي يا شيميايي خاص جهت تعيين ميزان نفوذپذيري در صحرا اشاره نمود.

4.2.2. روش‌هاي غير مستقيم
روش غير مستقيم نيز با استفاده از خصوصيات فيزيکي خاک از قبيل تخلخل، بافت خاک، آناليزهاي دانه‌بندي خاک و جورشدگي ذرات خاک و يا حتي خصوصيات شيميايي خاک از جمله درصد جذب سديم (SAR, Sodium Absorption Ratio) امکان‌پذير است که در اين رابطه جداول، نمودارها و فرمول‌هاي تجربي زيادي ارائه شده است. در مباحث قبلي تعدادي از اين جداول ارائه شد. از آنجايي که در اين تحقيق نيز از فرمول‌هاي تجربي مختلفي استفاده شده است لذا در اين قسمت از توضيح در رابطه با آنها صرف نظر نموده و در جاي خود به بحث در رابطه با آنها پرداخته خواهد شد.
بايد توجه داشت که هر کدام از روش‌هايي که ذکر شد براي شرايط خاصي از خاک تعريف شده‌اند که مي‌توان به ميزان رطوبت خاک، عمق سطح ايستايي آب زيرزميني، اشباع يا غير اشباع بودن خاک، درجه چسبندگي ذرات و به ويژه بافت خاک اشاره نمود. به عبارت ديگر هر کدام از اين روش‌ها داراي کاربرد متفاوتي مي‌باشند بنابراين بستگي به نوع پروژه و هدف مورد نظر بايد روش خاص مربوط به خود را انتخاب نمود.

4.3. روش‌هاي اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري در عرصه پخش سيلاب
در اين تحقيق نيز از دو روش مستقيم و غير مستقيم ميزان نفوذپذيري خاک اندازه‌گيري شد که در ادامه در رابطه با آن بحث شده است.
4.3.1. اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري به روش مستقيم در عرصه پخش سيلاب
از آنجايي که در اين پروژه اهدف زير مد نظر بود:
1- تعيين روند ميزان نفوذپذيري عرصه پخش سيلاب نسبت به زمين شاهد (در دوره‌هاي زماني طولاني مدت از زمان احداث تا حال حاضر و دوره زماني کوتاه مدت يکساله).
2- تعيين روند ميزان نفوذپذيري نوارهاي عرصه پخش سيلاب نسبت به يکديگر.
بنابراين دو موضوع اصلي بايد مورد توجه قرار گيرد يکي آزمايشي انتخاب شود که بتواند جوابگوي تغييرات ميزان نفوذپذيري در طول مدت زمان کوتاه باشد به عبارت ديگر از دقت بالايي برخوردار باشد تا بتوان تغييرات اندکي که در بافت خاک و نتيجتاً ميزان نفوذ عرصه‌هاي پخش رخ مي‌دهد را مشخص سازد. ديگر اينکه با توجه به هدف دوم که تعيين ميزان نفوذپذيري بين نوارهاي پخش است از يکطرف و از طرف ديگر با توجه به وسعت زياد عرصه پخش سيلاب که خود تعداد برداشت‌هاي زيادي را جهت اندازه‌گيري نفوذ مي‌طلبد بايد آزمايشي انتخاب گردد که اولاً مقرون به صرفه بوده و ثانياً در جابجايي و حمل و نقل وسايل و غيره مشکل‌ساز نباشد. همچنين در اين پروژه علاوه بر موارد فوق هدف اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري خاک در منطقه غير اشباع خاک (Vadose zone) و نزديک سطح زمين بود که تغييرات ايجاد شده در قسمت فوقاني لايه‌هاي خاک در طول مدت زمان يکساله مشخص گردد.
همانطور که اشاره شد در اين تحقيق به تعداد برداشت‌هاي زيادي جهت اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري خاک نياز بود. بر اين اساس روش‌هاي آزمايشگاهي از يکطرف هزينه‌بر خواهند بود و مقرون به صرفه نيستند و از طرف ديگر به علت نياز به دقت بالاي اندازه‌گيري در اين فرجه زماني کم و اينکه با نمونه‌برداري و انتقال نمونه‌ها به آزمايشگاه ساختمان خاک تغيير خواهد نمود لذا روش‌هاي صحرايي ترجيح داده‌ شدند. از ميان روش‌هاي صحرايي نيز با توجه به کمبود امکانات و هزينه‌هاي زياد آزمون‌هاي پمپاژ، از آزمون استوانه‌هاي مضاعف (Double-Ring Test) با توجه به دارا بودن تمامي شرايط آزمايش و نيز دقت بالاي آزمايش و مقرون به صرفه بودن آن انتخاب شد.
البته لازم به ذکر است در اين زمينه پژوهش‌هايي توسط انجمن مهندسين عمران آمريکا (American Society of Civil Engineering) توسط بنسون و همکاران (Benson et al. 1997) در خصوص مقايسه چهار روش مختلف براي تعيين ميزان نفوذپذيري خاک صورت پذيرفت. براي اين مقايسه از يک منبع خاک مشخص، چهار نمونه خاک انتخاب کردند. نمونه‌هاي تهيه شده در خصوصيات فيزيکي از جمله درصد رطوبت، وزن مخصوص خشک، اشباع اوليه، حد رواني و شاخص خميري کاملاً مشابه بودند. سپس با چهار روش مختلف، ميزان نفوذپذيري را بر روي هر چهار نمونه تهيه شده اندازه‌گيري کردند. روش‌هاي اندازه‌گيري عبارت بودند از: 1- آزمون نفوذسنج استوانه‌هاي مضاعف 2- آزمون نفوذسنج گمانه‌اي دو مرحله‌اي 3- آزمون آزمايشگاهي روي نمونه بزرگ 4- آزمون آزمايشگاهي روي نمونه کوچک.
نتايج حاکي از آن بود که ميزان نفوذپذيري به دست آمده توسط آزمون استوانه‌هاي مضاعف در هر چهار نمونه کاملاً نزديک به يکديگر بود و نسبت به آزمون‌هاي ديگر درجه اطمينان بالاتري را کسب نمود. همچنين از نتايج ديگر اين پژوهش اين بود که سه آزمون بزرگ مقياس اول، نتايج نزديک به هم و بزرگتر از آزمون کوچک مقياس آزمايشگاهي را ارائه دادند و اين نتيجه برداشت شد که روش‌هاي آزمايشگاهي رقم پايين‌تري را نسبت به آزمون‌هاي صحرايي نشان مي‌دهند.

وسايل مورد نياز براي آزمون نفوذسنج استوانه‌هاي (Double-Ring Test) مضاعف عبارتند از:
1- دو استوانه متحد‌المرکز به ارتفاع 50 سانتيمتر. قطر استوانه داخلي بايد 50 تا 70 درصد قطر استوانه بيروني باشد (براي مثال دو استوانه با قطرهاي 30 و 60 سانتي‌متري). جنس استوانه بايد يک فلز سخت باشد که قابليت فرو رفتن به داخل خاک سخت را نيز دارا باشد.
2- منبع آب.
3- زمان‌سنج (Stopwatch).
4- خط‌کش يا نوار اندازه‌گيري فلزي.
5- تخته چوبي صاف و هموار براي قرار گرفتن به روي استوانه‌ها و راندن يکنواخت استوانه‌ها به داخل خاک.
6- پتک جهت ضربه زدن روي تخته چوبي براي فرو بردن استوانه‌ها به داخل خاک.
7- فرم مخصوص ثبت داده‌ها.

روش کار براي انجام آزمون با نفوذسنج استوانه‌هاي مضاعف:
1- فراهم نمودن سطح آزمايش.
2- قرار دادن استوانه خارجي در محل؛ گذاردن تخته چوبي به روي آن؛ وارد نمودن ضربه به روي تخته چوبي به وسيله پتک تا اينکه استوانه تقريباً 10 سانتي‌متر به داخل خاک فرو رود.
3- قرار دادن استوانه داخلي در مرکز استوانه خارجي؛ گذاردن تخته چوبي به روي آن؛ وارد نمودن ضربه به روي تخته چوبي به وسيله پتک تا اينکه استوانه تقريباً 10 سانتي‌متر به داخل خاک فرو رود. لبه بالايي استوانه‌ها بايد در يک سطح قرار گيرند.
4- سطح آزمايش بايد قبل از انجام آزمايش خيسانده شود. هر دو استوانه تا شاخص اندازه‌گيري با آب پر مي‌شوند (مي‌توان يک قسمت از رويه لبه استوانه داخلي را به عنوان شاخص انداه‌گيري علامت زده و تمامي قرائت‌ها را از همان قسمت انجام داد).
5- قرائت عمودي سطح آب داخل استوانه مرکزي از شاخص علامت زده شده در لبه استوانه آن در فواصل زماني 2، 2، 3، 3، 5، 5، 10، 10، 20، 20، 40، 20، 40، 40، 60، 60 دقيقه تا زماني که مقدار ثابتي براي ميزان نفوذ به دست آيد که در بيشتر موارد تا 6 ساعت به طول مي‌انجامد. سطح آب داخل استوانه‌ها از لبه استوانه‌ها نبايد کمتر از 10 سانتي‌متر شود بنابراين بايد قبل از رسيدن به اين مقدار استوانه‌ها با آب تا محل شاخص پر شوند.
6- ميزان نفوذي که در قرائت‌هاي انتهايي (فواصل زماني 60 دقيقه‌اي) به دست مي‌آيد بر حسب سانتي‌متر بر ساعت بيان مي‌گردد و نشان دهنده ميزان نفوذ آن مکان است.
7- استفاده از معادلات نفوذ جهت تعيين ميزان نفوذپذيري.

از معايب آزمون نفوذسنج استوانه‌هاي مضاعف (Double-Ring Test) مي‌توان به موارد زير اشاره نمود:
1- وقت‌گير بودن آزمايش که براي رسيدن به حالت نفوذ نهايي به طور متوسط تا 6 ساعت يا بيشتر به طول مي‌انجامد.
2- نياز به ثبت مرتب داد‌ها در فواصل‌ زماني آزمايش که تا انتهاي آزمايش اين عمل بايد بطور دقيق انجام شود.
3- سنگيني استوانه‌هاي مضاعف براي جابجايي.
4- فرو بردن استوانه‌ها در داخل خاک که بستگي به نوع خاک بويژه خاک‌هاي درشت‌دانه با زحمت زيادي همراه است.
5- نگه داشتن تعادل در ارتفاع سطح آب داخل دو استوانه (McKenzie et al. 2002).

شرح آزمون نفوذسنج استوانه‌هاي مضاعف (Double-Ring Test)
در اين روش ميزان نفوذپذيري بر اساس استاندارد آ.اس.تي.ام- دي 3385 (D3385 ASTM 1994) اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري در صحرا و با استفاده از نفوذسنج استوانه‌هاي مضاعف اندازه‌گيري شد (تصوير4.11). در ميان روش‌هاي گوناگون اندازه‌گيري صحرايي نفوذپذيري، نفوذسنج‌هاي استوانه‌اي به دليل ارزاني ساخت و سهولت کاربرد وسيله مناسبي براي اندازه‌گيري سرعت نفوذ مي‌باشند.

تصوير4.11. استوانه‌هاي مضاعف به منظور اندازه‌گيري نفوذپذيري (Double-Ring)
بر اساس استاندارد آزمايش اين روش بر پايه قرار دادن دو استوانه متحدالمرکز در خاک به عمق چند سانتي‌متر، ريختن آب در هر دو استوانه و قرائت افت آب از استوانه مرکزي در زمان‌‌هاي مختلف مي‌باشد. اين روش نفوذ عمودي آب را در قسمتي از پروفيل خاک در بالاي سطح ايستايي اندازه‌گيري مي‌کند (تصوير4.12).

تصوير4.12. نماي شماتيک از اساس کار نفوذ‌سنج استوانه‌هاي مضاعف (Double-Ring)

استوانه‌هاي مضاعف مورد استفاده از جنس آهن و به ضخامت دو ميلي‌متر مي‌باشند. قطر استـوانه‌ها متفاوت بوده و به راحتي در داخل يکديگر قرار مي‌گيرند بنابراين حمل و نقل آن آسان و جاي کمتري را اشغال مي‌نمايد. قطر استوانه‌هاي داخلي 20، 25 و30 سانتي‌متر و قطر استوانه‌هاي بيروني 50، 55 و60 سانتي‌متر و ارتفاع آنها 50 سانتي‌متر مي‌باشد. لبه اين استوانه‌ها نيز تيز بوده تا به ‌راحتي و با حداقل بهم خوردگي در داخل خاک فرو رود. به هنگام ريختن آب در داخل استوانه‌ها، خطر بهم‌خوردگي ساختمان خاک وجود دارد، لذا بهتر است قبل از انجام اين عمل يک قطعه نايلوني در کف استوانه‌ها روي خاک گذاشته شود (تصاوير4.13 و 4.14). در اين روش بين دو استوانه و همچنين داخل استوانه کوچک آب ريخته مي‌شود. پايين رفتن سطح آب استوانه داخلي نسبت به زمان‌ اندازه‌گيري مي‌شود. اضافه کردن آب به داخل سيلندر طوري صورت مي‌گيرد که عمق آب در داخل سيلندر کوچک از لبه آن بين 7 تا 12 سانتي‌متر فاصله داشته باشد. آبي که بين استوانه داخلي و خارجي ريخته مي‌شود فقط براي کنترل حرکت عمودي آب در استوانه داخلي است تا از حرکات جانبي آن، که ممکن است موجب اشتباه در آزمايش شود، جلوگيري گردد و هيچ‌گونه اندازه‌گيري روي آن صورت نمي‌گيرد.

تصوير4.13. نحوه ريختن آب در داخل استوانه‌ها به منظور جلوگيري از بهم خوردگي ساختمان خاک

تصوير4.14. اندازه‌گيري نفوذپذيري با سه تکرار در اطراف هر اشل
همانطور که اشاره شد افت سطح آب در استوانه مرکزي در فواصل زماني 2، 2، 3، 3، 5، 5، 10، 10، 20، 20، 40، 20، 40، 40، 60، 60 دقيقه تا ثابت شدن سرعت نفوذ که در بيشتر موارد تا 6 ساعت به طول مي‌انجامد، ثبت و ميزان نفوذ نهايي طبق معادلات مختلف از جمله معادله کوستياکوف (Kostiakov’s Equation)، معادله اس.سي.اس سازمان حفاظت خاک آمريکا (SCS, Soil Conservation Services) و يا معادله گرين- آمپت (Green-Ampt Equation) محاسبه مي‌شود. به علت گستردگي استفاده از معادله کوستياکوف، در اين تحقيق نيز از معادله کوستياکوف به منظور بدست آوردن ميزان نفوذپذيري استفاده شد که در ادامه راجع به آن توضيحاتي داده شده است.
کوستياکوف (Kostiakov 1932) معادله زير را براي تخمين ميزان نفوذ پيشنهاد کرد:
(4.9)
در اين معادله ميزان نفوذ را در لحظه نشان مي‌دهد. واحد بر حسب اينچ و واحد بر حسب ساعت است.
ضرايب و ثابت‌هاي تجربي معادله مي‌باشند که بستگي به نوع خاک دارند. همچنين ميزان نفوذ تجمعي خاک طبق معادله زير محاسبه مي‌گردد (Williams & Ravi 1998):
(4.10)
براي بدست آوردن ضرايب و، ثابت‌هاي تجربي معادله ابتدا مقادير ميزان نفوذ تجمعي بدست آمده از آزمايش را در برابر زمان بر روي يک دستگاه محور مختصات لگاريتمي ترسيم نموده، در اين حالت خطي مشابه تصوير 4.15 بدست خواهد آمد. روي خط رسم شده دو نقطه را در ابتدا (A) و در انتهاي آن (B) اختيار نموده و مختصات آن دو را مشخص مي‌نماييم. حال مختصات اين دو نقطه را در معادله (4.9) قرار داده و دو معادله بدست آمده را بر هم تقسيم نموده تا از آنجا بدست آيد. سپس مقدار را در يکي از معادلات بدست آمده گذاشته و مقدار را محاسبه مي‌کنيم.

تصوير4.15. روش بدست‌ آوردن ثابت‌هاي تجربي معادله کوستياکوف
تنها تفاوتي که معادله کوستياکوف با معادله SCS سازمان حفاظت خاک آمريکا دارد ضريب سوم c است که در معادله SCS وجود دارد. سازمان حفاظت خاک آمريکا معادله زير را براي تخمين ميزان نفوذ پيشنهاد کرد:
(4.11)
که ضرايب ،و در آن به نوع خاک و پوشش گياهي منطقه بستگي دارد. روش بدست آوردن اين ضرايب مشابه معادله کوستياکوف مي‌باشد با اين تفاوت که بعد از انتخاب دو نقطه بايد ميانگين هندسي t1 و t2 دو نقطه را به کمک رابطه زير محاسبه نموده و به ازاي آن i3 را از روي نمودار بدست آورد.

مقدار را نيز از رابطه زير محاسبه نموده و سپس مختصات دو نقطه را به همراه مقدار در معادله (4.11) گذاشته و با تقسيم دو معادله بر هم، ضرايب ورا بدست آورد.

به علت ازدياد داده‌هاي برداشت شده و همچنين براي تسريع در محاسبات و اندازه‌گيري مقادير مختلف نفوذپذيري، از برنامه رايانه‌اي تحت برنامه‌نويسي بيسيک (Quick Basic Programming) البته در محيط داس (Dos Operating System) به نام Infiltration استفاده شد.
جهت سهولت کار، آماده‌سازي اطلاعات در اين نرم‌افزار با استفاده از نرم‌افزارهاي جانبي از جمله Microsoft Office Excel 2003 و Surfer 8 انجام مي‌گردد (تصوير4.16).

تصوير4.16. تصويري از محيط نرم‌افزار Infiltration
نرم‌افزار مذکور قادر است مقادير ميزان نفوذپذيري تجمعي، نهايي، متوسط و پايه را بر حسب سانتي‌متر بر ساعت به همراه فرمول مربوطه محاسبه و همچنين نمودار نفوذپذيري را نيز ترسيم نمايد. از جمله مزاياي اين نرم‌افزار ميانگين‌گيري انتخابي از بين مقادير ميزان نفوذپذيري سه تکرار هر اشل مي‌باشد. به عبارت ديگر مي‌توان در مواردي که يکي از تکرارها عدد نامناسبي را نشان داد آن را کنار گذارده و از دو تکرار ديگر ميانگين گرفت.

4.3.2. اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري به روش غير مستقيم در عرصه پخش سيلاب
در روش غير مستقيم اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري به کمک معادلات تجربي و جداول ارائه شده در اين زمينه صورت مي‌پذيرد. مدت زيادي است که مشخص شد ميزان نفوذپذپري خاک به توزيع اندازه ذرات خاک بستگي دارد (Freeze & Cherry 1979). اين ارتباط براي تخمين ميزان نفوذپذيري خاک بسيار حائز اهميت مي‌باشد. در مطالعات زير‌سطحي دانستن ميزان نفوذپذيري خاک براي مدل‌سازي جريان آب در خاک بسيار ضروري مي‌باشد. براي طراحي سيستم زهکشي يک ناحيه و نيز در احداث سدهاي خاکي و خاکريزها ميزان نفوذپذيري، پارامتر مهمي مي‌باشد. علاوه بر آن در ارتباط با مشکلات ژئوتکنيکي از جمله نشت، محاسبات نشست و آناليزهاي پايداري، نقش مهمي دارد (Boadu 2000).
غالباً هيدروژئولوژيست‌ها هميشه به دنبال تکنيک‌هاي قابل اعتمادي براي تعيين ميزان نفوذپذيري آبخوان‌ها به منظور توسعه، مديريت و نگهداري از آبخوان‌ها هستند. براي تعيين مقدار آن، تکنيک‌هاي بسيار متفاوتي ارائه شده است که شامل روش‌هاي صحرايي (آزمايش پمپاژ چاه، آزمايش آوگر و آزمايش ردياب)، روش‌هاي آزمايشگاهي و محاسباتي با استفاده از فرمول‌هاي تجربي مي‌باشد (Todd & Mays 2005). از طرف ديگر تخمين دقيق ميزان نفوذپذيري در صحرا به کمک روش‌هاي صحرايي بدون اطلاع از دانش هندسه آبخوان و مرزهاي هيدروليکي داراي محدوديت مي‌باشد (Uma et al. 1989). از طرفي روش‌هاي صحرايي داراي هزينه‌هاي زياد جهت احداث چاه، امکانات خاص و حمل و نقل وسايل مي‌باشد. از طرف ديگر روش‌هاي آزمايشگاهي نيز در بدست آوردن نمونه‌هاي واقعي که نماينده آن منطقه باشد و نيز وقت‌گير بودن آزمايش‌هاي مربوطه، داراي محدوديت‌هاي مربوط به خود مي‌باشد. به تدريج روش‌هاي تخمين ميزان نفوذپذيري از طريق فرمول‌هاي تجربي بر اساس مشخصه توزيع اندازه ذرات توسعه داده شد و بر اين گونه مشکلات فائق آمد. روش اندازه ذرات در مقايسه با روش‌هاي ديگر ارزانتر بوده و به هندسه آبخوان و مرزهاي هيدروليکي آبخوان وابسته نيست.
مهمتر از همه، اطلاع از خصوصيات بافتي خاک‌ها و يا سنگ که داراي پتانسيلي براي تخمين ميزان نفوذپذيري از توزيع اندازه ذرات است، آسانتر به دست مي‌آيد. اگرچه در هيدرومکانيک بهتر آن است که از خصوصيت قطر حفرات به جاي اندازه ذرات استفاده شود ليکن تعيين ميزان قطر حفرات بسيار دشوار بوده بنابراين اندازه ذرات جانشين آن مي‌گردد (Cripka 2003). در نتيجه دانشمندان ژئوتکنيک در دهه‌هاي اخير سعي در بدست آوردن رابطه‌اي بين ميزان نفوذپذيري و اندازه ذرات داشته‌اند. مطالعات در اين زمينه گسترش يافته ولي اين انطباق به راحتي ميسر نخواهد بود (Pinder & Celia 2006). پژوهش‌هاي زيادي در اين رابطه انجام شد و چندين فرمول بر اساس کار تجربي بدست آمد. اغلب اين معادلات بر پايه پارامترهاي آناليز دانه‌بندي خاک بدست آمده است.
از جمله پارامترهايي که در اين معادلات تجربي مورد استفاده قرار گرفته است، مي‌توان به D10، D30، D50، D60، Cu و Cc خاک (به ترتيب قطر 10 درصد دانه‌ها، قطر 30 درصد دانه‌ها، قطر 50 درصد دانه‌ها، قطر 60 درصد دانه‌ها، ضريب يکنواختي دانه‌ها، ضريب خميدگي دانه‌ها)، درصد رس، درصد ماسه و ميزان تخلخل اشاره نمود. در اين تحقيق ميزان نفوذپذيري علاوه بر روش مستقيم که قبلاً نيز بدان اشاره شد، با استفاده از چندين فرمول تجربي و نيز جدول کلاپ و هومبرگر (Clapp & Homberger 1978) نيز بدست آمد که در ادامه در رابطه با آنها توضيحاتي ارائه شده است.

الف- معادله هازن (Hazen Formula)
(4.12)
هازن (Hazen 1892) فرمول خود را به منظور تعيين ميزان نفوذپذيري خاک ماسه‌اي با دانه‌بندي يکنواخت ارائه داد. اما دامنه آن از ماسه خيلي ريزدانه تا ماسه درشت‌دانه مي‌باشد.
به طوريکه ميزان نفوذپذيري بوده و بر حسب سانتي‌متر بر ثانيه مي‌باشد، ثابت تجربي هازن بوده و بدون بعد مي‌باشد و مقدار آن مطابق جدول 4.1 انتخاب مي‌شود و قطر مؤثر ذرات و بر حسب ميلي‌متر است. در اين تحقيق مقدار با سعي و خطا از جدول 4.1 برابر 40 انتخاب گرديد.
جدول4.1. ارزش‌هاي C براي خاک‌هايي با مشخصات مختلف (هازن 1892)
مشخصه خاک
ارزش‌هاي C
ماسه خيلي دانه‌ريز، جورشدگي ضعيف
80-40
ماسه دانه‌ريز با دانه‌ريزهاي محسوس
80-40
ماسه دانه متوسط، جورشدگي خوب
120-80
ماسه درشت‌دانه، جورشدگي ضعيف
120-80
ماسه درشت‌دانه، جورشدگي خوب، تميز
150-120

لازم به ذکر است که ثابت تجربي هازن معمولاً برابر 100 در نظر گرفته مي‌شود. ولي براي آن دامنه‌هاي زير در کتابهاي درسي ژئوتکنيکي گزارش شده است:
• 41 تا 146: تيلور (Taylor 1948, p. 112)،
•100 تا 150: لئوناردس (Leonards 1962, p. 119)،
• 100 تا 1000: منصور و کوفمن (Mansur & Kaufman 1962, p. 260-261)،
• 100 تا 150: ترزاقي و پک (Terzaghi & Peck 1964, p. 44)،
• 90 تا 120: سدرگرن (Cedergren 1967, p. 42)،
• 1 تا 42: لمب و ويتمن (Lambe & Whitman 1969, p. 290)،
• 40 تا 120: هولتز و کوواکس (Holtz & Kovacs 1981, pp. 209-212)،
• 50 تا 200: ترزاقي و همکاران (Terzaghi et al. 1996, pp. 73-74)،
• 100 تا 150 داس (Das 1997, p. 153)،
• 80 تا 120: کدوتو (Coduto 1999, pp. 226-227).
ملاحظه مي‌شود که دامنه‌اي بين 1 تا 1000 دارد. همچنين کاربرد فرمول هازن نيز براي اندازه مؤثر ذرات بين 01/0 و 3/0 سانتي‌متر محدود شده است (Hazen 1892, 1911; Holtz & Kovacs 1981; Coduto 1999).

ب- معادله شفرد (Shepherd Formula)
(4.13)
شفرد (Shepherd 1989) نيز فرمول کلي خود را بر اساس هجده مطالعه‌اي که به منظور تعيين ميزان نفوذپذيري بر اساس توزيع اندازه ذرات بود، ارائه نمود. در اين فرمول ميزان نفوذپذيري بوده و بر حسب فوت بر روز بدست مي‌آيد، و ثابت‌هاي تجربي شفرد بوده و بدون بعد مي‌باشند و قطر متوسط ذرات و يا به عبارت ديگر قطر 50 درصد ذرات عبوري بوده و بر حسب ميلي‌متر است. با داشتن مقدار و نيز نوع ته‌نشست (رسوب) که بر روي تصوير 4.17 مشخص گرديده است، معادله شفرد و از آنجا مقادير و ثابت‌هاي تجربي شفرد (بدون بعد) و بر روي محور ديگر نمودار مقدارمشخص خواهد شد.
در اين تحقيق به علت اينکه نوع رسوبات آبرفتي و جوان و داراي بافتي نارس بود بر اين اساس مقدار برابر 20 و مقدار برابر 5/1 با سعي و خطا انتخاب شد.

تصوير4.17. ارتباط ميزان نفوذپذيري با اندازه متوسط ذرات (اقتباس از شفرد 1989)

ج- معادله بي‌ير (Beyer Formula)
(4.14)
بي‌ير (Beyer 1964) نيز در سال 1964 فرمول تجربي ديگري براي انطباق بين ميزان نفوذپذيري و اندازه ذرات ارائه داد (Vukovic & Soro 1992). فرمول بي‌ير براي موادي با توزيع ناهمگن(Heterogeneous) و دانه‌هاي با جورشدگي ضعيف و ضريب يکنواختي بين 1 تا 20 و اندازه مؤثر ذرات بين 06/0 تا 6/0 ميلي‌متر به خوبي جواب مي‌دهد.
در معادله بي‌يرميزان نفوذپذيري بوده و بر حسب متر بر ثانيه بيان مي‌شود، اندازه مؤثر ذرات و بر حسب ميلي‌متر و ضريب يکنواختي دانه‌هاي خاک و بدون بعد است که طبق معادله زير محاسبه مي‌گردد.
(4.15)
که در آن قطر 60 درصد ذرات عبوري و بر حسب ميلي‌متر مي‌باشد.

د- معادله کوژني-کارمن (Kozeny-Carman Formula)
(4.16)
معادله کوژني-کارمن يکي از معادلاتي است که در عرصه جهاني پذيرفته شده و کاربرد آن استنتاج ميزان نفوذپذيري از مشخصه‌هاي خاک مي‌باشد. اين معادله ابتدا توسط کوژني (Kozeny 1927) پيشنهاد و سپس توسط کارمن (Carman 1937, 1956) اصلاح شد و به نام معادله کوژني-کارمن شهرت يافت. اين معادله براي خاک‌هاي با اندازه مؤثر ذرات بيشتر از 3 ميلي‌متر يا براي خا‌ک‌هاي رسي بسيار مناسب مي‌باشد (Carrier 2003).
در اين معادلهميزان نفوذپذيري بوده و بر حسب متر بر ثانيه بيان مي‌شود، دانسيته آب و بر حسب کيلوگرم بر مترمکعب، شتاب ثقل و بر حسب کيلو نيوتن بر مترمکعب، ويسکوزيته ديناميکي (Dynamic Viscosity) يا ويسکوزيته مطلق آب و بر حسب کيلوگرم بر متر در ثانيه بوده، تخلخل (Porosity) بدون بعد و اندازه مؤثر ذرات بر حسب متر مي‌باشد.
در اين تحقيق مقادير برخي از پارامترهاي مذکور به شرح زير مي‌باشد.
مقدار دانسيته آب برابر، شتاب ثقل برابر و ويسکوزيته آب در دماي 20 درجه سانتي‌گراد زمان آزمايش برابر 1 سانتي‌پوآز (cP) مي‌باشد. Pa مخفف پاسکال بوده و تبديل واحد آن به شرح زير است.

در نتيجه مقدار ثابت معادلهدر اين گزارش برابر شد.

ه- معادله دين و پوکت (Dane and Puckett Formula)
(4.17)
دين و پوکت (Dane & Puckett 1992) کار پوکت و همکارانش (Puckett et al. 1985) را با داده‌هاي زيادتري از دشت آلاباما (Alabama) توسعه دادند و در معادله قبلي پوکت تغييراتي ايجاد نموده و معادله فوق را ارائه نمودند. در اين معادلهميزان نفوذپذيري بوده و بر حسب سانتي‌متر بر ثانيه بيان مي‌شود، درصد رس موجود در خاک بوده و تابع نمايي مي‌باشد.

و- معادله رالز و براکن‌سي‌يک (Rawls and Brakensiek Formula)
(4.18)

رالز و براکن‌سي‌يک (Rawls & Brakensiek 1989) داده‌هاي صحرايي حاصل از 1323 نمونه خاک در عرض ايلات متحده را مورد مطالعه قرار داده و معادله رگرسيوني (Regression Equation) که وابسته به تخلخل، درصد ماسه و درصد رس بود را ارائه نمودند.
در معادله فوقميزان نفوذپذيري بوده و بر حسب سانتي‌متر بر ثانيه بيان مي‌شود، درصد رس موجود در خاک ، درصد ماسه موجود در خاک، تخلخل خاک و تابع نمايي مي‌باشد.

ز- معادله ووکويک و سورو (Vukovic and Soro Formula)
ووکويک و سورو (Vukovic & Soro 1992) ميزان نفوذپذيري يک خاک معين را با استفاده از فرمول‌هاي تجربي مختلف ارائه شده بدست آوردند و مشاهده نمودند که نتايج مختلفي براي ميزان نفوذپذيري آن خاک بدست مي‌آيد به طوري که بين فرمول‌هاي مختلف ضريبي متغير بين 10 تا 20 وجود دارد. بر اين اساس ووکويک و سورو به کمک پارامترهاي شتاب ثقل، ويسکوزيته سينماتيک (Kinematic Viscosity) آب، ضريب جورشدگي خاک، ميزان تخلخل خاک و قطر مؤثر ذرات خاک تغييراتي را در هر کدام از فرمول‌هاي تجربي به شرح زير وارد نمودند و مشاهده کردند که با اين تغييرات، نتايج حاصله کاملاً نزديک به يکديگر و رضايت بخش است.
1- معادله اصلاحي هازن (Hazen)
(4.19)
2- معادله اصلاحي کوژني-کارمن (Kozeny-Carman)
(4.20)
3- معادله اصلاحي بي‌ير (Beyer)
(4.21)
4- معادله اصلاحي اسليتچر (Slitcher)
(4.22)
5- معادله اصلاحي ترزاقي (Terzaghi)
(4.23)
در معادلات بالاميزان نفوذپذيري خاک و بر حسب متر بر ثانيه، شتاب ثقل و بر حسب متر بر مجذور ثانيه، ويسکوزيته سينماتيک آب و بر حسب مترمربع بر ثانيه، ضريب جورشدگي خاک و بدون بعد، ميزان تخلخل خاک و بدون بعد و قطر مؤثر ذرات خاک و بر حسب متر مي‌باشد. لازم به ذکر است که مقدار ويسکوزيته سينماتيک آب از معادله زير محاسبه مي‌شود که در رابطه با دانسيته آب و ويسکوزيته ديناميک در قسمت قبل از آن بحث شد.
(4.24)
ضريب جورشدگي خاک که در معادله ترزاقي مورد استفاده قرار گرفته و در دامنه قرار مي‌گيرد. در اين مطالعه ميزان آن برابر باانتخاب شد. فرمول ترزاقي اغلب براي ماسه‌هاي درشت‌دانه کاربرد دارد (Cheng & Chen 2007).
مقدار تخلخل نيز از فرمول زير قابل محاسبه است.
(4.25)
که در آن ضريب يکنواختي خاک مي‌باشد.
البته در اين تحقيق ميزان تخلخل خاک بر اساس نمونه‌برداري از خاک و استفاده از روابط فازي خاک اندازه‌گيري شد که با استفاده از فرمول ذکر شده نيز نتايجي مشابه بدست آمد. در ادامه توضيحاتي در اربطه با نحوه اندازه‌گيري ميزان تخلخل خاک ارائه شده است.

4.4. روش اندازه‌گيري ميزان تخلخل خاک در عرصه پخش سيلاب
براي اندازه‌گيري ميزان تخلخل خاک ابتدا نياز به اندازه‌گيري جرم مخصوص خاک بود که از روشي صحرايي تقريباً مشابه روش بالن لاستيکي استفاده شد. بدين ترتيب که ابتدا از محل‌هاي نمونه‌برداري خاک با ايجاد چاله، نمونه برداشت و سپس در محل حفره ايجاد شده نايلوني نازک قرار داده شد، سپس حفره مربوطه را با آب پر نموده و ميزان حجم آب اندازه‌گيري شد و بدين طريق حجم حفره بدست آمد. نمونه‌هاي برداشت شده به آزمايشگاه منتقل و توزين شده و در گرمخانه (Oven) با درجه حرارت ثابت 105 درجه ‌سانتي‌گراد طي 24 ساعت خشک شدند. سپس به کمک روابط فازي خاک که در ادامه بدان اشاره شده است، ميزان تخلخل خاک بدست آمد.
(4.26) دانسيته خاک بر حسب گرم بر متر مکعب
(4.27) جرم آب بر حسب گرم
(4.28) درصد رطوبت خاک
(4.29) حجم آب بر حسب متر مکعب
(4.30) حجم ذرات خاک (جامدات) بر حسب متر مکعب
(4.31) حجم فضاهاي خالي خاک بر حسب متر مکعب
(4.32) نسبت پوکي
(4.33) تخلخل
در فرمول‌هاي فوق جرم نمونه اوليه خاک بر حسب گرم، جرم نمونه بعد از خشک شدن در گرمخانه و بر حسب گرم،دانسيته آب و برابر گرم بر متر مکعب، حجم کل بر حسب متر مکعب مي‌باشد.
4.5. تعيين محل‌هاي نمونه‌برداري و اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري
به منظور تفسير هر چه بهتر و دقيق‌تر تغييرات ميزان نفوذپذيري خاک، همچنين داشتن موقعيت مکاني محل‌هاي اندازه‌گيري نفوذپذيري و نمونه‌برداري خاک نياز به تهيه يک پلان کاملي از شبکه‌هاي پخش سيلاب بود. پس از تهيه پلان کامل عرصه‌هاي پخش سيلاب (تصوير4.18)، نمونه‌برداري‌هاي خاک و اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري در داخل عرصه پخش سيلاب و نيز دو عرصه شاهد، با دقت و از محل‌هاي يکسان و در طول زمان‌ برداشت شد تا روند تغييرات به خوبي مشخص گردد. بر اين اساس ابتدا براي کسب نتيجه دقيق‌تر و واقعي‌تر ميزان نفوذپذيري در عرصه شاهد، دو عرصه شاهد در جناحين شرقي و غربي عرصه پخش سيلاب انتخاب گرديد. به دليل اين که شيب عرصه پخش سيلاب روند شمال‌شرقي-جنوب‌غربي دارد بنابراين دو عرصه شاهد يکي در بخش شمال‌شرقي و ديگري در بخش جنوب‌غربي انتخاب شد. از جمله خصوصياتي که در انتخاب اين دو عرصه شاهد دخالت داشتند، مي‌توان به موارد ذيل اشاره نمود:
1- قرار گرفتن در محدوده کاملاً خارج از عرصه پخش سيل.
2- داشتن حداقل فاصله ممکن به عرصه پخش سيل.
3- دارا بودن شيب يکنواخت.
4- دانه‌بندي مشابه با خاک داخل عرصه پخش.
5- به دور از موانع طبيعي و امکان آب‌گرفتگي طبيعي به نحوي که جريان آب قادر به حرکت طبيعي به روي آن را داشته باشد.
6- دارا بودن تراکم پوشش گياهي مشابه عرصه پخش سيل.

تصوير4.18. پلان کامل پخش سيلاب پسکوه با موقعيت محل‌هاي اندازه‌گيري
جهت سهولت کار در آناليزها، شاهد شرقي تحت عنوان A-E (Eastern Archetype) و شاهد غربي تحت عنوان A-W (Western Archetype) ناميده شد. از آنجايي که رودخانه روتک فصلي مي‌باشد و مخصوصاً در خشکسالي‌هاي اخير که بجز چند مرحله سيل‌گيري، در بيشتر طول سال خشک بوده است بنابراين انتخاب محل‌هاي نمونه‌برداري در عرصه پخش سيلاب بايد به طريقي انجام مي‌گرفت که بتوان از همين تعداد اندک سيل‌گيري نهايت بهره را جست.
در اين راستا به منظور بررسي روند تغييرات در حد فاصل نهرهاي گسترش سيلاب، 3 نوار اول (تصوير4.19)، که در تمام آبگيري‌هاي رودخانه روتک، سيل‌گيري مي‌شوند، به عنوان محل‌هاي نمونه‌برداري خاک و اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري انتخاب ‌گرديد. علامت مشخصه اين سه نوار يا تکرار تحت عنوان R مشخص شدند بنابراين نوار اول R1، نوار دوم R2 و نوار سوم R3 ناميده ‌شد.

تصوير4.19. موقعيت محل‌هاي نمونه‌برداري خاک و اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري (سه نوار تکرار)
از آنجايي‌‌که تهيه نقشه نفوذپذيري در اين طرح رکن اصلي روش کار را تشکيل مي‌داد بنابراين با استفاده از شبکه‌بندي نوارها (Grid Sampling) مبادرت به اندازه‌گيري نفوذپذيري ‌شد. بدين منظور طول هر نوار به سه قسمت (قطعه) مساوي تقسيم ‌شد. علامت مشخصه مستطيل‌ها در نوار اول با A، در نوار دوم با B و در نوار سوم با C مشخص ‌گرديد. بنابراين نوار اول داراي سه مستطيل به ترتيب از چپ به راست A1، A2 و A3، نوار دوم نيز شامل B1 ، B2 و B3 و نوار سوم شامل C1، C2 و C3 شدند (تصوير4.20).

تصوير4.20. سه مستطيل تهيه شده در نوار دوم به منظور اندازه‌گيري نفوذپذيري خاک
نفوذپذيري در اطراف سه اشل محوري نصب شده در هر شبکه مستطيل شکل به نام‌هاي S1، S2 و S3 اندازه‌گيري ‌شد. يکي از اشل‌ها در محل تلاقي قطر مستطيل‌ها و دو اشل ديگر در فاصله يک سوم قاعده هر مثلث نصب گرديد (تصوير4.21). با توجه به اينکه شبکه‌ها در محل پخش سيلاب دقيقاً مستطيل شکل نيستند و داراي انحنا هستند لذا حدالامکان سعي شد که اين نظم در تمامي مستطيل‌ها به همين شيوه اجرا گردد (تصوير4.22). سپس دايره‌اي به شعاع 4 متر و به مرکز اشل ترسيم شد. نقاط اندازه‌گيري نفوذ در دوره اول بر روي محيط دايره و مطابق شکل4-5 انتخاب ‌شدند. با انتخاب نقطه اول (P1) برروي محيط دايره ترسيمي، نقاط يا تکرارهاي دوم و سوم (P3,P2) با زاويه 45 درجه نسبت به آن انتخاب ‌گرديدند. با توجه به احتمال تغيير ساختمان خاک در موقع اندازه‌گيري نفوذ، در دوره بعد نيز نقاط اندازه‌گيري نفوذ با 180 درجه تغيير نسبت به نقاط دوره ما قبل آن تعيين ‌شدند. بنابراين نقاط اندازه‌گيري در هيچ دوره روي همديگر قرار نگرفتند.

تصوير4.21. نماي شماتيک محل‌هاي اندازه‌گيري نفوذپذيري در شبکه مستطيل شکل

تصوير4.22. مستطيل تهيه شده به منظور اندازه‌گيري نفوذپذيري خاک

بديهي است نفوذپذيري در اطراف سه اشل محوري نصب شده در شبکه مستطيل شکل با سه تکرار در اطراف هر اشل، اندازه‌گيري ‌شد (تصوير4.23). بنابراين در هر شبکه مستطيل شکل، 9 تکرار اندازه‌گيري نفوذ به عمل آمد و در نهايت ميانگين نفوذپذيري هر مستطيل محاسبه ‌شد.

تصوير4.23. اندازه‌گيري نفوذپذيري با سه تکرار در اطراف هر اشل

در عرصه‌هاي شاهد نيز با نصب يک اشل در هر عرصه و اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري با سه تکرار در حول هر اشل به روشي مشابه با اندازه‌گيري در عرصه‌هاي پخش، مبادرت به اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري شد.
همچنين نمونه‌برداري از خاک به تعداد يک پروفيل در اطراف هر اشل انجام پذيرفت سپس سه نمونه تهيه شده در هر مستطيل با هم ترکيب و براي انجام آناليز دانه‌بندي روانه آزمايشگاه ‌گرديد. نهايتاً براي هر شبکه مستطيل شکل يک ميانگين نفوذپذيري و يک منحني دانه‌بندي به دست آمد. در ادامه به منظور سهولت کار از علائم مشخصه‌اي که نام برده شد، استفاده خواهد شد. به عنوان مثال علامتR2B3S1 نشان دهنده اشل شماره يک S1 در مستطيل سوم B3 از نوار يا تکرار دوم R2 مي‌باشد.

4.6. زمان‌ نمونه‌برداري خاک و اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري
از نظر بعد زماني مي‌بايست هر دو دوره نمونه‌برداري خاک و اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري در يک فصل معين و مشخصي که خاک شرايط رطوبت و درجه حرارت تقريباً يکساني دارد، برداشت‌ها به عمل آيد. البته مشروط بر اينکه در اين فاصله زماني، پخش سيلاب حداقل دو مرحله سيل‌گيري شده باشد و عمل پخش سيل انجام گرفته باشد. بر اين اساس در اين تحقيق اولين دوره نمونه‌برداري خاک و اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري در تاريخ 10/08/1385 و دومين دوره در تاريخ 05/08/1386 انجام گرديد. تعداد سيل‌گيري‌هايي که در اين فاصله زماني در پخش سيلاب بر آبخوان پسکوه رخ داد به تعداد پنج مورد و در تاريخ‌‌هاي12/09/1385، 04/11/1385، 19/11/1385، 10/03/1386 و 17/03/1386 به وقوع پيوست.

4.7. آناليز داده‌هاي جمع‌آوري شده
با توجه به تفاوت در حجم و ميزان گل‌آلودگي سيلاب ورودي به هر نوار و وجود احتمال اختلاف مقادير نفوذپذيري‌هاي به دست آمده خاک در هر يک از نوارهاي شبکه پخش سيلاب، روشي براي آناليز داده‌ها بايد مورد استفاده قرار گيرد که بتوان به کمک آن روند تغييرات ميزان نفوذپذيري عرصه پخش سيلاب را در پنج مرحله ذيل مورد مقايسه قرار داد:
1- مقايسه مقادير بدست آمده ميزان نفوذپذيري عرصه پخش سيل با دو زمين شاهد در اولين دوره برداشت.
2- مقايسه مقادير بدست آمده ميزان نفوذپذيري عرصه پخش سيل با دو زمين شاهد در دومين دوره برداشت.
3- مقايسه مقادير بدست آمده ميزان نفوذپذيري عرصه پخش سيل در دو دوره برداشت با يکديگر.
4- مقايسه مقادير بدست آمده ميزان نفوذپذيري عرصه‌ شاهد غربي در دو دوره برداشت با يکديگر.
5- مقايسه مقادير بدست آمده ميزان نفوذپذيري عرصه شاهد شرقي در دو دوره برداشت با يکديگر.
به عبارت ديگر مقايسه از دو بعد زماني و مکاني مورد تفسير قرار گيرد. لذا بدين منظور در اين تحقيق، جهت تجزيه و تحليل هر چه بهتر داده‌ها از دو روش آزمون‌هاي آماري مناسب و نيز روش تهيه نقشه‌هاي نفوذپذيري خاک در طول دو دوره و مقايسه آنها با يکديگر استفاده شد و نتايج به دست آمده از دو روش نيز مورد مقايسه قرار گرفتند.

4.7.1. تجزيه و تحليل آماري داده‌ها (Statistical Data Analysis)
به منظور تجزيه و تحليل آماري داده‌ها از نرم‌افزار آماريSigmaStat نسخه 3.5 ارائه شده توسط شرکت نرم‌افزاري Systat استفاده شد (تصوير4.24). تجزيه واريانس براي داده‌هاي برداشت شده با استفاده از روش دو عامل تجزيه واريانس (Two Way ANOVA) و گروه‌بندي ميانگين تيمارهاي آزمايشي با استفاده از آزمون آماري دانکن (Duncan’s Method) در سطح احتمال 5 درصد انجام گرفت. براي تعيين نرمال بودن داده‌ها از آزمون فاصله کولموگروو-اسميرنوو (Kolmogorov-Smirnov distance) استفاده شد. فاصله کولموگروو-اسميرنوو ماکزيمم فاصله تجمعي بين هيستوگرام داده‌ها و منحني توزيع گوسين (Gaussian) داده‌ها است. در اين آزمون چنانچه ارزش P به دست آمده براي داده‌ها بيشتر از P در نظر گرفته شده براي انجام آزمون‌هاي آماري باشد (در اينجا سطح احتمال پنج درصدP=0.05 )، داده‌ها نرمال هستند در غير اين صورت داده‌ها نرمال نيستند.
در مورد داده‌هايي که داراي توزيع نرمال نبودند از تبديل رنکينگ (Rank Transform) براي نرمال نمودن آنها استفاده شده است. عمل رنکينگ تمامي ارزش‌ها از کوچکترين تا بزرگترين ارزش را در نظر مي‌گيرد و ارزش‌هاي برابر را در يک بسته (Tied) قرار مي‌دهد و يک درجه ميانگيني را به آن بسته نسبت مي‌دهد. براي نرمال نمودن داده‌ها زماني که از روش دو عامل تجزيه واريانس يا Two Way ANOVA استفاده مي‌شود، عمل رنکينگ مفيد خواهد بود.

تصوير4.24. تصويري از محيط نرم‌افزار SigmaStat نسخه 3.5
نرم‌افزار مذکور به صورت خودکار عمل نرمال را قبل از انجام آزمون آماري انجام داده و در صورتي‌که ارزش‌ها داراي توزيع نرمال نباشند، اخطاري را مبني بر نياز به عمل نرمال کردن داده‌ها مي‌دهد. روش دو عامل تجزيه واريانس يا Two Way ANOVA زماني مورد استفاده قرار مي‌گيرد که ما بخواهيم اثر متقابل دو عامل مختلف را بر دو يا بيشتر گروه‌هاي آزمايشي مختلف، مورد سنجش قرار دهيم (Kent 1984).
از آنجايي که در اين تحقيق سعي بر آن است که تحليل آماري از دو بعد زماني و مکاني به‌ صورت مجزا بر روي داده‌ها صورت پذيرد، بر اين اساس از بعد مکاني تمامي مستطيل‌هاي تکرارها به عنوان بلوک‌هاي آزمايش و از نظر زماني، دوره‌هاي نمونه‌برداري که در اين تحقيق دو دوره (سيکل) مي‌باشد به عنوان تيمارهاي آزمايش تلقي مي‌گردند. در اين صورت روند تغييرات ميزان نفوذپذيري خاک هم بين نوارهاي تکرار و هم بين دو دوره برداشت مورد مقايسه قرار خواهند گرفت.
4.7.2. تجزيه و تحليل نقشه‌اي داده‌ها (Mapping Data Analysis)
در تحليل نقشه‌اي شيوه کار بدين طريق است که بر اساس ميزان نفوذپذيري اندازه‌گيري شده در هر نقطه با طول و عرض جغرافيايي مشخص، نقشه‌اي تحت عنوان نقشه نفوذپذيري تهيه مي‌شود. در اين شيوه محل اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري در هر دو دوره برداشت ثابت باقي مي‌ماند. در طول دو دوره برداشت، دو نقشه نفوذپذيري از محل پخش سيلاب برداشت مي‌شود آنگاه نقشه‌هاي حاصله به شيوه‌اي که در ادامه بدان اشاره شده است، مورد مقايسه قرار خواهند گرفت (Kwicklis et al. 2005).
از آنجايي که عرصه پخش سيل قبل از انجام اين تحقيق (برداشت دوره اول ميزان نفوذپذيري) سيل‌گيري کرده است و اين که مقايسه در اين روش به مساحت تعميم داده مي‌شود لذا محدوديتي در اين روش وجود خواهد داشت و آن، فقط امکان مقايسه مقادير بدست آمده ميزان نفوذپذيري عرصه پخش سيل در دو دوره برداشت با يکديگر است. چنانچه عمل پخش سيل قبل از برداشت دوره اول ميزان نفوذپذيري، رخ نداده بود، محدوه عرصه پخش سيل را مي‌توان به عنوان شاهد انتخاب نمود ولي به دليلي که ذکر شد و نيز اينکه امکان انتخاب عرصه شاهدي به همان وسعت عرصه پخش در جوار پخش سيلاب وجود ندارد لذا در تحليل نقشه‌اي تنها امکان مقايسه مقادير بدست آمده ميزان نفوذپذيري عرصه پخش سيل در دو دوره برداشت با يکديگر امکان‌پذير خواهد بود. در ادامه توضيحاتي راجع به چگونگي مقايسه دو نقشه آمده است.
همانطور که مي‌دانيد براي تهيه يک نقشه به سه پارامتر طول و عرض جغرافيايي و يک پارامتر سوم ديگري براي تعيين حجم نياز مي‌باشد. حال مي‌توان نقشه‌اي را بر اساس آن متغير ترسيم نمود. نقشه مذکور يک نقشه موضوعي به عنوان مثال در اين تحقيق نقشه موضوعي نفوذپذيري خواهد بود. با ترسيم دو نقشه نفوذپذيري در دو دوره برداشت و تعيين نسبت حجمي آن متغير (نفوذپذيري) در طول دو دوره مي‌توان روند تغييرات حاصل شده را با تعميم دادن به مساحت عرصه پخش سيلاب محاسبه نمود. در ادامه توضيحاتي راجع به چگونگي محاسبه نسبت حجمي نفوذپذيري ارائه شده است.
فرض کنيد در دوره اول نمونه‌برداري از يک محل ثابت با مساحت مساوي، برداشت ميزان نفوذپذيري به عمل آمده و نقشه آن ترسيم و حجم آن مطابق مکعب A به دست آمده باشد (تصوير4.25).
مکعب A حجمي برابر 1m×1m×1x=1m2x دارد. در دوره دوم نمونه‌برداري از همان نقطه نيز فرض کنيد حجم به دست‌ آمده برابر مکعب B باشد. مکعب B حجمي برابر 1m×1m×2x=2m2x دارد. لازم به ذکر است واحدهاي طول و عرض جغرافيايي الزاماً بايد يکسان باشند. در اين مثال واحد طول و عرض جغرافيايي بر حسب متر مي‌باشد و واحد بعد سوم (x) واحد متغير است که بايد در دو مکعب واحد آن يکسان باشد.

تصوير4.25. نماي شماتيک از نسبت‌هاي حجمي

حال نسبت حجمي اين دو مکعب برابر خواهد بود با:

يعني اينکه حجم مکعب B دو برابر حجم مکعب A مي‌باشد. اين مثال بيانگر اين است که واحد نفوذپذيري (سانتي‌متر بر ساعت) و واحدهاي طول و عرض جغرافيايي در نسبت‌هاي حجمي تأثيري ندارد و در واقع تنها ملاک، عدد نفوذپذيري مي‌باشد. باز به اين نکته اشاره مي‌شود که واحدهاي طول و عرض جغرافيايي الزاماً بايد يکسان باشند. بنابراين از اين ويژگي مي‌توان در تعيين ميزان تغييرات نسبت حجمي هر نوع پارامتري استفاده نمود.
به عنوان مثال اگر ميزان نفوذپذيري خاک در دوره اول برابر 1 سانتي‌متر بر ساعت و در دوره دوم برابر 2 سانتي‌متر بر ساعت اندازه‌گيري شده باشد مکعب‌هاي حاصله مطابق تصوير4.26 خواهند بود. در اين مثال نيز واحد طول و عرض جغرافيايي بر حسب متر مي‌باشد.

تصوير4.26. نماي شماتيک از نسبت‌هاي حجمي ميزان نفوذپذيري
و خواهيم داشت:

در اين تحقيق به منظور تهيه نقشه‌هاي موضوعي در مبحث تحليل نقشه‌اي از نرم‌افزار RockWorks14 نسخه 2008.4.3 ارائه شده توسط شرکت نرم‌افزاري RockWare توليد کننده انواع نرم‌افزارهاي زمين‌شناسي استفاده شد (تصوير4.27). حجم‌سنجي (Volumetric) ميزان متغير مورد نظر (نفوذپذيري) توسط اين نرم‌افزار به صورت هوشمندانه انجام مي‌شود.

تصوير4.27. تصويري از محيط نرم‌افزار RockWorks14 نسخه 2008.4.3
مختصات (طول‌ها و عرض‌هاي جغرافيايي) برداشت‌ شده تمامي محل‌هاي اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري توسط دوربين نقشه‌برداري به همراه مقادير به دست آمده ميزان نفوذپذيري، از طريق صفحه‌داده يا صفحه‌گسترده (Datasheet or Spreadsheet) وارد نرم‌افزار شده و سپس با استفاده از شيوه‌هاي مختلف شبکه‌بندي (Gridding Methods) موجود در بانک اطلاعاتي اين نرم‌افزار، نقشه موضوعي مورد نظر ترسيم مي‌شود. در اين تحقيق از شبکه‌بندي عکس فاصله (Inverse-Distance Gridding) استفاده شد. اين نوع شبکه‌بندي از معمول‌ترين روش‌هاي شبکه‌بندي مي‌باشد.
در اين روش، ارزش در نظر گرفته شده براي يک گره‌شبکه (Grid Node) برابر ميانگين وزني تمامي نقاط همسايه مي‌باشد. ارزش وزني هر يک از نقاط برابر عکس فاصله آن از گره‌شبکه مي‌باشد. از مزاياي اين روش توليد يک شبکه‌بندي هموار، متوالي و بدون اغراق در ماوراي نقاط بدون داده مي‌باشد (RockWorks Software Help).
در نهايت بعد از ترسم نقشه‌هاي نفوذپذيري در دو دوره برداشت مي‌توان با به دست آوردن نسبت حجمي که بدان اشاره شد روند تغييرات نفوذپذيري را در طول دو دوره به دست آورد. از محاسن شيوه تحليل نقشه‌اي مي‌توان به اين نکته اشاره نمود که در اين شيوه نفوذپذيري به مساحت تعميم داده مي‌شود و مي‌توان به سهولت تغييرات حاصل شده در طول فاصله زماني دو دوره را از روي نقشه در تمامي نقاط عرصه پخش مشاهده نمود و مورد تفسير قرار داد.

4.8. روش‌هاي آناليز دانه‌بندي خاک و ترسيم منحني دانه‌بندي
همانطور که مي‌دانيد خاصيت نفوذپذيري مستقيماً تابع دانه‌بندي خاک مي‌باشد ولي ساير خصوصيات فيزيکي خاک با آن رابطه مستقيمي ندارند. بنابراين با به دست آوردن منحني‌هاي دانه‌بندي خاک و تعيين رابطه بين نفوذپذيري و پارامترهاي دانه‌بندي از جمله D10، D30، D60، Cu و Cc – به ترتيب قطر 10 درصد دانه‌ها، قطر 30 درصد دانه‌ها، قطر 60 درصد دانه‌ها، ضريب يکنواختي دانه‌ها (Coefficient of Uniformity) و ضريب خميدگي دانه‌ها (Coefficient of Concavity) مي‌توان تجزيه و تحليل روند تغييرات حاصل شده ميزان نفوذپذيري در داخل عرصه‌هاي پخش را آسان‌تر نمود و با معادله به دست آمده، ميزان نفوذپذيري را براي هر کجاي پخش سيلاب با انجام يک آناليز دانه‌بندي تخمين زد. منظور از دانه‌بندي، تجزيه خاک به قسمت‌هايي با اندازه‌هاي مختلف است که هر قسمت به صورت درصدي از ذرات نسبت به کل نمونه‌ خاک بيان مي‌شود.
از آنجايي‌که اندازه مؤثر ذرات (D10) يا به عبارت ديگر ذرات دانه‌ريز در اين تحقيق نقش مهمي را در ميزان نفوذپذيري خاک دارند بر اين اساس به دست آوردن درصد اين ذرات الزامي مي‌باشد. در اين تحقيق از دانه‌بندي مکانيکي (آزمايش الک) براي تعيين درصد ذرات درشت‌دانه بزرگتر از 075/0 ميلي‌متر (مقدار باقيمانده روي الک نمره 200) و از دانه‌بندي هيدرومتري براي تعيين درصد ذرات ريزدانه کوچکتر از 075/0 ميلي‌متر استفاده شد. به طورکلي آزمايش‌هاي دانه‌بندي بر اساس استاندارد آ.اس.تي.ام- دي 422-63 (ASTM D422-63 1998) انجام شد (تصوير4.28).

تصوير4.28. مجموعه لوازم آزمايشگاهي مورد نياز جهت آناليز دانه‌بندي خاک
به منظور دانه‌بندي مکانيکي خاک، در محل‌هاي نمونه‌برداري که قبلاً ذکر شد پروفيلي به عمق 50 سانتي‌متر زده شد و نمونه‌برداري انجام گرديد. مطابق استاندارد آشتو-تي-248-74 (AASHTO T248-74) وزن مقدار نمونه برداشت شده جهت آناليز معادل 35 کيلوگرم انتخاب شد و علت آن هم به دليل وجود ذرات درشت‌دانه‌اي در حد 100 ميلي‌متر بود.
دانه‌بندي مکانيکي با استفاده از يک سري الک که به ترتيب از درشت به ريز روي يکديگر قرار داده شده‌اند و با حرکت لرزشي مکانيکي يا تکان دادن با دست انجام مي‌پذيرد (تصوير4.29).

تصوير4.29. آزمايش دانه‌بندي الک
به منظور دانه‌بندي هيدرومتري خاک نيز مطابق استاندارد آشتو-تي-11 (AASHTO T11) وزن مقدار نمونه برداشت شده جهت آناليز معادل 150 تا 250 گرم انتخاب شد. در اين آزمايش نوع ماده جداکننده هگزا فسفات سديم و به مقدار 125 سي‌سي و از چگالي‌سنج مدل 152H استفاده شد (تصوير4.30).

تصوير4.30. آزمايش دانه‌بندي هيدرومتري
دانه‌بندي هيدرومتري بر اساس اندازه‌گيري وزن مخصوص يا گرم در ليتر (غلظت) دانه‌هاي خاک معلق در آب مي‌باشد که با گذشت زمان‌، به تدريج که دانه‌ها رسوب مي‌کنند، از وزن مخصوص مايع کاسته مي‌شود.
بنابراين ميزان کاهش وزن مخصوص، مبناي محاسبه مقدار و اندازه ذرات معلق در آب مي‌باشد. طريقه محاسبه بر اساس قانون يا معادله استوکس مي‌باشد که در آن ذرات کروي به شرط آن که قطرشان کوچکتر از 2/0 ميلي‌متر و بزرگتر از 0002/0 ميلي‌متر باشد در يک مايع با لزجت مشخص با سرعت معيني به حالت آزاد سقوط مي‌کنند (افلاکي 1382).
بعد از انجام آزمايش‌هاي دانه‌بندي مکانيکي و هيدرومتري، داده‌هاي برداشت شده به کمک نرم‌افزارWinSieve نسخه1.17 ارائه شده توسط شرکتGAEA Environmental Engineering مورد آناليز قرار گرفتند و نمودارهاي دانه‌بندي ترسيم شد (تصوير4.31).

تصوير4.31. تصويري از محيط نرم‌افزار WinSieve نسخه 1.17
از مهمترين ويژگي‌هاي اين نرم‌افزار مي‌توان به ورودي ساده داده‌هاي حاصله از آزمايش به نرم‌افزار، دارا بودن انواع سيستم‌هاي طبقه‌بندي خاک (Soil Standard Classification Systems)، مشخص نمودن درصد ذرات تشکيل دهنده خاک و محاسبه پارامترهاي دانه‌بندي خاک D10، D30، D60، Cu و Cc اشاره کرد. در اين تحقيق از سيستم طبقه‌بندي استاندارد ونتورث (Wentworth 1922) که به طور گسترده در زمين‌شناسي کاربرد دارد، استفاده شد (معماريان 1381). سيستم طبقه‌بندي استاندارد ونتورث مطابق جدول 4.2 مي‌باشد.
جدول4.2. سيستم طبقه‌بندي استاندارد ونتورث
نام‌هاي ديگر
نام آگرگات
اندازه ذرات
(?) مقياس في

Boulder
> 256 mm
?8

Cobble
64-256 mm
?6 to ?8
Pebble
Very coarse gravel
32-64 mm
?5 to ?6
Pebble
Coarse gravel
16-32 mm
?4 to ?5
Pebble
Medium gravel
8-16 mm
?3 to ?4
Pebble
Fine gravel
4-8 mm
?2 to ?3
Granule
Very fine gravel
2-4 mm
?1 to ?2

Very coarse sand
1-2 mm
0 to ?1

Coarse sand
0.5-1 mm
1 to 0

Medium sand
0.25-0.5 mm
2 to 1

Fine sand
125-250 µm
3 to 2

Very fine sand
62.5-125 µm
4 to 3
Mud
Silt
3.90625-62.5 µm
8 to 4
Mud
Clay
3.90625 µm
8
Mud
Colloid
1 µm
10

4.9. روش تهيه نقشه بافت خاک
به منظور تفسير هر چه بهتر روند تغييرات ميزان نفوذپذيري عرصه‌هاي پخش و تعيين رابطه بين ميزان نفوذپذيري و بافت خاک به نقشه بافت خاک نياز مي‌باشد. بر اين اساس با استفاده از درصدهاي اندازه ذرات رس، سيلت و ماسه به دست آمده در آناليز دانه‌بندي خاک مي‌توان نقشه بافت خاک را ترسيم نمود. بدين منظور با استفاده از نرم‌افزار RockWorks14 که قبلاً نيز بدان اشاره گرديد، نقشه بافت خاک ترسيم شد.
البته شيوه کار در اين قسمت تا حدودي با تهيه نقشه نفوذپذيري متفاوت مي‌باشد. در اين قسمت ابتدا بايد در محل‌هاي نمونه‌برداري نوع بافت خاک مشخص گردد. اين عمل توسط همين نرم‌افزار (RockWorks14) با داشتن مقادير رس، سيلت و ماسه امکان‌پذير است. نرم‌افزار مذکور بر حسب اينکه چه نوع سيستم طبقه‌بندي بافت خاک را انتخاب کرده باشيد نوع بافت خاک را روي دياگرام مثلثي بافت خاک مشخص مي‌سازد.
نوع سيستم طبقه‌بندي بافت خاک انتخاب شده در اين تحقيق بر اساس مثلث بافت خاک سازمان‌ حفاظت خاک آمريکا (U.S. Department of Agriculture Soil Conservation Service) مي‌باشد (Dutro et al. 1999). حال بر اساس تعداد بافت‌هاي خاک به دست آمده بايد عمل کلاس‌بندي انجام گردد به عبارت ديگر بافت‌هاي مشابه در يک کلاس قرار گيرند و يک عدد دلخواه و متفاوت با ديگر کلاس‌ها براي آن منظور گردد. اين عدد نقش همان متغير سوم در ترسيم نقشه که به آن قبلاً نيز اشاره شد را دارد. حال با داشتن طول و عرض جغرافيايي نقاط مانند مراحل قبلي مي‌توان نقشه‌بافت خاک را ترسيم نمود.

4.10. روش تهيه نقشه توپوگرافي و هم‌پتانسيل آب‌هاي زيرزميني عرصه پخش سيلاب
با استفاده از دوربين نقشه‌برداري تئودوليت تي-2 (Theodolite-T2) اطلاعات طول و عرض جغرافياي محل‌هاي نمونه‌برداري و اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري به همراه ارتفاع برداشت شد (تصوير4.32) و به کمک نرم‌افزار RockWorks14 همانند روش‌هاي مشروحه در قسمت‌هاي قبل با توجه به اين که متغير سوم ارتفاع مي‌باشد، نقشه توپوگرافي ترسيم شد.
همچنين براي ترسيم نقشه‌هاي هم پتانسيل آب زيرزميني در دو دوره برداشت، سطح آب در چاه‌هاي مشاهده‌اي موجود در داخل عرصه‌هاي پخش با استفاده از عمق‌سنج الکتريکي اندازه‌گيري شد و نقشه‌هاي هم پتانسيل آب زيرزميني ترسيم گرديد (تصوير4.33).

تصوير4.32. برداشت مختصات نقاط به منظور ترسيم نقشه

تصوير4.33. برداشت سطح ايستايي چاه‌هاي مشاهده‌اي به منظور ترسيم نقشه هم‌پتانسيل آب زيرزميني
4.11. روش تعيين معادله تجربي بين نفوذپذيري با پارامتر‌هاي دانه‌بندي خاک
تعيين معادله بين نفوذپذيري و پارامترهاي دانه‌بندي خاک مستلزم آن است که ابتدا پارامترهاي دانه‌بندي و مقادير نفوذپذيري مشخص شود. سپس نمودار بين آن دو پارامتر ترسيم و معادله منحني ترسيم شده، محاسبه گردد. لازم به ذکر است عمل ترسيم منحني بايد بين ميزان نفوذپذيري و يکي از پارامترهاي دانه‌بندي خاک از جمله D10، D30، D60، Cu و Cc (به ترتيب قطر 10 درصد دانه‌ها، قطر 30 درصد دانه‌ها، قطر 60 درصد دانه‌ها، ضريب يکنواختي دانه‌ها و ضريب خميدگي دانه‌ها) صورت پذيرد. آنگاه بهترين منحني انتخاب و معادله آن محاسبه گردد. در اين تحقيق با توجه به شرايط کاملاً غير يکنواخت دانه‌بندي خاک که دليل آن وجود ذرات بسيار دانه‌ريز در ميان ذرات بسيار دانه‌درشت آبرفت مي‌باشد، از پارامتر ضريب خميدگي دانه‌بندي Cc استفاده شد. از جمله مزاياي انتخاب ضريب خميدگي دانه‌بندي Cc آن است که اين پارامتر مطابق معادله 4.34 به سه پارامتر D10، D30 و D60 بستگي دارد و گستره وسيعي از دانه‌هاي خاک را به خود مربوط مي‌سازد.
(4.34)
همانطور که اشاره شد با توجه به شرايط کاملاً غير يکنواخت دانه‌بندي خاک در پخش سيلاب، منحني‌هاي به دست آمده بين ميزان نفوذپذيري و ضريب خميدگي دانه‌بندي، پيچيده بوده و به سهولت نمي‌توان معادله آن را به دست آورد. بر اين اساس از نرم‌افزار FindGraph نسخه 1.860 ارائه شده توسط شرکت نرم‌افزاري UNIPHIZ Lab استفاده شد (تصوير4.34). اين نرم‌افزار با داشتن بانک اطلاعاتي قوي در زمينه آمار و معادلات گوناگون خطي و غيرخطي از بين نقاط داده شده به نرم‌افزار، مناسب‌ترين منحني (Curve fitting) را ترسيم و معادله آن را محاسبه مي‌نمايد البته لازمه اين عمل امتحان کردن روش‌هاي مختلف آماري از بين معادلات گوناگون موجود در بانک اطلاعاتي نرم‌افزار مي‌باشد.

تصوير4.34. تصويري از محيط نرم‌افزار FindGraph نسخه 1.860

فصل پنجم
نتايج

نتايج
در اين فصل به ترتيب به ارائه نتايج حاصله از اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري، تجزيه و تحليل آماري داده‌هاي نفوذپذيري، تجزيه و تحليل نقشه‌اي داده‌هاي نفوذپذيري، آناليزهاي دانه‌بندي خاک و ارائه نمودارها، دياگرام‌ها و نقشه‌هاي مختلف ترسيم شده در هر دو دوره برداشت و در نهايت به تفسير معادله به دست آمده بين نفوذپذيري و ضريب خميدگي دانه‌بندي حاصله از آناليزهاي دانه‌بندي، پرداخته مي‌شود.
زمان‌ نمونه‌برداري و اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري همچنين زمان‌ وقوع سيل در عرصه‌هاي پخش مطابق جداول 5.1 و 5.2 مي‌باشد. در اين فاصله زماني تعداد سيل‌هايي که به وقوع پيوسته به تعداد 5 مورد مي‌رسد.
جدول5.1. زمان‌ اندازه‌گيري نفوذپذيري و نمونه‌برداري خاک
دوره اندازه‌گيري و نمونه‌برداري
زمان‌ اندازه‌گيري و نمونه‌برداري
اول
10/08/1385
دوم
05/08/1386

جدول5.2. زمان‌ وقوع سيل در محل پخش سيلاب بر آبخوان پسکوه سراوان
رديف
زمان‌ وقوع سيل
1
12/09/1385
2
04/11/1385
3
19/11/1385
4
10/03/1386
5
17/03/1386

5.1. نتايج حاصله از اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري به روش مستقيم در عرصه پخش سيلاب
مقادير نفوذپذيري به دست‌ آمده به روش مستقيم و با استفاده از استوانه‌هاي مضاعف در دو دوره برداشت به شرح جدول 5.3 مي‌باشد. ريز داده‌هاي حاصله از اندازه‌گيري در پيوست 4 درج شده است.

جدول5.3. مقادير نفوذپذيري به دست آمده بر حسب سانتي‌متر بر ساعت در دو دوره برداشت
دوره اول
دوره دوم
محل برداشت
استوانه مضاعف1
استوانه مضاعف2
استوانه مضاعف3
ميانگين انتخابي
استوانه مضاعف1
استوانه مضاعف2
استوانه مضاعف3
ميانگين