طراحی و ارزیابی عملکرد کرت فرسایشی با شیب قابل تنظیم تحت بارش شبیه‌سازی‌شده

نویسنده
استادیار پژوهشی بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات، آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، اهواز، ایران.
10.22034/wmji.2026.2095906.1144
چکیده
کرت‌های فرسایشی ثابت، بررسی کنترل‌شده اثر شیب را محدود می‌کنند. هدف پژوهش، معرفی کرت فرسایشی با شیب قابل تنظیم، ارزیابی کاربرد آن همراه با باران‌ساز دلتالب و مقایسه پاسخ هیدرو رسوبی سه کاربری در آبخیز توشن استان گلستان است. بارش با شدت ۸۰ میلی‌متر بر ساعت به مدت ۳۰ دقیقه روی کرت‌های سوخته کشاورزی، جنگل پهن‌برگ و جنگل سوزنی‌برگ (پنج تکرار برای هر کاربری) اعمال شد؛ ۳۰ درصد تنها شیب اندازه‌گیری‌شده بود و نتایج سایر شیب‌ها صرفاً پاسخ مهندسی وابسته به داده مبنا هستند. زمان شروع رواناب، رواناب و رسوب دوره‌ای، مقادیر کل و زمان رسیدن به ۵۰ درصد پاسخ تجمعی محاسبه شد. برآوردهای مقاوم، بازه اطمینان بوت‌استرپ ۹۵ درصد، آزمون تصادفی‌سازی، اندازه اثر کلیف و تحلیل حذف یک کرت به کار رفت. میانه زمان شروع رواناب در کشاورزی، سوزنی‌برگ و پهن‌برگ به ترتیب 1/15، 3، 4/37 دقیقه بود. میانه رسوب کل نیز به‌ترتیب ۱۱۴، 5/48 و ۶۲ گرم و غلظت رویدادی رسوب 8/99، 3/67 و 5/33 گرم بر لیتر به‌دست آمد؛ این الگوها در تحلیل پایداری حفظ شدند. شواهد کافی برای تفاوت رواناب کل مشاهده نشد. در تحلیل حساسیت مهندسی لنگرشده در شیب ۳۰ درصد، افزایش شیب به ۴۰ درصد با افزایش 23/6 درصدی رسوب، افزایش 4/3 درصدی رواناب و کاهش 6/8 درصدی زمان شروع همراه بود. سامانه، ابزار مناسبی برای آموزش، غربالگری شیب‌های بحرانی و طراحی آزمایش‌های فرسایش است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Design and Performance Evaluation of an Adjustable-Slope Erosion Plot under Simulated Rainfall

نویسنده English

kohzad heidary
Research Assistant Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Department, Khuzestan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Ahvaz, Iran
چکیده English

Fixed-slope erosion plots limit controlled examination of the effects of slope. This study introduced an adjustable-slope erosion plot, evaluated its application with a DeltaLab rainfall simulator, and compared hydrosedimentary responses among three land uses in the Toshan watershed, Golestan Province, Iran. Rainfall at an intensity of 80 mm h⁻¹ was applied for 30 min to burned cropland, broadleaf forest, and coniferous forest plots (five replicates per land use); 30% was the only experimentally measured slope, and results for other slopes represent only baseline-dependent engineering responses. Runoff initiation time, interval runoff and sediment, event totals, and time to reach 50% of the cumulative response were calculated. Robust estimates, 95% bootstrap confidence intervals, randomization tests, Cliff’s delta, and leave-one-plot-out analyses were used. Median runoff initiation times were 1.15, 3.00, and 4.37 min in cropland, coniferous forest, and broadleaf forest, respectively. Median total sediment was 114, 48.5, and 62 g, and event sediment concentrations were 8.99, 3.67, and 5.33 g L⁻¹, respectively; these patterns remained stable in the sensitivity analyses. There was insufficient evidence of differences in total runoff. In an engineering sensitivity analysis anchored at a 30% slope, increasing the slope to 40% was associated with a 23.6% increase in sediment, a 4.3% increase in runoff, and a 6.8% reduction in runoff initiation time. The proposed system is a practical tool for training, screening critical slopes, and designing erosion experiments.

کلیدواژه‌ها English

Adjustable-slope erosion plot
Prescribed fire
Rainfall simulator
Runoff
sediment yield
Soil erosion
Watershed management
1. Ajami, M., Heidari, A., Khormali, F., Gorji, M., and Ayoubi, S. 2016. Environmental factors controlling soil organic carbon storage in loess soils of a subhumid region, northern Iran. Geoderma, 281: 1–10.
2. Boulange, J., Malhat, F., Jaikaew, P., Nanko, K., and Watanabe, H. 2019. Portable rainfall simulator for plot-scale investigation of rainfall-runoff, and transport of sediment and pollutants. International Journal of Sediment Research, 34(1), 38–47..⁠
3. Brucker, C.P., Livneh, B., Butler, C.E., and Rosario-Ortiz, F.L. 2024. A laboratory-scale simulation framework for analysing wildfire hydrologic and water quality effects. International Journal of Wildland Fire, 33, WF23050.
4. Christiansen, J.E. 1942. Irrigation by sprinkling. California Agricultural Experiment Station Bulletin 670, University of California, Berkeley, 124 pp.
5. East, A.E., Logan, J.B., Dow, H.W., Smith, D.P., Iampietro, P., Warrick, J.A., Lorenson, T., Hallas, L., and Kozlowicz, B. 2024. Post-fire sediment yield from a central California watershed: Field measurements and validation of the WEPP model. Earth and Space Science, 11: e2024EA003575.
6. Elliot, W.J. 2024. Runoff and erosion following a prescribed fire on a sagebrush-steppe rangeland in Idaho, USA. Journal of the ASABE, 67(6): 1481–1498.
7. Iserloh, T., Ries, J.B., Arnáez, J., Boix-Fayos, C., Butzen, V., Cerdà, A., Echeverría, M.T., Fernández-Gálvez, J., Fister, W., Geißler, C., Gómez, J.A., Gómez-Macpherson, H., Kuhn, N.J., Lázaro, R., León, F.J., Martínez-Mena, M., Martínez-Murillo, J.F., Marzen, M., Mingorance, M.D., Ortigosa, L., Peters, P., Regüés, D., Ruiz-Sinoga, J.D., Scholten, T., Seeger, M., Solé-Benet, A., Wengel, R., and Wirtz, S. 2013. European small portable rainfall simulators: A comparison of rainfall characteristics. Catena, 110, 100–112.
8. Noske, P.J., Nyman, P., Lane, P.N.J., Rengers, F.K., and Sheridan, G.J. 2024. Changes in soil erosion caused by wildfire: A conceptual biogeographic model. Geomorphology, 459, 109272.
9. Renard, K.G., Foster, G.R., Weesies, G.A., McCool, D.K., and Yoder, D.C. 1997. Predicting soil erosion by water: A guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). USDA Agriculture Handbook No. 703, Washington, DC, 404 pp.
10. Samoil, M., Owens, P.N., Ali, F., and Miller, B. 2026. The effects of soil burn severity and slope steepness on post-wildfire hillslope runoff and soil erosion using a portable rainfall simulator in British Columbia, Canada. Journal of Soils and Sediments, 26, 19.
11. Zemke, J.J. 2017. Set-up and calibration of a portable small scale rainfall simulator for assessing soil erosion processes at interrill scale. Cuadernos de Investigación Geográfica, 43(1), 63–81.