مرجع تخصصی آب و فاضلاب

لوله های زهکشی 

1- تنبوشه هاي رسي يا لوله هاي سفالي : اين لوله ها داراي اندازه هاي مختلفي هستند . معمولا طول آنها بين 30 تا 50 س م ميباشند . تنبوشه هاي رسي معمولا ازخاك رس ساخته شده ومعمولا مقطع آنهابشكل چندضلعي ويابيضوي ويا دايره اي بوده وقطرآنهاممكن است 5 ، 6.5 ، 8 ، 10 ويا 20 س م باشد درنوع مقطع دايره اي شكل معمولا يك طرف لوله حالت جمع شدگي يا تنگتر و طرف ديگركمي بازترياگشادتردرنظر گرفته ميشود ويا مقطع بطورساده يا بوسيله نروماده پهلوي همديگرچيده وباهم ممذوج ميشوند . اين لوله هاتوسط ماشين يا بادست دنبال هم دركانال حفرشده كارگذاري ميشوندوآب ازمحل اتصال آنها واردلوله ميشود . چون لوله هادرهنگام كارگذاشتن بخوبي آببندي نميشوند ، لذادرمحل اتصال آنهافضاي كافي براي عبورآب وجودخواهدداشت . لوله هاي سفالي دربرابراسيد وسولفاتهاي خاك بسيارمقاوم بوده ودرخاك ازبين نميرود .

2- تنبوشه هاي سيماني يا لوله هاي بتني : درصورتي كه تنبوشه هاي سفالي دردسترس نباشدازاين لوله ها كه باقطرمتوسط يا بزرگ كه درحدود 15 الي 40 س م وطول آنهابين 30 تا 50 س م ميباشند، استفاده ميشوند. بزرگترين نقطه ضعف اين تنبوشه ها تاثيرسوء اسيدوسولفات خاك برروي آن است كه منجربه خورده شدن آن ميشودوبدين جهت بايستي ازسيمان ضدسولفات درساختن آنها استفاده نمود . دراين لوله ها نيزآب از محل اتصال دولوله وارد زهكش ميشود. گاهي بدنه لوله داراي سوراخ هايي است كه جريان آب راتسهيل ميكندولي پس از چندي ذرات خاك اين سوراخهارا مسدودميسازند .

3- لوله هاي پلاستيكي : اين لوله ها ازجنس P.E ( پلي اتيلن ) ويا P.V.C ( پلي وينيل كلرايد ) ساخته ميشوند كه نوع P.V.C  بيشتر رايج است . يكي از معايب مهم اينگونه لوله ها شكنندگي آنها دراثرفشارو ترك خوردن درهنگام يخبندان است . بيشترلوله هاي پلاستيكي بصورت موجدارساخته ميشوند اين امرمقاومت بيشتري به لوله ها ميدهدتافشارهاي زيادتري را تحمل نمايد ولي وجودلوله هاي موجداراصطكاك زيادتري را درمقابل حركت آب ايجاد مينمايد . لوله هاي موجدارپلاستيكي معمولا با قطر خارجي  ( OD ) 40 ، 50 ، 65 ، 80 ، 100 ، 1250 ، 160 و1200 م م ساخته ميشوند . خطرداخلي ( ID ) آنها حدودا 0.9 قطرخارجي ميباشد ( ID=0.9 x OD ) توصيه ميشود براي كولكتورها بجاي استفاده از لوله هاي پلاستيكي قطور از لوله هاي بتني استفاده شود .  لوله هاي پلاستيكي بصورت مشبك يا سوراخ دارساخته ميشوند تا آب بتوانداز سوراخ هاي آنها واردلوله شود . اين منافذها، درز و يا شكافهاي ساده اي هستندكه بعرض 0.6 تا 2 م م وبطول 5 م م درداخل شيار ( موج ) لوله ايجادشده اند. بطوركلي تعدادوسطح مقطع درزها بايدطوري باشندكه مساحت سوراخها درهرمترطول لوله حداقل 800 م م مربع باشد .  لوله هاي پلاستيكي بصورت صاف و يا موجدار به بازارعرضه ميشود. نوع موجدارعلاوه برسبكي وزن بصورت چنبره يا كلاف درمي آيد وبرنوع صاف ارجحيت داردوبعلت وجودبرآمدگي ياموجداربودن قسمت داخلي لوله ها، مقاومت دربرابرجريان، قابل توجه بوده وبراي انتقال مقدارثابتي از جريان قطر اين لوله هابايد25% بيشتر از قطرلوله هاي صاف باشد .

4- لوله هاي فلزي يا آهني :  درفعاليتهاي زهكشي ازلوله هاي فلزي درموارد زيراستفاده ميشود :
الف : بصورت آخرين قطعه دريك خط تنبوشه سفالي يا پلاستيكي

ب : درمواردي كه سايرانواع تنبوشه قادربه تحمل بارخاك روئي نيست .

ج : هنگام عبوراز زيرجاده هاي مزرعه

د : براي نصب درقسمتهايي از خاك كه شن روانم وجود داشته ويك لوله بلندويكپارچه پروري است .

معمولا به دليل رسوب سيلت وموادديگردرداخل لوله ها  توصيه ميشود قطرآنها بزرگترانتخاب شوند تا از نظركشش آب دراينده اشكالي بوجود نيايد.

درمورد گرفتگي لوله هاي زهكش نتايج حاصله ازپژوهشهاي مربوطه عبارتست از :

ذرات خاك ميتواننداز بالا و پائين تنبوشه ها همراه آب وارد آن شوند .

شستشو و انتقال ذرات بيشتردرخاكهاي ناپايدار مثلا شني صورت ميگيرد .

درمورد شدت ته نشيني ذرات منتقله نمي توان رقم قطعي ارائه داد مثلا تنبوشه هاي كه درخاكهاي رسي كارگذاشته شده است پس از 30 سال فقط چندميلي متررسوب داشته است درصورتي كه همين تنبوشه ها درخاكهاي شني پس از چند ماه ممكن است تا نيمه پرشوند. آنچه مسلم است بخش اعظم انتقال ذرات خاك بلا فاصله پس از تعبيه سيستم زهكشي صورت ميگيردوپس از آن خاك تاحدي پايدارشده ورسوبات كاهش مي يابد . براي جلوگيري از گرفتگي لوله ها بهتر است با فيلترهايي انواع تنبوشه ها را بپوشانيم . براي شستشوي درون تنبوشه ها نيز سرعت آب نبايد از 0.35 متردرثانيه كمترباشد وبراي رفع گرفتگي لوله ها از آب تحت فشار ( فلاشينگ ) استفاده ميشود .

رسوب تركيبات آهن : درتنبوشه ها نيزذكراين نكته ضروري است كه آهن دوظرفيتي محلول درآب زير زميني وارد زهكشها شده ودراثرتماس با هوا به آهن سه ظرفيتي تبديل ميشودكه چون غيرمحلول است ، رسوب ميكند . براي رهايي از آن علاوه برشستشوبا فشارميتوان از ورودهوا به تنبوشه ها جلوگيري كردتا اكسيداسيون صورت نگيرد وبراي اين كار مخرج خط زهكشي رادرزير سطح آب درنهر زهكشي قرارميدهيم وبا استفاده از كربنات كلسيم ، آهن را قبل از ورود به تنبوشه ها ته نشين ميسازيم .

گراس و مكنزي مطالعات جالبي درمورد حلاليت آهن و منگنز و رسوب آن درتنبوشه ها بعمل آورده وبه اين نتيجه رسيده اندكه با آب محتوي 2% گاز SO2 ميتوان اين رسوبات را بحالت محلول درآورده واز تنبوشه خارج نمود .   همچنين گولاتي و همكاران حركت آب و ذرات معلق درآنرا بسوي زهكش مطالعه نموده و نتيجه گرفته اند درخاكي كه قطراغلب ذرات بين 0.1 تا 0.25 م م نوسان دارد امكان رسوب ذرات درتنبوشه ها ازهرخاكي بيشتر است .

جريان آب درداخل تنبوشه ها

هرفرمول زهكشي كه درمحاسبات طراحي زهكشي بكارميرود تصويرساده اي است ازآنچه كه دردل خاك ميگذردودراين فرمولها چنين تصور ميشودكه اولا هرتنبوشه يك لوله زهكشي ايده آل است كه آب ميتواند ازهرنقطه واقع درپيرامون آن وارد شود وثانيا هرتنبوشه زهكشي ازخاك همگن پوشانيده شده است . درمورد لوله زهكشي ميدانيم كه اين لوله داراي ديواره اي است وآب فقط از شكاف بين نقطه تماس دو تنبوشه وارد آن ميشود ودرنتيجه مقاومتهاي موجود درمقابل جريان آب بيش از آن است كه فرض ميشود درثاني خط تنبوشه زهكشي معمولا دربستري ازموادفيلترقرارگرفته كه ضريب آبگذري آن ازخاك مزرعه مفروض متفاوت است . عده اي عقيده دارندكه ضريب نفوذپذيري موادفيلتر آنقدرزياد است كه جبران مقاومتهاي ورودي آب را به زهكشها ميكند ولي براي اينكه اين امرصادق باشد ، ضريب نفوذ پذيري يا آبگذري موادفيلتر بايستي 4تا7 بار بيشترازخاك مجاورباشد.درمورد مقاومتهاي ورودي جريان به تنبوشه ها نيزذكرنكات زير ضروري است .

اگر اين مقاومت خيلي زياد باشد موجب عدم موفقيت طرح زهكشي خواهدشد.

نوع تنبوشه اهميت چنداني دركاركرد سيستم زهكشي ندارد . آنچه مورد اهميت است مشخصات خاك وفيلتر اطراف تنبوشه ها و بالاخص خاك است .

اگر نصب زهكشها درشرايط رطوبتي مثلا درمواقعي كه سطح ابستابي درمجاور سطح خاك است ويابارندگي شديددرضمن پركردن گودالهاي زهكشي ، صورت گيرد ، امكان عدم موفقيت بيشتر است  . خاكهايي كه پايداري آنها كم است حساسيت بيشتري در اين مورد دارند .

هرلايه ازموادفيلتر خودمقاديري آب انتقال ميدهند ودرنتيجه از مقاومتهاي تنبوشه ها درمقابل ورود آب مي كاهد .بنابراين ضخامت مواد فيلتر نبايستي جزيي وغيرقابل توجه باشد.

در انتخاب نوع لوله زهكش معياراصلي مقايسه هزينه ها وموجودبودن آنها دربازار ميباشد . در اين زمينه بايد به نكات زير توجه نمود :

اگرلوله هاي زهكش درمحل موجود نباشد، ساختن لوله هاي بتني بوسيله قالب ريزي ساده ترين روش تهيه لوله است .

اگرتمام انواع لوله ها دراختيارباشد ، استفاده از لوله هاي پلاستيكي موجداردراولويت قراردارد . دليل آن سبكي و طويل بودن قطعات كه از محاسن آن بوده وعلاوه براين اگردركارگذاشتن لوله هاي پلاستيكي دقت نشود، اين امرازكارايي آن نمي كاهد زيراآب ازمحل اتصال وارد نميشود . چنانچه كارگذاشتن لوله ها با ماشين صورت گيرد، لوله هاي پلاستيكي ارجح ميباشندزيراكاركردن با آنها به وسيله ماشين ساده است .

در مورد قطرهاي كمتراز 10 س م ، قيمت اين سه نموع لوله چندان متفاوت نيست ولي درقطرهاي بزرگتر، لوله هاي بتوني ارزانترو لوله هاي پلاستيكي گرانترند .

پوشش دورلوله هاي زهكش

به موادي كه دورلوله هاي زهكش ريخته ميشوندفيلترگفته ميشود وداراي دووظيفه اساسي ميباشند

1- ازنظرهيدروليكي باعث تسهيل جريان آب به داخل لوله شده ودرنتيجه تلفات انرژي كاهش پيداميكند

2- ازورود ذرات معلق موجوددرآب بداخل لوله هاجلوگيري بعمل مي آورد بعبارت ديگر اين موادبعنوان صافي يا پالا ينده عمل مينمايند .

عمل نمودن پوشش بعنوان صافي دراوايل احداث زهكش بسيارمهم است ولي پس از نشست و تثبيت خاكهاي اطراف وبالاي لوله اين تاثيرازاهميت كمتري برخورداربوده ، مگردرموردخاكهاي ناپايدار .

موادي كه معمولا براي پوشش دورلوله استفاده ميشوندبايدداراي نفوذپذيري زيادي باشند. اين امرباعث ميشودكه اولا افت انرژي درمحل ورودآب به داخل لوله كاهش يابد ودرثاني سرعت آب ( سرعت حقيقي از داخل ذرات ) كاهش يافته ، موجب  ميشودكه ذرات معلق آب رسوب نموده وبه داخل راه پيداننمايند. اين دومنظورزماني حاصل ميشودكه ضخامت پوشش حداقل 5 تا 10 س م و مقدار ضريب K آن درحدود 10 برابرضريب هدايت هيدروليكي خاك باشد . موادي كه ميتوانند اين دومنظوررا فراهم سازندعبارتنداز :

شن درشت و گراول ( سنگريزه ) --  موادآلي ( مانند شاخه و برگ و كاه و كلش ) -- مواد مصنوعي ( از قبيل الياف و دانه هاي پلاستيكي ) . لازم به ذكر است كه مواد آلي دوام چنداني ندارند .

عمل نمودن پوشش بعنوان صافي درشرايطي كه امكان وارد شدن ذرات خاك به داخل لوله زيادباشدبسيار حائزاهميت است زيرا اين مواد عامل اصلي مسدود شدن لوله ها ميباشند . براي اين منظور اندازه منافظ فيلتر بايد به دقت تعيين گردد تا با اندازه ذررات خاك اطراف هماهمنگي فيزيكي داشته باشد. يك فيلتركامل ازورودهرذره به داخل لوله جلوگيري ميكند ولي تجربه ثابت نموده است كه فيلترهايي خوب هستند كه برخي از ذرات راكه اندازه آنهاكوچك است از خودعبوردهند . اين ذرات درآب بصورت معلق باقي مانده وهمراه جريان آب ازلوله ها خارج ميگردند .

وجودفيلتردرخاكهايي كه به آساني فرسايش پيدا مي كنند الزامي است . تجربه نشان داده است كه حساسترين خاكهادراين رابطه خاكهاي شني نرم وسيلتي درشت مي باشندكه دانه بندي يكنواختي داشته ومتوسط اندازه تشكيل دهنده آنها بين 20 تا 10 ميكرون است . سرعت واردشدن آب به داخل زهكش معمولا آنقدر زياد نيست كه بتواند ذرات بزرگتررا نيزوارد زهكش نمايد. درضمن ذرات كوچكتراز2 ميكرون هم بذليل چسبندگي كه دارنددرمقابل جريان آب مقاومت نموده و وارد زهكش نميشوند .

روش بكاربردن فيلتر

استفاده از موادي كه بعنوان فيلتر وپوشش درولوله هاي زهكش بكاربرده مي شوندبستگي به نوع موادوروش لوله گذاري داردكه بصورت زيرصورت مي گيرد :

بصورت توده اي : اين مواد بدون آنكه كوبيده شوند درترانشه و روي لوله ريخته ميشوندبطوري كه 75% پوشش ايجادشود . درهنگام كارباماشين مي توان پوشش را به 100% نيزرساند ازجمله موادي كه بصورت توده اي مصرف ميشوند ميتوان ازگراول و سنگريزه وپيت نام برد .

لوله هاي پوشش داده شده : معمولا بعضي ازلوله هاي پلاستيكي موجدار قبلا دركارخانه بوسيله پارچه ياموادآلي و مصنوعي پوشش مي شوندكه به همان صورت درمزرعه درزيرزمين نصب مي شوند .

بصورت نوار : دراين روش درزيريا روي لوله نواري ازموادآلي يا مصنوعي قرارداده ميشود . امروزه اين روش منسوخ شده واز همان لوله هاي از پيش پوشش داده شده استفاده ميشود . بايدتوجه داشت كه بيشتر آبي كه داخل زهكش ميشود ، از قسمت تحتاني زهكش ميباشد . لذاريختن فيلترمناسب درزيرلوله اهميت زيادي دارد چون خاك روي لوله نيز به اندازه كافي فشرده نميشود امكان وارد شدن سيلت از قسمتهاي بالا وجوددارد لذا توصيه ميشودكه فيلتر بطوركامل دورتادورلوله را بپوشاند .

باروارد برتنبوشه

بار وارد برخط زهكشي عبارت از مجموع بارناشي ازوزن خاك روي خط زهكش وبارسطحي است . چون پس ازپوشاندن چاله زهكشي، انواع ماشين آلات درحركت خواهند بود، لذابارسطحي دراغلب موارد فقط شامل وزن و ضربات وارده ازحركت ماشين آلات خواهدبود. براي محاسبه باروارده از دونوع معادله ميتوان استفاده نمود . در نوع اول ، عرض كف چاله زهكش 2تا3 برابرقطرتنبوشه يا لوله بوده ودرنوع دوم ، عرض كف چاله زهكش فقط كمي بزرگترازقطرتنبوشه است . چون درمسائل زهكشي، اغلب از چاله نوع دوم استفاده ميشود ، لذا از معادله مارستون (W=cwB2 ) استفاده ميشودكه W بارقائم واردبرمترطول برحسب كيلوگرم ، w وزن هرمترمكعب خاك برحسب كيلوگرم، B عرض گودال برحسب متر و c ضريبي است كه با توجه به عوامل مختلفي درنظرگرفته ميشوند .

چون تنبوشه هايي زهكشي معمولا درعمق 1.5 متري و بيشتركارگذارده ميشوند، لذافشارحاصله ازرفت و آمدماشين آلات دراين فاصله مستهلك مي گرددوآنچه باقي مي ماند وزن خاك روي تنبوشه است كه آن هم اغلب واردقابل تحمل است .

نظارت و كنترل كاركرد زهكشها

پس از تعبيه سيستم زهكش ممكن است شرايطي پيش آيدكه حاكي از عدم موفقيت خطوط زهكشي باشد به بيان ديگر وجودآب راكددر سطح خاك و يا رطوبت بيش ازحد مطلوب درخاك نشانه اين است كه زهكشها مطابق باآنچه پيش بيني شده بود كارنمي كنند . براي رفع اين نقيصه بايستي مسيرجريان را از سطح خاك تازهكشهارا مورد مطالعه قراردهيم . بطوركلي مسيرجريان را به چهارمرحله مي توان تقسيم نمود ./

مرحله اول- نفوذ عمودي آب درخاك تا سطح ايستابي .

مرحله دوم – حركت آب زيرزميني تا ديواره هاي گودالي كه براي كارگذاشتن تنبوشه زهكشي حفرشده است .

مرحله سوم – حركت آب ازديواره هاي گودال تادرون تنبوشه زهكش .

مرحله چهارم -  حركت آب درداخل تنبوشه زهكش تا تخليه به نهرزهكش .

درهريك ازاين مراحل مقاومتهايي براي جريان آب وجوددارند كه با افت پتانسيل همراه است . حال ميتوان با اندازه گيري پتانسيل درمرزبين دو مرحله مختلف ، افت پتانسيل را براي مرحله معيني تعيين كرد . چون مقدارجريان اززهكشهانيزقابل اندازه گيري است لذا ميتوان مرحله اي كه در آن افت پتانسيل بيش از حداست تعيين نمود .

آزمايش تخلخل موثريا آبدهي ويژه

تخلخل موثريا آبدهي ويژه نقش عمده اي درمحاسبات روابط آب و خاك بطور اعم و در مسايل زهكشي بطور اخص ايفاء مي كند .   آبدهي ويژه عبارت است از نسبت مقدار آبيكه يك خاك اشباع دراثرنيروي ثقل ازدست مي دهد به حجم كل خاك و اين مقدار برحسب درصدبيان ميشود

V=VW / Vt

با بيان ساده تراختلاف بين رطوبت اشباع و رطوبتي كه درخاك ميماند مساوي آبدهي ويژه است .

براي مثال :  اگر استوانه اي از خاك خشك درنظر گرفته وآن رااز آب اشباع سازيم ، كليه حجم خلل و فرج ازآب پرشده ودرذنتيجه تخلخل موثرمساوي تخلخل كل خاك ميگردد . اگر انتهاي استوانه راباز نماييم مقداري رطوبت دراثرنيروي ثقل خارج گشته ومقداري آب نيزدرخاك باقي مي ماند . آبيكه ازاستوانه خارج شده است مبين آبدهي ويژه است مشروط بر اينكه سطح مقطع خاك درنظر گرفته شود .

بافت خاك يكي از عواملي است كه سبكي و سنگيني .يا ميزان تخلخل خاك را تعيين ميكند . هرچه بافت خاك درشت ترباشدآب كمتري را درخودنگه ميدارد ودرنتيجه آبدهي ويژه وضريب هدايت هيدروليكي آن نيز بيشتر ميشود . بطوركلي براي بافتهاي مختلف ارقام زير پيشنهاد ميشود :

جدول(1) تغييرات آبدهي ويژه با بافت خاك

ازطرفي بافت و ساختمان خاك تواما نفوذپذيري خاك راكنترل ميكندو بنابراين بايستي انتظارداشت كه ضريب آبگذري شاخص و نماينده اي براي آبدهي ويژه باشدزيراخروج آب اضافي ازخاك بستگي به ضريب آبگذري دارد.

دراموركشاورزي هنگامي كه جريان آب دراثرنيروي ثقل خاتمه يابد، رطوبت خاك درحدظرفيت مزرعه خواهدبود، پس تخلخل موثريا آبدهي ويژه عبارت از تفاضل رطوبت اشباع خاك و رطوبت درحدظرفيت مزرعه خواهدبود. براي اندازه گيري تخلخل كل خاك از فرمول زير استفاده ميشود :

چگالي ظاهري خاك * رطوبت وزني = رطوبت حجمي   

رطوبت حجمي F.C – رطوبت حجمي خاك اشباع =  = تخلخل موثر

A_{s =} M_s / V_t

كه بين 1.1 تا 1.8 گرم بر سانتي مترمكعب است .

تخلخل موثربا ضريب آبگذري رابطه دارد ومعمولا با داشتن K مي توان  را بدست آورد  وبا استفاده از منحني واگراف ، با داشتن مقدار K ميتوان به تخلخل موثر پي برد .

روشهاي اندازه گيري تخلخل موثر :

به دو روش اين اندازه گيري صورت ميگيرد

الف )) روش مستقيم با مزرعه اي يا صحرايي شامل

1-     استفاده از مزرعه نمونه يا مزرعه زهكش دار 

2-     روش كرتي

ب )) روش آزمايشگاهي كه با استفاده از دستگاه سلول فشارويا صفحات فشاري

روش صحرايي از دقت بيشتري برخورداراست . درروش آزمايشگاهي چون مقدار مشخصي براي F.C تعريف نمي شودداراي خطا خواهدبود .

درروش آزمايشگاهي نمونه خاك را اشباع نموده سپس در دستگاه سلول فشاري قرارميدهندوتحت فشار 10/1 تا 3/1 اتمسفرقرار ميدهند . دراثر فشار هوا ، آب موجوددرنمونه خاك خارج شده وبعداز24 ساعت درصدرطوبت رااندازه گرفته و رطوبت باقي مانده درحدF.C خواهدبود . درصورتيكه درروش صحرايي چون سطح وسيع تري مورد آزمايش قرار ميگيردازدقت بيشتري برخوردار است .

وسايل مورد نياز :

ورقه نايلوني به ابعاد2*2متر،بيل، مته نمونه برداري، ظرف نمونه برداري، ترازو، اتوكلاو، سطل، بيلچه و آب

روش كار :

محلي را كه معرف مزرعه ميباشدرا انتخاب نموده و مطمئن هستيم كه عمق آب تحت الارضي زيادبالا نيست ( عمق بيشتر از 2متر ) مساحتي معادل 1*1 متر انتخاب نموده ودراطراف آن پشته اي به ارتفاع 15-20 س م ساخته و تمامي علفهاي هرزداخل كرت را خارج نموده تا تعرق انجام نگيرد. سپس جهت جلوگيري ازشسته شدن كف كرت قسمتي از مشمع راروي كرت پهن نموده وبا سطل به ارتفاع 20 تا 15 س م آب دركرت ميريزيم تاخاك به حداشباع برسدسپس مشمع رابرروي كرت پهن نموده بنحوي كه تمامي سطح كرت را بپوشاندوبا استفاده از بيل خاك اطراف رادركناره مشمع ريخته تا ازتبخيرجلوگيري شودواز وزش بادنيز درامان باشد . بعد از گذشت 8 تا 10 ساعت از كف كرت نمونه درحالت اشباع را برداشته ودرصدرطوبت آن را معين ميكنيم ونمونه گيري از كرت هر 12 تا 24 ساعت روزانه انجام مي گيريدتا درصددوروز متوالي به مقدار معيني برسددرآن حالت رطوبت باقي مانده درزمين درحدF.C خواهدبود ومحاسبات لازم را انجام و منحني رطوبتي خاك راترسيم مي نماييم .

  اندازه گيري وزن مخصوص ظاهري خاك

وسايل مورد نياز : استوانه فلزي با حجم معين ، بوشن ( لوله كمكي ) ، چكش ، كاردك ، طرف نمونه برداري ، ترازو و اتوكلاو

شرح آزمايش : به منطقه مورد نظر رفته يك سطح صافي كه عاري از پوشش گياهي ويا خاروحاشاك باشد راانتخاب نموده بااستفاده از استوانه فلزي با حجم معين ( ارتفاع 4.2 و قطر 5.5 س م ) كه داراي لبه تيز ميباشد ( جهت جلوگيري ازخراب شدن ساختمان خاك وسهولت درنمونه برداري ) . ./ لبه استوانه فلزي را روي خاك كه رطوبت درحدظرفيت مزرعه F.C بوده قرارداده و استوانه را بافشاردست به داخل زمين فرو نموده بطوريكه كاملا درخاك قرارگيردوبراي انجام كار، بهتر است از يك لوله فلزي يا يك عدد رينگ با استفاده ازچكش استوانه را بهتردرخاك فروبرده بنحويكه لبه بالايي استوانه فلزي بيش از يك س م درخاك كاملا فرورود . سپس با استفاده ازبيلچه استوانه رااززمين خارج وبوسيله كاردك خاكهاي اطراف و دوسراستوانه راتميزنموده بطوريكه خاك باقيمانده به اندازه حجم داخلي استوانه باشد . نمونه خاك فوق را درظرف نمونه برداري ريخته وبوسيله ترازو توزين و با استفاده از اتوكلاوآنراخشك نموده ومجددا توزين نموده و محاسبات لازم را انجام ميدهيم براي انجام اين آزمايش رطوبت خاك بايددرحد F.C باشدتا ساختمان خاك ديسپرس و خراب نشود واين امرسهولت نمونه برداري را بهمراه دارد. محاسبات با استفاده از رابطه زير صورت ميگيرد

يك توده خاك از سه جزء تشكيل شده است : 1 / ذرات جامد    2 / آب ( رطوبت )    3 / هوا

   يا   كه V_t حجم كل ( حجم استوانه) ميباشد . وزن مخصوص ظاهري خاك نيز از رابطه زیر بدست مي آيد .

A_{s =} M_s / V_t

خاك ايده آل :

خاكي است كه داراي 50% موادجامد و 25% هوا و 25 % رطوبت يا آب باشد.

درفرمولها M_a جرم هواي خاك        M_w جرم آب خاك        M_s جرم قسمت جامد     M_t جرم كل اجزاء

است معمولا به جاي جرم خاك وزن خاك را بكار ميبريم كه حاصل ضرب جرم و شتاب است .

حجم كل خاك نيزاز رابطه V_t = V_a + V_w + V_s  بدست مي آيد و حجم خلل و فرج خاك از رابطه V_f = V_w + V_s  بدست مي آيد .

  تخلخل خاك

تخلخل يعني فضاي خالي بين ذرات جامدخاك كه به وسيله هوا ، گازها وآب اشغال ميشوند. ميزان تخلخل عمدتا نتيجه ساختارخاك است. ساختارخاك نيزتحت تاثيرعواملي چون بافت، ثبات ساختار، عمليات زراعي و عوامل و شرايط محيطي است . پس تخلخل خاكها به طور مستقيم ازساختارخاك وبه طورغيرمستقيم ازتمام اين عوامل ناشي مي شود. ميزان كل تخلخل ونسبت ريزي ودرشتي فضاي خالب بين ذرات خاك، درآبياري مزرعه ورشدگياه بسيار موثر است. آب درهنگام آبياري بخش بيشتر خلل فرج خاك را اشغال مي كند. درخلل فرج ريزتربراثرنيروي موئينه اي يا نيروي لوله هاي موئين آب نگه داشته ميشودوبه مصرف ريشه گياهان ميرسد، درحالي كه درخلل وفرج درشت ترآب تحت تاثيرنيروي گرانش به اعماق زمين ميرود وهواجاي آن راميگيرد. ريشه گياه براي رشد مناسب به آب و هوانيازدارد پس تخلخل كل خاك ونحوه تقسيم خلل وفرج بين ذرات ريزودرشت درتغذيه وتنفس گياه بسيار بااهميت است .

تخلخل خاكهاي زراعي بين 35 تا 55% متغيراست. تخلخل كمتروبيشترازاين دوحد بندرت درخاكهاي زراعي مشاهده ميشود ( تخلخل كمتراز 35% مشكلات زيادي به ويژه ازلحاظ تهويه، نفوذپذيري، ظرفيت نگهداري خاك وريشه دواني ايجادميكند. تخلخل بيش از60% به ندرت درخاكهاي زراعي ( خاكهاي هوموسي وتورب) مشاهده مي شود ) . تخلخل مطلوب تخلخلي است كه حدود50% باشدوبه نسبت مساوي بين خلل و فرج ريزو درشت تقسيم ميشوند .

اندازه گيري خلل و فرج كل

تخلخل كل خاك از رابطه  بدست مي آيد كه در آن P درصدكل خلل و فرج است و نسبت حجم فضاي خالي بين ذرات به حجم كل توده خاك ( دست نخورده و درحالت طبيعي ) را تشكيل ميدهد .       و R_s وزن مخصوص حقيقي خاك و برحسب  است. وزن مخصوص حقيقي عبارت است ازوزن خاك خشك شده دردماي 105درجه سانتيگراد به حجم ذرات تشكيل دهنده توده خاك .

A_s وزن مخصوص ظاهري خاك برحسب  است. وزن مخصوص ظاهري عبارت است از وزن توده خاك خشك شده دردماي 105درجه سانتيگراد به حجم كل توده خاك دست نخورده ودررطوبت گاورو.

وزن مخصوص حقيقي و ظاهري ازطريق اندازه گيري مستقيم بدست مي آيدكه دقيق تر است. درمواردي كه اين اندازه گيري امكان پذيرنباشدودقت زيادي نيزموردنظر نباشد، ميتوان ازجدولهايي استفاده نمودكه درآنهاوزن مخصوص ظاهري باتوجه به بافت خاك به طورتقريب داده شده است .

وزن مخصوص ظاهري خاكها برحسب بافت خاك 1.1 تا 1.8 متغيراست. وزن مخصوص ظاهري خاكهاي رسي ( خاكهاي سنگين ) كمتراز وزن مخصوص خاكهاي شني ( خاكهاي سبك ) است .

اگردرخاك موادآلي وجودنداشته باشد، وزن مخصوص حقيقي حدود2.6 است. درصورتي كهخاك داراي موادآلي باشد، وزن مخصوص حقيقي ازاين رابطه بدست مي آيد:  كه %x  درصد موادآلي ميباشد . اگردرخاك داراي بافت وساختار وشرايط متوسط، وزن مخصوص حقيقي 2.6 و وزن مخصوص ظاهري 1.4 فرض شود، تخلخل كل چنين محاسبه ميشود :

يعني اگر حجم كل خاك دست نخورده، به همان حالت كه درطبيعت و مزرعه وجود دارد100 فرض شود، 46 قسمت آن رافضاي خالي ( مجموع خلل وفرج ريزودرشت ) تشكيل ميدهد . براي روشن ترشدن موضوع ، خاك گلداني درنظرگرفته ميشودكه رطوبت آن به حد اشباع كامل برسد ( يعني آنقدر آب به گلدان افزوده شودكه آب درسطح گلدان ظاهرشود). در اين حالت اگرحجم كل خاك گلدان 100فرض شود ، حجم آبي كه مصرف شده است ( حجم آبي كه فشاي خالي بين ذرات راپركرده است) 46 خواهدبود.

   جدول(2) وزن مخصوص ظاهري وتخلخل خاكها ورابطه آنهابابافت خاك

تخلخل هرخاك معرف حجم خلل وفرج درخاك بوده ومقدارآن بين 0.3 تا 0.6 نوسان ميكند . درخاكهاي درشت بافت ، تخلخل كمترازخاكهايي با بافت ريزاست واندازه خلل وفرج درخاك اولي بيشتر است. درخاكهاي رسي ، مقدار تخلخل همواره درخال تغييراست زيراخاك مرتبا و به تناوب آماس و انقباض حاصل كرده ، خاكدانه تشكيل شده، انتشاريافته، متراكم گشته و ايجاددرزوترك مينمايد . تخلخل خاك نكته اي درباره توزيع وابعادخلل وفرج خاك آشكار نمي سازد. خلل و فرج خاك، درجذب آب وهواوانتقال آنها، گسترش ريشه ها ، هدايت حرارتي و قدرت ساختماني خاك اهميت فراواني داردواندازه گيري ان بطور مختلفي امكان پذيراست . مقدار تخلخل ازرابطه زيرمحاسبه ميشود :

 كه V_t حجم كل خاك     V_f حجم خلل و فرج    V_a حجم هوا    V_w حجم آب  و V_s حجم موادجامد خاك است .

يكي ديگر ازروابط محاسبه تخلخل خاك چنين است :  

  حفر چاهك مشاهده اي

وسايل مورد نياز:

آگر يا مته خاك : از انواع آگر جهت حفرچاهك ميتوان استفاده نمود، ليكن بهتراست باتوجه به شرايط خاص خاك از انواعي استفاده شود كه حداقل تراكم وپراكندگي را درديواره چاهك ايجادنمايد .

عمق چاهك بستگي به شرايط خاك دارد . ابتدا چاهكي به عمق 2 متر تا بالاي سطح ايستابي حفرنموده و لايه هاي مختلف خاك را با توجه به ضخامت لايه ها مشخص ويادداشت مينماييم.

ضمنا دقت بسياري ميبايست اعمال نمودكه چاهك داراي قطريكنواخت وبطورمستقيم حفرشود . دربسياري ازحالات خاك يكنواخت نبوده وشامل دو لايه يا بيشتر مي باشدكه نهايتا ضريب آبگذري آنان با يكديگرمتفاوت ميباشد كه دراينصورت لازم ميباشد چاهك و يا چاهكهايي دراعماق مختلف حفرنمائيم وقطرچاهك بين 8 الي 10  س م انتخاب نموده تا براساس آن بتوان آزمايشات مورد نظررا انجام داد .

تعيين بافت خاك درمزرعه

درمزرعه تركيب مكانيكي خاك با روش لمسي تخمين زده ميشودبه اين صورت كه خاك مرطوب را بين انگشتان لمس ميكنندوبافت خاك رامشخص ميكنند. اين روش معيارمشخصي است كه بالمس كردن انجام پذيراست واحتياج به تجربه ومهارت دارد وبا تكرارها ، نتايج را با نتيجه آزمايشگاهي مطابقت نموده وخيلي دقيقتربدست خواهدآمد. لمس خاك خشك ومرطوب فرق ميكند. يعني درحالت خشك ذرات رس دورهم جمع شده و ايجادذرات سخت ميكند كه شبيه Silt Sand  است .

اگردرصد ذرات ماسه بيشتر باشد آن خاك راماسه اي گويند واگردرصدذرات رس بيشتر باشد آن را رسي مي نامند . سيلت ازرس و ماسه تشكيل ميشود. لوم نيزخاكي است بابافت متوسط كه به مقدار  مناسبی ذرات رس ، سيلت وماسه دارد. دانه هاي ماسه رابا انگشت مي توان تميزدادوبا چشم غيرمسلح به آساني قابل رويت بوده، اما دانه هاي رس راكه مانندآردند بسختي مي توان با چشم غيرمسلح ديد. تك تك ذرات رس كه بيشترآنها كلوئيدي غيرآلي بوده متراكم وشكننده بوده وباعث سله بستن خاك مي شود .

درآزمايشگاه بافت وميزان كاتيونها وآنيونهابادقت اندازه گيري ميشوند .

اندازه قطرذرات برحسب ميلي متر :

شن -  سنگ ريزه    Gravel       1 تا 2میلیمتر

ماسه                     Sand         0.05میلیمتر

لاي (سيلت )           Silt              0.05 تا  0.002 میلیمتر

رس                     Clay            كمتراز  0.002 میلیمتر

بافت خاك : اندازه ذرات تشكيل دهنده خاك بافت آنرا تعيين مي كند .

  اندازه گیری ضریب آبگذری به روش چاهك وارونه يا چاهك معكوس : آزمايش چاهك وارونه دربالاي سطح ايستابي انجام ميشودودرمنابع فرانسوي بنام پورشه وكسلر معروف است درمناطقي كه سطح آب زيرزميني پايين است اين شيوه بكار مي رود براي تعيين ضريب آبگذري اشباع K_s شامل حفرچاهك دريك عمق معين وپركردن آن به وسيله آب تاعمق موردنظرواندازه گيري ميزان نفوذ آب مي باشد. اين روش درمقايسه باروشهاي ديگرازسادگي خاصي برخورداراست ولي تجربيات نشان ميدهدكه اين روش ازدقت بالايي برخوردارنمي باشد امابعلت سادگي وهمچنين طمان كوتاه جهت انجام آزمايش ، استفاده ازآن بسيارمعمول است . چنانچه دقت مطلوبي درآزمايشات مورد نظر باشداستفاده از روش فوق توصيه نمي شودولااقل به همراه روشهاي ديگردرشرايط مشابه توصيه مي شود.

وسايل مورد نياز : آگر، شناور، متر، سه پايه (سطح مبناء) ، لوله مشبك واسكراچر مي باشد.

شرح آزمايش : ابتدا درنقطه مورد نظربراي آزمايش چاهكي به قطر10 الي 15 س م و به عمق 2مترحفرمي نماييم ودرصورت تراكم ديواره چاهك با خراش دهنده آن را رفع ميكنيم. چنانچه ديواره چاهك داراي بافتي سست وپايدارنبوده واحتمال ريزش داشته باشد، دراين صورت لوله مشبك درآن نصب مي نماييم . سپس با ريختن آب به داخل چاهك آنرابحداشباع ميرسانيم. پس ازاشباع، چاهك آماده آزمايش مي باشد. ابتدابه عمق يك مترآن راازآب پرنموده وسپس با استفاده از يك شناوروميله مدرج ( مترتاشو ) وشه پايه مخصوص ( سطح مبناء) يا مسيله مناسب ديگر افت سطح آب رادرچاهك درمقابل زمان اندازه گيري مي نماييم .

محاسبات : پس از برداشت آمارازرابطه ذيل جهت محاسبه ضريب آبگذري يا هدايت هيدروليكي خاك استفاده مي نماييم :

در رابطه فوق K ضريب آبگذري، برحسب س م / ث

ht_i عمق سطح اوليه آب تا كف چاهك برحسب س م

ht_x عمق سطح آب درزمان t_x  تا كف چاهك برحسب س م

r شعاع چاهك برحسب س م

 شيب خط تغييرات عمق آب برحسب زمان .

چنانچه مقدار   درمقابل زمان روي كاغذلگاريتمي رسم گردد خط مستقيمي كه شيب آب برابر   مي باشد، بدست مي آيد.

لوله PP فاضلابی اورینگی Push-Fit PP Pipe - پنجشنبه پانزدهم مهر 1389
دوره طرح در سیستم های انتقال و توزیع آب - چهارشنبه چهاردهم مهر 1389
شمارش ذرات چگونه می تواند بهبود کیفیت آب شود؟ - چهارشنبه چهاردهم مهر 1389
کاربرد انواع فیلتر در تصفیه فاضلاب صنایع فلزی - سه شنبه سیزدهم مهر 1389

مرجع تخصصی آب و فاضلاب