آزمايش شماره 1- نمونه برداري آب آبياري

هدف: آشنايي با روش صحيح نمونه برداري آب آبياري

ارزيابي كيفي منابع آب به صحت و دقت آزمايش هاي فيزيوكوشيميايي و باكتريولوژيكي بستگي دارد. داده هاي مورد ارزيابي نيز با نحوه برداشت آب در ارتباط مي باشد. بنابراين حتي در صورت بكارگيري روش هاي پيشرفته آزمايشگاهي چنانچه نمونه برداري آب از منبع اصلي با شرايط علمي و استاندارد مطابقت نداشته باشد، نتايج غلط و گمراه كننده اي در بر خواهد داشت.

از اولين اقداماتي که در طراحي يک سيستم آبياري بايستی انجام گيرد بررسي خصوصيات کيفي آب است. به بيان ديگر نمونه برداري صحيح از آب آبياري نخستين و مهمترين مرحله بررسي کيفيت آب است. نمونه اي که براي انجام آزمايشات کيفي برداشت مي شود بايد معرف منبع آب مورد استفاده در طول سال باشد.

فرايند نمونه برداري آب شامل مراحل نمونه گيري آب، تثبيت و انتقال به آزمايشگاه است. به عبارت ديگر در نگهداري از نمونه برداشتي تا زمان انتقال آن به آزمايشگاه و انجام آزمايشات کيفي بايستي توجه ويژه داشت تا در خواص فيزيکي، شيميايي و بيولوژيکي آن تغييري ايجاد نگردد.

روش كار

در نمونه برداري از آب آبياري رعايت نکات زير ضروري است:

• از نظر شيميايي ظروف نمونه برداري بايد پلاستيكي (پلي اتيلن) و يا شيشه اي باشند. در نمونه برداري آب براي تعيين پارامترهايي مانند فسفات ها، حشره كش ها و مواد مشابه از ظروف شيشه اي استفاده مي شود و در بقيه موارد مي توان از بطري پلاستيكي استفاده نمود. قسمت داخلي بطري هاي پلي اتيلن قبل از استفاده به مدت 24 ساعت با محلول پتاسيم يدايد 8 درصد و نيز بطري هاي شيشه اي با محلول هيدروفلوئوريك اسيد 5/0 درصد پر و نگهداري شود و سپس با آب مقطر شستشو داده شود. اين بطري ها پس از هر نمونه برداري بايستي با برس و آب مقطر تميز شوند. در نمونه برداري براي آزمايش هاي باكتريولوژيكي آب، بطري شيشه اي استريل يك بار مصرف به كار برده مي شود.
• در هنگام نمونه برداري بايد دقت شود که ظرف کاملاً از آب پر شود و سپس فوراً درب آن را بسته تا تمام هواي موجود در ظرف خارج گردد.
• در زمان نمونه برداري بهتر است دو يا سه بار بطري را از آب پر و خالي کرده و سپس نمونه اصلي را برداشت نمود.
• در بعضي مواقع بهتر است به جاي برداشت يک نمونه، از يک منبع چند نمونه برداشت و سپس آنها را مخلوط کرد.
• براي نمونه برداري از آب چاه بايد بعد از اينکه پمپ 30 دقيقه يا بيشتر کار کرد نمونه را برداشت نمود و اگر از آب لوله کشي استفاده مي شود، شير آب را به مدت چند دقيقه باز نگه داشته تا آب داخل لوله خارج شود.
• در نمونه برداري از آب رودخانه، استخر، قنات و يا کانال بايد نمونه ها را از وسط آبراهه و کمي زير سطح آب تهيه نموده و از برداشت نمونه از حاشيه جويها که در تماس با جدار کانال است خودداري نمود.
• مقدار نمونه لازم براي سري کامل آزمايشات فيزيکي، شيميايي و بيولوژيکي حدوداً سه ليتر است ولي براي آزمايشات مرسوم آبياري يک ليتر کفايت مي کند.
• در زمان نمونه برداري بهتر است درجه حرارت و در صورت امکان اسيديته را در محل ثبت کرد.
• روي هر بطري مشخصات نمونه از قبيل شماره نمونه، زمان و مکان نمونه برداري، نوع منبع آب و غيره قيد شود و اطلاعات اضافي بر روي ورقه جداگانه ای ثبت گردد.
• نمونه هاي برداشت شده بايستي هر چه زودتر به آزمايشگاه منتقل و تحت آزمايش قرار گيرند. هرگاه بعد از نمونه برداري شرايط انجام آزمايش فراهم نباشد بايستي نمونه آب را در دماي 4-0 درجه سانتيگراد نگهداري نمود.
• در صورتي که تشخيص دهيد کيفيت آب در طول سال متغير است، زماني اقدام به نمونه گيري نماييد که آب در بدترين وضعيت کيفي باشد. مثلاً اکثر رودخانه ها در بهار پر آب بوده و کيفيت آب نيز خوب است حال آنکه در فصل تابستان غلضت املاح زياد بوده و آب از کيفيت خوبي برخوردار نمي باشد، بنابراين نمونه برداري در اين زمان (تابستان) ارجح تر است. همچنين اگر مواد معلق در زمان خاصي از سال در آبراهه بيشتر است نمونه گيري در آن زمان انجام گيرد.
• براي اندازه گيري اكسيژن محلول آب بايد در نمونه گيري آب دقت زيادي صورت گيرد تا اكسيژن هوا وارد آب نشود. به اين منظور بايد به آرامي و با بكارگيري لوله لاستيكي نرم به قطر 3 ميليمتر آب را به داخل ظرف نمونه برداري سيفون نمود.

آزمايش هاي صحرايي آب

اغلب پارامترهاي كيفي آب ناپايدار بوده و اندازه گيري آنها يا در محل بايد صورت گيرد و يا تثبيتشده و در فاصله زماني معين آزمايش شوند. از اين دسته پارامترها مي توان به دما، اسيديته، هدايت الكتريكي، كليه گازها، بو و تركيبات نيتروژن دار اشاره نمود كه بايد در صحرا و در منبع اصلي با دستگاه هاي قابل حمل ديجيتال اندازه گيري شوند.

عمل تثبيت عموماً با كاهش دما و pH صورت مي گيرد. براي تثبيت فلزات آهن و منگنز، يك ميلي ليتر اسيد كلريدريك غليظ به ازاي هر ليتر نمونه آب افزوده مي شود. براي فلزات سنگين از اسيد نيتريك و براي تركيبات نيتروژن دار از اسيد سولفوريك غليظ استفاده مي شود.

آزمايش شماره 2- وزن مخصوص خاک (1)

هدف: آشنايي با روش اندازه‌گيري وزن مخصوص ظاهري (Density Bulk )

در روشهاي آبياري سعي مي‌گردد که آب به طور يکنواخت در سطح مزرعه توزيع شده تا با نفوذ در خاک و توزيع مناسب درون خاک ذخيره رطوبتي مناسبي را براي گياه فراهم آورد. لذا لازم است ابتدا آشنايي مختصري با اجزا و خصوصيات فيزيکي خاک حاصل نموده و به بررسي نحوه اندازه‌گيري خصوصيات خاک بپردازيم.

اگر يک جزء حجم خاک را درنظر بگيريم اين جزء حجم خاک از سه فاز تشکيل شده است. اين سه فاز عبارتند از فاز جامد, مايع و گاز. هرکدام از اين سه بخش داراي حجم مشخص و جرم معيني هستند. در شکل زير سه فاز خاک و علامتهاي مربوط به آنها نشان داده شده است. فاز مايع معمولاً آب و فاز گاز معمولاً هوا است. در شکل M بيانگر جرم و V بيانگر حجم است.

انديس‌هاي s , w و a به ترتيب براي جزء جامد (Solid)، آب (Water) و هوا (Air) مي‌باشد. مجموع فاز گاز و مايع حجم خلل و فرج خاک است که با انديس f  و حجم کل با انديس t نشان داده مي‌شود. لازم به ذكر است كه قسمت جامد خاك از مواد آلي و مواد معدني تشکيل شده است.

وزن مخصوص ظاهري خاک عبارت است از نسبت جرم خاک خشک به حجم كل خاک. وزن مخصوص ظاهري را با  نشان مي‌دهند و بعد آن به صورت نسبت واحد جرم به واحد حجم است (به عنوان مثال gr/cm³).

وزن مخصوص ظاهري خاک به مواد تشکيل دهنده خاک, مقدار مواد آلي و درجه فشردگي خاک (تراكم خاك) بستگي دارد. وزن مخصوص ظاهري خاک ها معمولاً بين 10/1 تا 6/1 گرم بر سانتي‌مترمکعب متغير مي‌باشد. در مورد خاک هاي آلي, وزن مخصوص ظاهري خاک ها ممکن است از اين مقدار کمتر باشد. خاکهاي با بافت درشت (خاکهاي شني) به دليل داشتن خلل و فرج کمتر نسبت به خاکهاي با بافت ريز (خاکهاي رسي) داراي وزن مخصوص ظاهري بيشتري هستند.

روش کار

1- يک سيلندر آزمايش برداريد.

2- اندازه‌هاي سيلندر را مشخص و آن را دقيقاً وزن کنيد (W₁).

3- استوانه را روي خاک قرار داده و آن را با ضربه به طوري که خاک فشرده نشود کاملاً وارد خاک کنيد (دقت شود استوانه در محلي که رطوبت آن در حد ظرفيت زراعي است در خاک فرو برده شود).

4- اطراف استوانه را خالي کرده و استوانه را از خاک بيرون آوريد.

5- خاک اطراف, بالا و پايين استوانه را با کاردک بريده و پاک کنيد به طوري که سطح خاک درون استوانه کاملاً مسطح گردد.

6- نمونه را به آزمايشگاه منتقل کنيد و آن را در دماي 105 تا 110 درجه سانتي‌گراد آون قرار دهيد.

7- پس از 24 ساعت نمونه را از آون بيرون آورده و آن را دقيقاً وزن کنيد (W₂).

وزن مخصوص ظاهري از رابطه زير بدست مي‌آيد:

حجم استوانه = حجم کل خاک

وزن سيلندر خالي- وزن سيلندر و خاک خشک =  W₁–  W₂ = وزن خاک خشک

آزمايش شماره 3- وزن مخصوص خاک (2)

هدف: آشنايي با روش اندازه گيري وزن مخصوص حقيقي (Density Particle )

وزن مخصوص حقيقي خاک عبارت است از نسبت جرم جزء جامد خاک به حجم جزء جامد خاك. وزن مخصوص حقيقي خاک هاي معدني برعکس وزن مخصوص ظاهري تقريباً مقدار ثابتي است و از 6/2 تا 7/2 گرم بر سانتيمتر مکعب متغير مي‌باشد. وزن مخصوص حقيقي خاک بستگي به وزن مخصوص کانيهاي خاک دارد. وزن مخصوص کانيهاي کوارتز, فلدسپات و سيليکاتهاي رس که قسمت عمده کانيهاي خاک را تشکيل مي‌دهد در محدوده‌ فوق قرار دارد.

مواد آلي که داراي وزني به مراتب کمتر از اجزاء معدني خاک مي‌باشند تأثير زيادي در کاهش وزن مخصوص حقيقي خاک دارند, هرچه مقدار مواد آلي خاک بيشتر باشد وزن مخصوص حقيقي خاک کمتر خواهد بود. وزن مخصوص خاکهاي داراي مواد آلي گاهي تا 4/2 گرم بر سانتيمترمکعب مي‌رسد. به همين دليل خاکهاي سطحي عموماً داراي وزن مخصوص حقيقي کمتري نسبت به خاکهاي تحت‌الارضي هستند. رابطه وزن مخصوص حقيقي به صورت زير است:

لازم به ذكر است كه با داشتن  و  مي‌توان تخلخل خاک را محاسبه نمود:                                       

تخلخل يا درصد خلل و فرج خاک (f) عبارت است از درصدي از حجم خاک که به وسيله جزء جامد اشغال نشده باشد كه مقدار آن بين 30% تا 60% تغيير مي‌کند. تخلخل در خاکهاي ريزبافت بيشتر از خاكهاي درشت بافت است.

روش کار

جهت تعيين وزن مخصوص حقيقي از روش ريچاردز استفاده مي‌گردد در اين روش از ظرفي با حجم مشخص با نام پيکنومتر استفاده مي‌شود.

1- براي خارج ساختن هوا از آب مقطر, مقداري آب مقطر را به مدت 10 دقيقه در يک بشر جوشانده و سپس آنرا سرد مي‌کنيم.

2- يک عدد پيکنومتر را از آب مقطر پر نموده درب آن را قرار مي‌دهيد و دقت کنيد که لوله کاپيلاري آن از آب پر باشد. قسمت خارجي پيکنومتر را با دستمال خشک نموده و آن را دقيقاً وزن کنيد (W₁).

تذکر: باستفاده از نفت سفيد به جاي آب مقطر دقت اندازه گيري وزن مخصوص حقيقي را بالا مي برد.

3- حدود نيمي از پيکنومتر را خالي کرده درب آن را گذاشته و پس از خشک کردن اطراف پيکنومتر با دستمال دوباره آن را وزن کنيد (W₂).

4- حدود 15 گرم خاک خشک را به پيکنومتر اضافه کنيد (خاک مورد استفاده بايستي کوبيده و از الک 2 ميليمتري عبور داده شده باشد و سپس در آون خشک گردد) و پس از قراردادن درب, آن را وزن کنيد (W₃).

5- پيکنومتر محتوي خاک و آب را در دسيکاتور قرار داده و آن را به پمپ خلاء وصل کنيد تا هواي محبوس در پيکنومتر خارج شود. اين عمل را حدود يك ساعت به طور متناوب ادامه دهيد تا هواي محبوس کاملاً خارج شود.

• پيکنومتر را با آب مقطر به حجم کامل برسانيد و آن را دقيقاً وزن کنيد (W₄).

6- وزن مخصوص از رابطه زير محاسبه مي گردد:

آزمايش شماره 4- اندازه گيري رطوبت خاک (1)

هدف: تعيين رطوبت خاک به روش وزني (Gravimetric Method)

در آزمايش شماره 2 گفته شد که خاک از سه فاز هوا, مايع و گاز تشکيل شده است و همچنين ذکر شد که مجموع فاز مايع و گاز, خلل و فرج خاک است. حال اگر تمام حجم خلل و فرج را آب اشغال کند خاک اشباع  است و اگر قسمتي از خلل و فرج توسط هوا پر شده باشد خاک غيراشباع است.

در هنگام آبياري و پس از آن رطوبت خاک تحت تأثير فرآيندهاي نفوذ و تبخير و تعرق از خاک خارج مي‌شود. بنابراين رطوبت خاک به طور دائم با زمان تغيير مي‌کند. به دو دليل بايد رطوبت خاک را اندازه گيري نمود:

• با تعيين مقدار آبي که در واحد حجم خاک موجود است آب مورد نياز گياه و عمق خاک لازم براي ذخيره آب را تخمين مي‌زنند.
• کميت پتانسيل رطوبت خاک را که عبارت است از کار لازم جهت انتقال واحد حجم, وزن و يا جرم آب موجود در خاک تحت تأثير قرار مي دهد.

عکس‌العمل گياهان نسبت به رطوبت خاک تابعي از پتانسيل آب در خاک است و مقدار آن, زمان آبياري و آب مورد نياز را تعيين مي‌کند. براي تعيين رطوبت خاک روشهاي متفاوتي وجود دارد که چهار روش متداول آن عبارتند از روش وزني، بلوک گچي و نوترون‌متر.

پس از روش مشاهده و لمس کردن خاک، روش وزني متداول‌ترين و قديمي‌ترين روش تعيين رطوبت خاک مي‌باشد. اين روش را به اين دليل وزني ناميده اند كه رطوبت خاك را به روش وزن كردن تعيين مي نمايد. با استفاده از روش وزني مي توان رطوبت خاك را به دو صورت درصد رطوبت جرمي و درصد رطوبت حجمي اندازه گيري نمود، اما از آنجا كه اندازه گيري درصد رطوبت جرمي آسان تر است، عموماً با استفاده از روش وزني درصد رطوبت جرمي خاك اندازه گيري شده و سپس به كمك رابطه ديگر درصد رطوبت حجمي محاسبه مي گردد.

 درصد رطوبت جرمي عبارت است از نسبت وزن آب موجود در خاک به وزن خاک خشک كه با  نشان داده مي شود و بر حسب درصد بيان مي شود     بزرگترين حسن اين روش ساده بودن و بزرگ‌ترين عيب آن نياز به مدت زمان طولاني (حدود 24 ساعت) براي رسيدن به جواب است.با داشتن درصد رطوبت جرمي و وزن مخصوص ظاهري خاك  و با استفاده از رابطه زير مي‌توان درصد رطوبت حجمي خاک را محاسبه کرد:

درصد رطوبت حجمي عبارت است از نسبت حجم آب خاک به حجم کل خاک:

روش کار

1- يك ظرف نمونه برداري تهيه كرده و آن را وزن نماييد (W₁).

1- توسط اوگر از عمق مورد نظر (عمق توسعه ريشه گياه) نمونه خاکي به وزن تقريبي 100 تا 200 گرم برداشت نماييد.

2- نمونه‌ها را داخل قوطي ريخته درب آنها را گذاشته و سريعاً به آزمايشگاه منتقل کنيد.

3- نمونه‌ مرطوب را وزن کرده و آن را در دماي 105 تا 110 درجه سانتي‌گراد آون قرار دهيد (W₂).

4- پس از 24 ساعت نمونه را از آون بيرون آورده و دقيقا” وزن کنيد (W₃).

5- درصد رطوبت وزني خاک از رابطه زير بدست مي‌آيد:

آزمايش شماره 5- اندازه گيري رطوبت خاک (2)

هدف: اندازه‌گيري رطوبت خاک به وسيله بلوکهاي گچي (Blocks Gypsum )

يکي از روشهاي ساده براي اندازه‌گيري رطوبت خاک استفاده از بلوکهاي گچي است. در سال 1936 بايکاس دو قطب پيلي را به الکترود خازن فلزي که در داخل يک قطعه گچ پاريس به شکل مکعب به ابعاد cm 5/1*3*4 نصب شده بود متصل نمود، مکعب مزبور را در محيط خاک قرار داد و از آن براي اندازه‌گيري رطوبت استفاده نمود.

اصول کار قالبهاي گچي براساس هدايت الکتريسيته استوار مي‌باشد. وقتي که دو الکترود در يک محيط متخلخل و به موازات يکديگر قرار بگيرند جريان الکتريسيته متناسب با رطوبت خاک, ترکيب شيميايي و غلظت نمکهاي محلول در آن, بين دو الکترود برقرار مي‌گردد و بر اين اساس مي‌توان رابطه‌اي بين مقاومت الکتريکي قالبهاي گچي و ميزان رطوبت خاک بدست آورد که اين رابطه را مي‌توان بر روي يک کاغذ نيمه‌لگاريتمي نشان داد. به اين منحني, منحني واسنجي قالبهاي گچي گويند. با داشتن اين منحني و با اندازه‌گيري مقاومت الکتريکي بين دو الکترود مي‌توان رطوبت خاک را بدست آورد.

مهمترين مزيت بلوک‌هاي گچي علاوه بر سرعت اندازه‌گيري درجه دقت آنها در رطوبتهاي کم است. علاوه بر آن بلوکها نسبت به ساير وسايل اندازه‌گيري رطوبت نسبتاً ارزان هستند. اما بزرگترين مشکل آنها حساسيت به شوري است، چون شوري باعث مي‌شود هدايت الکتريکي افزايش يافته و اين امر باعث اشتباه در تخمين رطوبت مي‌گردد.

روش کار

براي اينکه بتوان از بلوکهاي گچي در مزرعه استفاده کرد ابتدا بايد آنها را واسنجي نمود. بنابراين روش کار شامل دو مرحله است: 1- تهيه منحني واسنجي بلوکهاي گچي 2- نصب در مزرعه

1- تهيه منحني واسنجي بلوکهاي گچي

روش تهيه منحني واسنجي بلوکهاي گچي به شرح زير است:

1- بلوکهاي گچي را در داخل ظرف آب قرارداده و اجازه دهيد تا اشباع شود.

2- بلوکهاي گچي را از آب خارج کرده و به مدت 10 دقيقه در مجاورت هوا قراردهيد و مجدداً وارد آب کنيد. اين عمل را چندين بار تکرار کنيد تا هواي محبوس داخل بلوک کاملاً خارج گردد.

3- پس از هواگيري بلوک ها را وارد سطل آب کرده و با استفاده از مقاومت‌سنج مقاومت آن را اندازه‌گيري کنيد.

4- گلدان را از خاک مزرعه پر نموده و بلوک را در آن نصب نمائيد. گلدان را آبياري کرده و به مرور زمان که خاک خشک مي‌شود مقاومت را به وسيله مقاومت‌سنج اندازه‌گيري و رطوبت خاک را با نمونه‌برداري ( به صورت وزني) تعيين کنيد.

5- ارقام مقاومت بدست آمده را در مقابل درصد رطوبت خاک روي کاغذ نيمه‌لگاريتمي رسم کنيد به طوري كه محور عمودي به مقاومت الكتريكي و محور افقي به رطوبت اختصاص داده شود. نمودار بدست آمده را منحني واسنجي بلوک گچي مي‌نامند. با داشتن اين منحني و نصب بلوک گچي در مزرعه مي توان با اندازه‌گيري مقاومت الكتريكي بلوك در مزرعه، درصد رطوبت خاک را تعيين کرد.

2- نصب بلوک در مزرعه

1- توسط آگر تا عمق دلخواه حفره‌اي براي نصب بلوک حفر نماييد.

2- بلوک را در کف حفره قرار داده و دقت نمائيد که حداقل از يک طرف با خاک دست نخورده در تماس باشد سپس روي بلوک خاک ريخته و خاک را فشرده سازيد.

3- بلوکهاي گچي را در جهت عمودي در فاصله بيش از 30 سانتي‌متر از يکديگر نصب نماييد.

4- پس از نصب بلوک سطح خاک را کمي برآمده کنيد تا از تجمع آب در بالاي بلوک جلوگيري شود.

5- مزرعه را آبياري نموده و مقاومت بلوک را اندازه‌گيري نماييد. با توجه به نياز تعادل پتانسيل بين بلوک و خاک لازم است که پس از نصب بلوک به مدت چندين ساعت صبر کرد تا اين تعادل برقرار شود.

6- بلوکها را بايد در منطقه توسعه ريشه و در امتداد رديف گياهان نصب نمود.

آزمايش شماره 6- اندازه گيري رطوبت خاک (3)

هدف: آشنايي با نوترون‌متر (Neutron meter)

يكي از روش هاي ديگر براي اندازه‌گيري رطوبت نوترون‌متر مي‌باشند. در اوايل سال 1950 روش پخش نوترون براي اندازه‌گيري رطوبت در مزرعه مورد استفاده قرار گرفت اين روش نسبت به روش وزني داراي مزايايي است كه عبارتند از:

1- اندازه‌گيريها سريع انجام شده و نيازي به صرف وقت 24 ساعته براي خشک کردن نمونه‌ها نيست.

 2- اندازه‌گيري مستقيماً در مزرعه و در شرايط طبيعي صورت مي‌گيرد.

 3- مي‌توان يک آزمايش را چندين مرتبه تکرار نمود تا از نتايج آن اطمينان حاصل شود.

در عين حال، اين روش داراي معايبي نيز مي باشد كه عبارت است از گران بودن دستگاه، خطرات ناشي از تابش نوترون و عدم امکان اندازه‌گيري رطوبت در لايه سطحي خاک.

دستگاه نوترون‌متر از دو قسمت تشکيل شده است

1- ميله (Probe) که قطر آن حدود 5 سانتي‌متر و ارتفاع آن 30 تا 40 سانتي‌متر است.

2- دستگاه شمارشگر براي ثبت شار نوترونهاي کند شده.

چشمه نوترون سريع معمولاً مخلوطي از ذرات آلفا (هسته هليوم) و بريليوم در نظر گرفته مي‌شود. در بعضي از دستگاهها براي چشمه نوترون سريع از مخلوط آمريسيوم و بريليوم  استفاده مي‌شود. آمريسيوم مانند راديوم از چشمه‌هاي تابش گاما مي‌باشد اما انرژي آمريسيوم کمتر بوده و لذا خطرات ناشي از آن کمتر است.

نوترونهاي سريع كه از چشمه خارج مي شوند وارد خاک شده و همانند توپهاي بيليارد بصورت الاستيک با هسته اتمهاي مختلف موجود در خاک برخورد مي کنند. در اثر برخوردهاي متعدد نوترونها از مسير خود منحرف شده و در فضاي اطراف پرا کنده مي‌شوند که البته به تدريج مقداري از انرژي جنبشي خود را نيز از دست مي‌دهند.

درجه مؤثر بودن هسته‌هاي مختلف موجود در خاک و نقش آنها در کند کردن نوترونهاي سريع سيار متفاوت است. بيشترين کاهش انرژي در اثر برخورد ذره‌ها هنگامي رخ مي‌دهد جرم ذره‌ها مساوي باشند. از هسته‌هاي موجود در خاک که بيشترين تشابه جرمي را با نوترون داشته باشد هسته اتم هيدروژن است. بنابرين هسته‌هاي هيدروژن موجود در خاک بيشترين تأثير را در کند کردن سرعت نوترونها دارد.

لازم به ذكر است كه پيش از استفاده از نوترون متر در مزرعه بايد آن را واسنجي نمود، يعني رابطه بين رطوبت و شمارش نوترونهاي کند شده مشخص شده باشد. معمولاً يک واسنجي براي يک دستگاه براي خاکهاي مختلف کافي است. معادله‌اي که براي محاسبه رطوبت حجمي به کار مي‌رود بصورت زير است: 

که در آن a و b ضرايب واسنجي هستند که بايد براي هر دستگاه برآورد شوند. I تعداد شمارش نوترونهاي کند شده در خاک و I _std تعداد شمارش در شرايطي كه ميله نوترون متر در داخل محفظه خود قرار دارد است.   

آزمايش شماره 7- اندازه گيري پتانسيل ماتريك خاک

هدف: آشنايي با تانسيومتر (Tensiometer)

از تانسيومتر براي اندازه‌گيري نيروي مکش يا پتانسيل ماتريک خاک استفاده مي‌شود. تانسيومترها به دو صورت جيوه‌اي و فلزي هستند. تانسيومتر جيوه‌اي بيشتر در کارهاي آزمايشگاهي و تحقيقي استفاده مي‌شود و چون کاربرد آنها در صحرا مشکل است در عمل از نوع ديگر تانسيومتر يعني فلزي استفاده مي‌شود. در تانسيومتر فلزي از يک خلاءسنج فلزي به جاي خلاءسنج جيوه‌اي مورد استفاده در تانسيومتر جيوه‌اي استفاده شده است. هر تانسيومتر از يک کلاهک متخلخل به طول تقريبي 5/7 سانتيمتر, يک لوله غيرقابل نفوذ و يک خلاءسنج يا مانومتر جيوه‌اي تشکيل شده است.

کلاهک تانسيومتر معمولاً از جنس سراميک بوده و بايد داراي هدايت آبي بالايي باشد و در هنگام نصب در مزرعه کاملاً اشباع از آب و عاري از هوا باشد. اگر کلاهک متخلخل پر از آب خالص و فاقد هوا را در خاک اشباع يا مخزني از آب قرار دهيد, خلاءسنج عددي را نشان مي‌دهد که آن را صفر دستگاه فرض مي‌کنند. حال اگر تانسيومتر را به خاک غيراشباع يا خشک منتقل کنيد آب از کلاهک وارد خاک گرديده و در لوله رابط محتوي آب خلاء ايجاد مي‌شود که در خلاءسنج منعکس مي‌گردد. بديهي است اين خلاء بستگي به نيروي مکش خاک و در نتيجه رطوبت آن دارد.

درجه تانسيومتر از صفر تا 100 سانتي ‌بار (يک اتمسفر) درجه‌بندي شده است، بنابراين تانسيومترها تا مکش يک اتمسفر بيشتر کار نمي‌کند. چون خلاءسنج اندازه نسبي خلاء را در مقابل فشار اتمسفر، که مقدار آن حدوداً معادل يک بار است، اندازه‌گيري مي‌کند، بنابراين در صورتي که پتانسيل خاک از يک بار بيشتر شود هوا از طريق کلاهک وارد تانسيومتر شده و فشار آن را با فشار اتمسفر متعادل مي‌سازد. بنابراين در عمل کارايي تانسيومترها فقط تا پتانسيل ماتريک 85/0 اتمسفر است. معمولاً درجه 25-10 سانتي‌بار معرف ظرفيت زراعي و درجه 75-55 سانتی‌بار زمان آبياري است.

روش كار

در اين آزمايش روش كار شامل سه قسمت آماده کردن تانسيومتر جهت نصب در مزرعه، انتخاب محل نصب و نحوه نصب تانسيومتر است.

1- آماده کردن تانسيومتر جهت نصب در مزرعه

1- لوله تانسيومتر را کاملاً با آب مقطر جوشيده و سرد شده پر کنيد.

2- کلاهک متخلخل بايد اشباع از آب گردد و تانسيومتر هواگيري شود. بدين منظور تانسيومتر را به مدت 2 الي 3 روز درون يک سطل آب مقطر قرار داده و روزانه چند مرتبه لوله تانسيومتر را از آب مقطر پر کرده تا آبي که از قسمت کلاهک خارج مي‌شود تأمين شود. در صورت امکان بهتر است تمام تانسيومتر در آب مقطر مستغرق باشد.

3- توسط پمپ دستي داخل تانسيومتر ايجاد خلاء کنيد و با زدن ضربات آرام به لوله محافظ و خلاءسنج به خارج شدن حبابهاي هوا کمک کنيد و اين عمل را در چند مرحله روزانه انجام دهيد.

4- پس از آنکه تانسيومتر کاملاً هواگيري شد و کلاهک آن اشباع گرديد آماده نصب در مزرعه مي‌باشد. لذا درپوش آن را بسته کلاهک را با پارچه تميز و مرطوب پوشانده و آن را داخل سطل آب مقطر به محل نصب در مزرعه حمل نمائيد. در موقع نصب دقت شود کلاهک در معرض هواي آزاد قرار نگيرد.

2- انتخاب محل نصب تانسيومتر:

در انتخاب محل نصب تانسيومتر روش آبياري, نوع کشت, وضعيت توپوگرافي زمين، درجه نفوذپذيري خاک و ظرفيت نگهداري خاک مؤثر است.

• تانسيومتر بايد هميشه در منطقه فعاليت ريشه‌ها نصب شوند در صورتي که عمق توسعه ريشه‌ها بيش از 45 سانتي‌متر باشد بايستي دو تانسيومتر در مجاور هم در دو نقطه، يکی در چهارك اول منطقه توسعه ريشه و ديگري در عمق چهارك سوم قرار گيرد.
• در آبياري جوي و پشته معمولاً تانسيومتر را روي پشته‌ها نصب مي‌نمايند. بعلاوه هرچه نوک کلاهک به کف جوي نزديکتر باشد بهتر است.
• در آبياري کرتي تانسيومتر را معمولاً در طول کرت و بر روي مرز نصب مي‌نمايند.
• در آبياري قطره‌اي و باراني تانسيومتر در آن قسمتي که آفتاب بيشتري مي‌تابد در رديف درختان يا محصولات ديگر نصب مي‌گردد. فاصله آن تا قطره‌چکانها در آبياري قطره‌اي بايستي در حدود 30 الي 45 سانتيمتر باشد.

3- نحوه نصب تانسيومتر

تانسيومتر بايد در محلي نصب گردد که معرف تمامي مزرعه باشد و بهتر است در هر مزرعه از دو تانسيومتر استفاده گردد. کارگذاشتن تانسيومتر بايد به طريقي باشد که بين کلاهک و خاک اطراف تماس کامل وجود داشته باشد بدين منظور يک چاهک تا عمق مناسب به وسيله آگر (مته دستي) در زمين کنده و مقداري خاک نرم در کف چاهک قرار داده و کلاهک را به طور ملايم در خاک فشار مي‌دهند سپس اطراف کلاهک و لوله را با خاک پر مي‌نمايند. پس از نصب با مقداري خاک اطراف آن را برآورده مي‌نمايند تا آب اطراف آن جمع نگردد. درهر شرايطي مي‌توان اين وسيله را در خاک نصب نمود ولي بهتر است وقتي که رطوبت خاک در حالتFC  است نصب گردد. در هنگام نصب بايد دقت شود بين کلاهک رسي و انتهاي چاهک فاصله‌اي نباشد.

آزمايش شماره 8- اندازه‌گيری ضرايب رطوبتی خاک (1)‌

هدف: تعيين رطوبت ظرفيت زراعي به روش صحرايي و آزمايشگاهي

آب موجود در خاك را مي توان به سه بخش تقسيم نمود: آب ثقلي، آب کاپيلاري (موئينه‌اي) و آب هيگروسکوپي

آب ثقلي: آن قسمت از آب خاک است که منافذ بزرگ خاک را اشغال کرده و در شرايطي که خاک زهکش داشته باشد, در نتيجه نيروي ثقل از آن خارج مي‌شود. آب ثقلي براي گياه قابل استفاده نمي باشد. حد بالاي رطوبت ثقلي رطوبت اشباع است. آب ثقلي با کشش برابر يا کمتر از  اتمسفر در خاک نگهداري مي‌شود. عمل زهکشي آب ثقلي براي خاکهاي شني کمتر از يک روز و براي خاکهاي رسي 3 تا4 روز طول مي‌کشد.

آب کاپيلاري: آبي است که به وسيله کشش سطحي و يا نيروي بيش از نيروي ثقل در خاک نگهداري مي‌شود. آب کاپيلاري با کشش بيش از  اتمسفر (هر اتمسفر برابر 10 متر ستون آب) و کمتر از 31 اتمسفر در خاک نگهداشته مي‌شود حد بالاي اين رطوبت وقتي است که تمامي آبهاي ثقلي خارج شده باشد در اين حالت مي‌گويند رطوبت خاک در گنجايش زراعي مزرعه است. آب کاپيلاري براي گياه قابل استفاده بوده و منبع اصلي آب مورد نياز گياه است.

آب هيگروسکوپي: به صورت لايه‌اي نازک اطراف ذرات خاک را گرفته و در نتيجه نيروي ثقل و کاپيلاري قادر به حرکت در خاک نيست. اين آب چنان محکم نگهداشته مي‌شود که به جز در حالتهاي خاص براي گياه قابل استفاده نيست. اين آب با کشش بيش از 31 اتمسفر در خاک نگهداري مي‌شود.

ظرفيت زراعي و نقطه پژمردگي دائم دو نقطه پتانسيلي مهم آب خاک هستند كه در زير تشريح مي شوند.

ظرفيت زراعي (Field Capacity): همانگونه که ذکر شد رطوبت باقيمانده در خاک پس از خارج شدن آب ثقلي, گنجايش زراعي يا ظرفيت زراعي گويند که باFC  نشان داده  مي شود. ظرفيت زراعي يکي از نقاط پتانسيلي مهم خاک مي‌باشد. در گنجايش زراعي مکش خاک بين 200 تا 400 سانتيمتر آب است اين مکش براي خاکهاي شني نزديک 200 و براي خاکهاي رسي نزديک به 400 سانتيمتر آب و به طور متوسط 300 سانتيمتر آب يا يك سوم اتمسفر است. درصد رطوبت خاک در حد ظرفيت زراعي در خاکهاي مختلف متفاوت است.

نقطه پژمردگي دائم (Permanent Wilting Point): محدوده ديگر رطوبت خاک که گياه در آن قادر به جذب رطوبت از خاک نيست نقطه پژمردگي دائم گويند که با PWP نشان مي‌دهند. در اين نقطه گياه نمي‌تواند براي رفع نياز خود آبي از خاک جذب کند. پژمردگي دائم بستگي به شرايط آب و هوايي, نوع گياه و بافت خاک دارد. مکش خاک در نقطه پژمردگي دائم را به طور متوسط 15 اتمسفر در نظر مي‌گيرند.

قبل از نقطه پژمردگي دائم يک نقطه پتانسيلي ديگر وجود دارد که به آن نقطه پژمردگي موقت گويند در اين وضعيت گياه در طول روز به دليل تعرق زياد پژمرده شده اما در شب به دليل جذب رطوبت بيشتر شادابي خود را مجدداً کسب مي‌کند.

اختلاف رطوبت خاک در فاصله بين گنجايش زراعي و نقطه پژمردگي دائم را كل آب قابل استفاده (TAW) گويند. مقدار اين آب نشان دهنده آبي است که توسط گياه مي‌تواند مصرف شود.

فاصله بين دو منحني ظرفيت زراعي و نقطه پژمردگي دائم در خاکهاي مختلف متفاوت است و در يک خاک رسي به مراتب اين اختلاف بيشتر از خاک شني است بنابراين مقدار آب قابل ذخيره در خاک که بتواند مورد استفاده گياه قرار گيرد در خاک رسي بيش از خاکهاي سبک است. ميزان مواد آلي اثر قابل توجهي در قدرت نگهداري آب خاک دارد. در شرايط يکسان خاک حاوي مواد آلي بيشتر داراي رطوبت زيادتري در ظرفيت مزرعه است اما در عين حال ميزان آب قابل استفاده آن تفاوت زيادي نمي‌کند.

روش كار

رطوبت خاك در ظرفيت زراعي را به دو روش مي توان اندازه گيري نمود كه عبارتند از روش آزمايشگاهي و روش صحرايي.

1- دستگاه آزمايشگاهي: براي تعيين رطوبت خاك در ظرفيت زراعي به روش آزمايشگاهي از دستگاه صفحات فشاري (Pressure Plate) استفاده مي شود. اين دستگاه مطابق شکل از يک محفظه مانند ديگ زودپز که بتوان فشار داخل آن را از طريق يک کمپرسور افزايش داد, تشکيل شده است. يک صفحه سراميکي که قطر آن برابر قطر داخلي دستگاه است در داخل آن قرار مي‌گيرد. صفحه سراميکي از طريق محفظه‌اي که در زير آن قرار دارد با اتمسفر در تماس است.

همانگونه که گفته شد در گنجايش زراعي مکش خاک بين 2/0 تا 4/0 اتمسفر تغيير مي‌کند. به اين ترتيب نمونه‌اي از خاک را برداشته و آن را بر روي صفحه متخلخل قرار داده و فشار 2/0 تا 4/0 وارد مي‌گردد. بعد از اينکه آب اضافي خارج شد رطوبت اندازه‌گيري مي‌شود.

روش كار به صورت زير است:

• مقداري خاک نرم شده که از الک 2 ميليمتر عبورکرده را برداريد.
• خاک را در بوته چيني ريخته و کم کم به آن آب اضافه کنيد تا اشباع شود (گل اشباع درست شود).

نکته: خصوصيات گل اشباع: 1- سطح گل براق است 2- مقداري از گل را با کاردک برداشته و ضربه ملايمي روي دسته آن مي‌زنيم گل بايد سقوط کند 3- شياري روي گل ايجاد کرده دو طرف شيار بايد براق باشد و آب ته شيار نايستد.

• صفحه متخلخل که قبلاً اشباع کرده‌ايد در محفظه قرار دهيد.
• يک کاغذ صافي بر روي صفحه متخلخل قرار داده و سيلندري بر روي کاغذ صافي بگذاريد.
• سيلندر را تا نيمه از گل اشباع پرکنيد.
• درب محفظه را بسته و فشار دستگاه را روي 3/0 اتمسفر تنظيم کنيد.
• بعد از 24 ساعت نمونه را از دستگاه خارج کرده کاغذ صافي را جدا کرده درب استوانه را گذشته و رطوبت خاك را به روش وزني اندازه گيري كنيد.

2- روش صحرايي: براي بدست آوردن ظرفيت زراعي در صحرا قطعه زميني به مساحت تقريبي 2 مترمربع را مشخص کرده و آن را به شکل حوضچه درآورده, سپس اين حوضچه را به مقدار کامل و بطور سنگين آبياري کرده و روي آن را با پلاستيک مي‌پوشانند. پس از قطع آبياري و فروکش کردن آب در فواصل زماني مختلف مثلاً 12 ساعته از عمق توسعه ريشه نمونه‌برداري کرده و مقدار رطوبت آن اندازه‌گيري مي‌شود. اين عمل آنقدر ادامه مي‌يابد تا سرانجام مقدار رطوبت در دو اندازه‌گيري پشت سرهم تقريباً برابر شوند. اين مقدار برابر ظرفيت زراعي خواهد بود.

آزمايش شماره 9- اندازه‌گيری ضرايب رطوبتی خاک (2)

هدف: تعيين درصد رطوبت خاک در نقطه پژمردگي دائم (PWP)

همانگونه که در آزمايش قبل ذکر شد حد پايين رطوبت قابل استفاده براي گياه را نقطه پژمردگي دائم مي‌نامند. در اين رطوبت گياه به طور کامل پژمرده مي‌شود و با آبياري دوباره شاداب نمي‌گردد. بايد دقت شود که اين حد با نقطه پژمردگي موقت اشتباه نگردد در نقطه پژمردگي موقت گياه در روز پژمرده و در شب دوباره شاداب مي‌گردد.

روش كار:

1- روش آزمايشگاهي: در آزمايشگاه همانگونه که براي رطوبت FC ذکر شد نقطه پژمردگي را نيز مي‌توان با دستگاه صفحات فشاري اندازه‌گيري کرد با اين تفاوت که در اينجا فشار دستگاه را روي 15 اتمسفر قرار مي‌دهند.

2- روش گلداني: اين روش به صورت زير است:

• چند گلدان داراي زهکش (مي توان يک لايه شن به عنوان زهکش در کف گلدان ريخت) را انتخاب کرده و آن را از خاک پرکنيد سعي کنيد از گلدانهاي پلاستيکي استفاده کنيد که احتمال جذب رطوبت از ديواره آن صفر باشد.
• درهريک از گلدانها 3 الي 5 بذر آفتابگردان کاشته و آبياري کنيد پس از جوانه زدن بوته‌هاي اضافي را تنک کرده و 2 گياه را باقي بگذاريد.
• پس از مدت 6 هفته بوته‌ها تقريباً 6 برگي خواهند شد (البته در صورت انجام آبياري معمول و مراقبت). پس از مدتي گياهان حالت پژمردگي به خود مي‌گيرند.
• پس از اينکه درهر دو بوته علائم پژمردگي ظاهر شد آنها را در يک محفظه تاريک و مرطوب به مدت 24 ساعت قرار دهيد. اگر آثار شادابي به گياه بازگرديد دوباره آن را از محفظه خارج کرده و به مدت چند ساعت درهواي آزاد قرار دهيد.
• مرحله 4 را تا زماني که وقتي گياه را داخل محيط تاريک و مرطوب قرار مي‌دهيد ديگر شادابي گياه به آن بر نگردد يعني آثار پژمردگي دائم نمايان شود, تکرار کنيد.
• زماني که علائم پژمردگي دائم نمايان شد خاک گلدان را که ريشه‌هاي گياه از آن جدا شده است را يک نمونه از آنها تهيه کرده و به روش وزني رطوبت آن را تعيين کنيد.

 آزمايش شماره 10 : نفوذ آب در خاک

هدف: اندازه گيري نفوذ آب در خاک و تعيين معادلات نفوذ به روش آزمايش استوانه هاي مضاعف (Double Ring)

نفوذ آب از مرز بين آب وخاک به داخل خاک را نفوذ گويند. سرعتي که اين آب وارد خاک مي‌شود را سرعت نفوذ گويند. در کليه روشهاي آبياري بجز آبياري زيرزميني آبي که به مزرعه تحويل داده مي‌شود به روشهاي مختلف روي سطح مزرعه توزيع مي‌گردد تا به مرور زمان به داخل خاک نفوذ کرده و ذخيره رطوبتي را افزايش دهد.

عوامل مؤثر در نفوذ عبارتند از:

• فشردگي خاک
• نوع خاک: خاک شني نفوذپذيري بيشتري نسبت به خاک رسي دارد
• پوشش گياهي
• رطوبت اوليه: هر چه رطوبت اوليه بيشتر باشد سرعت نفوذ اوليه کمتر است.
• عمق آب روي خاک: عمق آب بيشتر سرعت نفوذ بيشتر است.
• سفره آب زيرزميني: سفره آب زيرزميني باعث بالا رفتن رطوبت در لايه بالاي آن شده و در نتيجه سرعت نفوذ کاهش پيدا مي کند.
• مواد آلي موجود در خاک: مواد آلي به صورت متفاوتي عمل مي کند و در خاکهاي شني مواد آلي باعث بهم چسبيدن ذرات خاک شده و از مقدار سرعت نفوذ مي‌کاهد و در خاکهاي رسي نسبتاً سنگين باعث بهتر شدن ساختمان خاک و افزايش سرعت نفوذ مي‌شود.
• درجه حرارت آب وخاک: آب گرمتر داراي ويسکوزتيه (لزجت يا گرانروي) کمتر و سرعت نفوذ آن بيشتر است.

سرعت نفوذ آب به داخل خاک در هر لحظه سرعت نفوذ لحظه‌اي و کل آب نفوذ کرده را نفوذ تجمعي گويند. سرعت نفوذ آب در خاک با زمان تغيير مي‌کند و با گذشت زمان سرعت نفوذ آب کاهش يافته و پس از مدت زمان معيني بسته به نوع خاک مقدار آن ثابت مي‌گردد. روشهاي متعددي براي بيان معادله نفوذ پيشنهاد شده است. يکي از فرمولهاي تجربي در اين زمينه معادله کاستياکوف مي‌باشد که شکل معادله بصورت زير مي باشد:

در اين معادله I سرعت نفوذ لحظه‌اي در زمان T  بوده و a و n  ضرايبي هستند که از طريق آزمايش بدست مي‌آيد (0 > n > 1- ). با انتگرال‌گيري از سرعت نفوذ لحظه‌اي مي‌توان معادله نفوذ تجمعي را بدست آورد.                            

با در نظر گرفتن  و معادله عمق نفوذ تجمعي بصورت زير ساده مي‌شود :

در اين معادله D مقدار نفوذ تجمعي بوده و  cو m ضرايب معادله مي باشند که به وسيله آزمايش تعيين مي‌گردند. همچنين متوسط سرعت نفوذ برابر است با:در عمل بهتر است که ابتدا معادله عمق نفوذ تجمعي را به دست آورده و سپس از آن مشتق گرفته و به معادله سرعت نفوذ لحظه‌اي برسيم

اشکال معادله کاستياکوف در اين است که وقتي زمان زياد مي شود سرعت نفوذ به صفر ميل مي‌کند، در صورتي که در عمل چنين نبوده و در زمان طولاني سرعت نفوذ به يک مقدار ثابت مي رسد. در عمل مدت آبياري به گونه‌اي است که قبل از اينکه سرعت نفوذ به مقدار ثابت برسد آبياري قطع مي‌گردد. بنابراين معادله کاستياکوف به منظور آبياري کافي خواهد بود.

دراين آزمايش سرعت نفوذ لحظه‌اي آب در خاک را با استفاده از استوانه‌هاي مضاعف
اندازه‌گيري خواهيد نمود. استفاده از استوانه‌هاي فلزي روش بسيار معمولي است. اين روش مناسب براي اندازه‌گيري نفوذ در روشهاي آبياري کرتي ونواري است در اين روش از استوانه داخلي براي اندازه‌گيري سرعت نفوذ و براي جلوگيري از حرکت  افقي آب در خاک در فاصله بين دو استوانه داخلي و خارجي آب مي ريزيم.

روش کار:

1- استوانه هاي فلزي را به صورت متحدالمرکز در سطح خاک مزرعه و در جايي که رطوبت خاک معادل رطوبت در مواقع  شروع  آبياري  است  قرار دهيد و پس از قرار دادن صفحه فلزي  روي  استوانه با ضربات چکش آنها را تقريبا به اندازه cm 20 در خاک فرو نماييد.

2- صفحه فلزي را برداشته و وسيله اندازه‌گيري افت سطح ايستابي را بر روي استوانه مياني قرار دهيد.

3- يک ورقه پلاستيکي در کف استوانه مياني قرار دهيد و سپس درون دو استوانه آب بريزيد. عمق آب در دو استوانه بايد تقريباً معادل باشد و هر دو تقريباً برابر با عمق آب آبياري باشند.

4- پلاستيک قرار داده شده در کف استوانه مياني را از يک طرف به آرامي بيرون کشيده و سريعاً وسيله اندازه‌گيري افت آب را برروي سطح آب تنظيم نماييد و زمان را يادداشت کنيد.

5- پايين رفتن سطح آب را با زمان قرائت نموده و يادداشت نماييد.

6- عمق آب نفوذ يافته بر حسب زمان را بر روي  يک کاغذ لگاريتمي رسم نموده ضرايب معادله را بدست آوريد (m شيب خط و c محل تقاطع خط با  محور نفوذ تجمعي است)

7- با مشتق‌گيري از معادله فوق، معادله نفوذ لحظه‌اي را بدست آورده و با استفاده از آن نمودار معادله نفوذ لحظه‌اي را بر روي همان کاغذ رسم کنيد.

به منظور يکنواختي نتايج آزمايشات، ارتفاع آب را در زمانهاي 0, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 150 و 180 دقيقه قرائت نماييد. همچنين چنانچه در طول آزمايش ارتفاع آب درون استوانه از 7 سانتي‌متر کمتر شد، در پايان يکي از زمانهاي تعيين شده با اضافه کردن آب، عمق آب را حدوداً به اندازه عمق آب در شروع آزمايش برسانيد. بديهي است که براي مراحل بعدي آزمايش عمق جديد مبناي اندازه‌گيري افت سطح آب خواهد بود براي آزمايش جدولي مانند جدول زير تنظيم نموده و نتايج را درآن يادداشت نماييد.

ملاحظات	عمق تجمعي  آب نفوذ يافته cm	عمق آب نفوذيافته  cm	عمق آب قرائت شده  cm	زمان تجمعي min	زمان min

آزمايش شماره 11- حرکت آب در خاک

هدف: اندازه‌گيري هدايت هيدروليکي (Hydraulic Conductivity) خاک در آزمايشگاه

هدايت هيدروليکي عبارت است از مقدار آبي که تحت شيب هيدروليکي يک از واحد سطح مقطع خاک عبور مي‌کند. دارسي در آزمايشاتي که در مورد حرکت آب در خاک انجام داد چنين نتيجه گرفت که مقدار آب که در واحد زمان از يک نمونه خاک عبور مي‌کند يا به عبارت ديگر آبدهي يک ستون خاک با اختلاف پتانسيل موجود بين دو مقطع ورودي و خروجي ستون خاک نسبت مستقيم و با طول ستون خاک, يا به عبارت بهتر با طول مسير جريان درخاک نسبت معکوس دارد رابطه پيشنهادي توسط دارسي به صورت زير مي‌باشد:                                     

در اين رابطه Q عبارتست از دبي يا حجم آب عبوري از ستون خاک در واحد زمان، K ضريب هدايت هيدروليکي (هدايت آبي) خاك،  اختلاف پتانسيل هيدروليکي بين مقطع ورودي و خروجي و L طول مسيري که آب در درون خاک طي مي‌کند.

براي اندازه‌گيري هدايت آبي روشهاي مختلفي وجود دارد:

الف: روشهاي صحرايي: شامل 1- روش چاهک 2- روش پيزومتري 3- روش چاهک وارونه 4- روش پمپاژ به داخل چاهک

ب: روش‌هاي آزمايشگاهي: شامل 1- روش بار ثابت (مناسب براي خاکهاي سبک) 2- روش بار افتان (مناسب براي خاکهاي سنگين)

ضريب هدايت هيدروليکي بستگي به خواص خاک و مايع عبورکننده دارد. هرچه مقدار رطوبت خاک بيشتر باشد، مقدار K نيز افزايش مي‌يابد و وقتي که خاک اشباع است مقدار K ماکزيمم است. چون آب فقط از خلل و فرج و يا از آن قسمت از خلل و فرج خاک که از آب پر باشد عبور مي‌نمايد. بنابراين هرچه رطوبت خاک زيادتر باشد خلل و فرجي که آب در خود دارند بيشتر و در نتيجه کانالهاي عبور آب بيشتر و نهايتاً هدايت آبي افزايش مي‌يابد.

در اين آزمايش از روشهاي آزمايشگاهي براي اندازه‌گيري هدايت هيدروليکي استفاده مي‌کنيم. در هر دو روش بايستي نمونه‌ها دست نخورده از اعماق مختلف خاک تهيه و در آزمايشگاه هدايت آبي آنها تعيين گردد.

روش کار:

1-  روش بار ثابت

اين روش براي خاك هاي با بافت سبك مناسب است. روش كار به شرح زير است:

1- ابتدا لايه نازکي از شن در استوانه بريزيد و ارتفاع اين لايه را اندازه‌گيري کنيد لايه شن از خروج ذرات خاک از استوانه جلوگيري مي‌کند.

2- بر روي لايه شن خاک ريخته و آن را فشرده کنيد. ارتفاع ستون خاک و قطر استوانه را اندازه گرفته و يادداشت کنيد.

3- در داخل استوانه به آرامي آب ريخته و مدتي صبر کنيد تا خاک اشباع گردد و آب از پايين استوانه جريان پيدا کند.

4- پس از اطمينان از اشباع شدن خاک استوانه را در زير شير آب قرار دهيد به طوريکه آب به طور مرتب بر روي استوانه بريزد آب اضافي از بالاي استوانه به بيرون ريخته و در نتيجه ارتفاع ستون آب بر روي خاک ثابت مي‌ماند. ارتفاع آب روي خاک را اندازه‌گيري نماييد.

5- زمان را يادداشت نموده و آب خارج شده از پايين استوانه را در ظرفي جمع نماييد.

6- آزمايش را تقريباً به مدت 30 دقيقه انجام دهيد.

7- حجم آب جمع شده را به زمان تقسيم کرده و مقدار دبي را بدست آوريد.

8- با استفاده از رابطه دارسي مقدار هدايت هيدروليکي را بدست آوريد.

2- روش بار افتان

اين روش براي خاك هاي با بافت سبك مناسب است. در اين آزمايش از دستگاهي استفاده مي‌شود که بر روي آن سه لوله شيشه‌اي با قطرهاي متفاوت قرار دارد. وجود اين سه لوله شيشه‌اي با قطرهاي مختلف تعيين نفوذپذيري هر دو نوع خاک ريزدانه و درشت دانه‌ را تسهيل مي‌نمايد (لوله باريکتر مناسب خاکهاي با نفوذپذيري کم و لوله بزرگتر مناسب خاکهاي با نفوذپذيري زياد است). اين سه لوله شيشه‌اي بر روي يک تخته مدرج جاسازي شده و در پايين هر کدام از آنها يک شير قرارداده شده است. اين شيرها از يک طرف توسط لوله لاستيکي به يک منبع شيشه‌اي تأمين آب و از طرف ديگر به لوله‌اي لاستيکي که آب را به قالب نمونه وارد مي‌سازد وصل شده‌اند.

روش كار به شرح زير است:

1- قالب استوانه‌اي را از خاک مورد نظر پر نماييد.

2- يک صافي لاستيکي را روي صفحه پايه مشبک قرارداده و قالب نمونه را بر روي آن قرار دهيد اين صفحه پايه داراي 2 ميله فلزي براي محکم نگهداشتن قالب بين صفحه پايه و درپوش بالايي به کار مي‌رود. آنگاه با محکم نمودن پيچهاي مربوط به صفحه پايه قالب نمونه را بين درپوش و صفحه پايه کاملاً محکم نماييد.

3- نمونه را در سطل پر از آب قراردهيد تا کاملاً اشباع شود و همه حبابهاي هوا از آن خارج شوند. مدت زمان لازم براي اشباع شدن نمونه برحسب نوع خاک متفاوت مي‌باشد.

4- بعد از اشباع شدن نمونه, لوله رابط لاستيکي (که در بالادست به شيرهاي سوزني بورتها متصل است) به ورودي استوانه متصل و محکم نماييد. سپس شير مخصوص هواگيري را باز نماييد (شير بالاي نمونه قرار دارد) تا هواي محبوس در لوله‌ها و در بالاي نمونه خارج شود. حال شير منبع آب را باز نماييد تا جريان آب لازم تأمين شود.

5- شير را مدتي بازنگه داريد تا جريان پيوسته و پايداري ايجاد گردد. سپس شير ورودي آب به نمونه را بسته و شيرهاي بورتها را باز نماييد تا بورتها از آب پر شود. آنگاه شير منبع و شيرهاي بورتها را ببنديد.

تذکر: براي انجام آزمايش در هر نوبت مي‌بايست تنها يک بورت را انتخاب نماييد. برحسب ميزان نفوذپذيري نمونه مورد آزمايش ممکن است يک يا دو يا هرسه بورت براي آزمايش مناسب تشخيص داده شود. چنانچه نفوذپذيري نسبتاً بالا باشد بورت با قطر بزرگ مناسب است برعکس اگر نفوذپذيري کم باشد بورت با قطر کوچکتر مناسب خواهد بود.

6- براي انجام آزمايش همزمان با بازکردن شير بورت مورد نظر زمان‌سنج را به کار اندازيد و حين پايين آمدن آب در بورت ارتفاع آن را در فواصل زماني مساوي قرائت و يادداشت نماييد. برمبناي اين اندازه‌گيريها پيوستگي جريان را کنترل نماييد در اين صورت که براي 3 ارتفاع اندازه‌گيري شده به شرط اينکه فاصله زماني هرجفت اندازه‌گيري مساوي باشد مي‌بايست رابطه زير برقرار باشد.

تذکر: ارتفاع قرائت شده بر روي تخته مدرج ارتفاع آب در بورت تا محل شير سوزني نشان مي‌دهد لذا براي تعيين مقادير h لازمست فاصله قائم مجراي سرريز که نمونه در آن قرار دارد تا شير را به ارتفاعهاي قرائت شده اضافه نماييد.

عدم برقراري رابطه فوق نشان دهنده وجود حبابهاي هوا در داخل نمونه يا لوله‌هاي رابطه مي‌باشد. در اين صورت با بازکردن شير منبع و جريان مستقيم آب, حبابهاي هوا را از نمونه و يا لوله‌ها خارج و مرحله 6 را مجدداً تکرار نماييد. براي اطمينان از دقت نتايج آزمايش را براي هر بورت حداقل 3 بار تکرار نماييد.

براي بورتي که مناسب‌تر تشخيص مي‌دهيد آزمايش را يک بار با حداقل 6 قرائت ارتفاع و ثبت زمان انجام دهيد.

7- مقدار هدايت هيدروليکي را از رابطه زير بدست آوريد:

كه K هدايت هيدروليکي، A₂  مساحت مقطع لوله بورت، A₁ مساحت مقطع نمونه خاک، L طول نمونه خاک، H₀ بارآبي در آغاز آزمايش، H₁ بار آبي در خاتمه آزمايش و t کل زمان براي پايين افتادن آب در بورت از h₁ به h₂  مي باشد.

 آزمايش شماره 12- اندازه گيري شدت جريان آب (1)

هدف: اندازه گيري دبي جريان با استفاده از روش جسم شناور

براي اندازه‌گيري آب دو گروه واحد وجود دارد. گروه اول براي اندازه‌گيري حجم آب و گروه دوم براي اندازه گيري جريان آب يا دبي. واحدهاي اندازه‌گيري حجم که معمول هستند عبارتست از گالن، فوت مکعب، ايکراينچ، ليتر و متر مکعب.

دبي عبارت از حجم آبي است که در واحد زمان از يک مقطع مي‌گذرد، بنابراين بعد آن واحد حجم تقسيم بر واحد زمان است. دبي را بر حسب گالن بر دقيقه، فوت مکعب بر ثانيه، ليتر بر ثانيه و مترمکعب بر ثانيه اندازه مي‌گيرند.

اندازه‌گيري دبي جريان آب به روشهاي مختلف امکان‌پذير است كه از جمله مي توان به روش جسم شناور، روش استفاده از مولينه، سرريزها، فلوم ها و غيره اشاره كرد. انتخاب روش به شرايط محلي رودخانه، دقت مورد نياز در اندازه‌گيري و در اختيار بودن وسايل و امکانات لازم بستگي دارد.

روش كار

در اين روش با اندازه گيري سرعت جريان به كمك يك جسم شناور و سطح مقطع جريان و با استفاده از رابطه زير مقدار دبي جريان محاسبه مي گردد:

در اين روش جسمي مانند يک تکه چوب يا بطري نيمه پر از آب را که وزن مخصوص آن کمتر از آب باشد داخل آب انداخته و سرعت حرکت آب بين دو نقطه مشخص از مسير آب، اندازه‌گيري مي‌کنيم. اين روش ساده‌ترين روش اندازه‌گيري سرعت است.                                     

بين سرعت جسم شناور در سطح آب و سرعت متوسط جريان در آبراهه رابطه‌اي خطي وجود دارد که بصورت زير است:                                           

ضريب K بستگي به عمق آب در آبراهه داشته و مقدار آن بين 6/0 تا 9/0 متغير است که معمولاً 8/0 در نظر گرفته مي شود. بنابراين داريم:

آزمايش شماره 13- اندازه گيري شدت جريان آب (2)

هدف: اندازه گيري دبي جريان با استفاده از مولينه

معمولترين وسيله اندازه‌گيري سرعت آب در آبراهه استفاده از دستگاه سرعت سنج ( مولينه ) يا پروانه آبي است. اساس کار مولينه اين است که قسمت پروانه‌اي يا فنجانکهاي آن در مقابل جريان آب قرار مي‌گيرند. در اثر سرعت آب به چرخش در مي‌آيند چرخش به سرعت بستگي دارد و تعداد دور پروانه با توجه به نوع مولينه بوسيله صداي بوق و يا روشن و خاموش شدن چراغ‌ها و يا شمارشگر بر روي صفحه ديجيتال مشخص مي‌شوند. بين تعداد دور و سرعت جريان آب يک رابطه خطي برقرار است.

کهb  وa ضرايب مربوط به نوع سرعت سنج بوده و توسط کارخانه سازنده همراه کاتالوگ دستگاه در اختيار قرار داده مي شود. براي بدست آوردن سرعت متوسط جريان در اعماق کمتر از 70 سانتي متر سرعت آب را در 6/0 عمق از سطح اندازه‌گيري مي‌کنند. اگر عمق آب بيش از 70 سانتي متر باشد براي اندازه گيري سرعت متوسط آب روشهاي مختلفي وجود دارد.

1- روش دو نقطه‌اي

در اين حالت سرعت جريان را در 2/0 و 8/0 عمق از سطح آب اندازه‌گيري  مي‌کنند و سرعت متوسط از رابطه زير بدست مي‌آيد:                         2- روش سه نقطه‌اي

در اين روش سرعت آب در 15/0 ، 5/0 و 85/0 عمق از سطح آب اندازه‌گيري مي‌کنند و ميانگين آنها سرعت متوسط است:

3- روش پنج نقطه اي

در اين روش سرعت آب در سطح (V_s) ،  در نزديکي کف (V_b) و همچنين در 2/0 ، 6/0 و 8/0 عمق از سطح آب اندازه‌گيري و سپس سرعت متوسط از رابطه زير محاسبه مي شود.                   

  اين روش هنگامي که تغييرات سرعت نسبت به عمق يکنواخت نباشد بهتر از ساير روشهاست.

منابع:

Fixation

Portable