وبلاگ تخصصی مهندسین مرتع و آبخیزداری

پژوهش دیگر در مورد خواص درمانی و داروهای گیاه ماریتیغال:

در گیاه ماریتیغال ترکیبات فعال بیولوژیکی بی نظیری کشف شده است. حدود 60 سال است که از این بررسیها می گذرد و در طی این مدت، بسیاری از بیماریها درمان شده اند.داروهایی که هم اکنون در بازار وجود دارد شامل Silymarin, Legalon Carsyl, Silymar, Silybor است که این داروها اکثراً برای تنظیم محافظت کننده های کبدی تجویز می شوند. فراورده های ذکر شده در بسیاری از جاهها نیز به عنوان مراقبت کننده های کبدی، سیروز کبدی، بیماریهای دیگر کبدی و سیستم هاضمه تجویز می شود. مواد موثر برای تنظیم کردن کبد (سیلی مارین) بیشتر خرج فعالیتهای سم زدایی و حالت ضداکسیدشدگی می شود که مواد اضافه را به سمت غشای تثبیت کننده کیسه صفراوی هدایت می کنند و باعث می شوند متابولیسم کبدی به حالت نرمال درآید.در این بررسی که روی موش موردآزمایش قرار گرفت، جهت آزمایش داروی جدید که از گیاه ماریتیغال بدست آمده است به نام های Extractun silybifludum (عصاره آیکی) و Silybochol را به مرحله اجرا درآورد. ccl₄ در موشها باعث مسموم شدن کبد شده و باعث نقص کبدی می شود.با دادن عصاره آبکی، فعالیت سموم ضدکبدی در کبد افزایش یافت و باعث طولانی تر شدن خواب موشها گردید و تغییر محافظت کنندگی از Silbochol روی کبد موشهایی کم با ccl₄ تحت تأثیر قرار گرفته شده بود بوسیله افزایش چربی Proxidation به مرحله اثبات درآمد و باعث بهبود کبد و دفع سموم کبدی گردید. در این بررسی آمده شده که اصلی ترین فلاوونئید سیلی مارین است، آشکارترین خاصیت آن اثر ضداکسیدکنندگی LDL را دارد و همچنین سیلی کریستین و سیلی دیانین بیشتر به عنوان Proxidant هستند و نمی توانند به طور قابل ملاحظه ای در کاهش ضداکسیدکنندگی LDL نقش داشته باشند. در داروهای حاضر بیشتر غلظت مواد موثره که بیشتر به نام سیلی مارین مطرح می شوند 40% است که برای تهیه این داروها دوز 25-20 mg/kg از سیلی بین دوآن وجود دارد. (25) در یک بررسی موارد استفاده از سیلی مارین بصورت زیر ذکر شده است:

 1- رفع مسمویتهای ناشی از قارچ Amanita phalloide این جنس بصورت گسترده ای در اروپا و امریکای شمالی پخش شده است. این قارچ حاوی دو نوع سم کبدی خیلی قوی هستند. Phaloidin, Amantina بلعیدن یا خوردن اتفاقی این قارچ که تقریباً سالیانه 60 نفر در آمریکا و اروپا گزارش شده است نزدیک به 30% تلفات دارند. در موش بعد از خوردن این سم اگر در دقایق اولیه به آنها سیلمارین بدهند 100% موثر است. این بررسی روی گروهی سگ که این قارچ را خورده بودند نیز انجام شد و دیده شد که سگهایی که سیلیمارین دریافت نکردند با مسمومیت کبدی روبرو شدند و مردند و آنهایی که از 5 تا 24 ساعت بعد از خوردن این سم به آنها سیلیمارین داده شده با مرگ و میر 30 درصدی روبرو شدند و در زمان 36 ساعت بعد از خوردن سم مرگ و میر در آنها 50% افزایش یافت.تأثیر حفاظت کنندگی کبدی در انسان بعد از بلعیدن Amanita با بررسیهایی نشان داده شده است. در یک مطالعه از هر 18 نفر فرد مسموم همگی بعد از دریافت سیلی مارین زنده ماندند. نویسندگان این بررسی عقیده دارند که غلظتهایی از سیلیمارین در 48 ساعت بعد از خوردن Amanita تأثیر زیادی روی جلوگیری از صدمه کبدی دارد.در سال 1995 یک جمعیت 41 نفره که Amanita خورده بودند به علت دریافت نکردن سیلی مارین همگی مردند. در یک گزارش در سال 1996 یک خانواده چهار نفره که Amanita خورده بودند، هر چهار نفر با وجودی که در روز سوم سیلی مارین دریافت کردند زنده ماندند پس گزارش .. بیان کرده است که در مورد مسمومیت ناشی از قارچ جنس Amanita در انسان تا چهار روز بعد از مسموم شدن اگر سیلی مارین دریافت شود، مسمومیت رفع می شود.

 2- بعنوان محافظت کننده کبدی

 Hepatoprotection:A . هپاتیت (التهاب کبدی) Hepatitisطبق این بررسی، سیلی مارین بعنوان درمان کننده هپاتیت های حاد و مزمن موثر اعلام شده است. در هپاتیهای حاد ویروسی، سیلی مارین زمان گسترش ویروس را کمتر کرده است و همچنین میزان بیلی روبین (رنگدانه ای است که از انحطاط هموگلوبین ایجاد می شود) و ترانس امیناسوس (آنزیمهای کالیزکننده انتقال گروه آمین از یک مونتدال دیگر) را کمتر کرده است.در بیمارانی که هپاتیت مزمن داشتند مقدار 420 میلی گرم از سیلین مارین در روز به مدت 6 ماه بهبود آنزیمهای هپاتیت را نشان داد.در یک بررسی در ایتالیا روی 20 بیمار که هپاتیت حاد فعال داشتند میزان 420 میلی گرم در روز از سیلی بین فسفاتیدیل کولیل به مدت 7 روز به بیماران داده شد و طی آن آنزیمهای هپاتیت (AST, ALT, GGT) فسفاتهای آلکالین و تمام بیلی روبینها کاهش یافتند .

B . بیماریهای کبدی و سیروز الکلیک Alcoholic hepatopathy and Cirrhosisدر یک بررسی در یکی از بیمارستانهای فنلاند، یک بیمار با مقدار آنزیمهای هپاتیت بالا (به علت مصرف زیاد الکل) mg/day420 از سیلی مارین را دریافت کرد که آنزیمهای کبدی (ALT, AST, GGT) بعد از چهار هفته در او کاهش یافت.در یک بررسی در مجارستان، 36 بیمار که بیماریهای کبدی الکیکی قدیمی داشتند با دادن 420 میلی گرم در روز از سیلی مارین، آنزیمهای کبدی (ALT, AST, GGT) و تمام بیلی روبین در این بیماران کاهش یافت و در بافت برداری از بافتهای کبدی بعد از 6 ماه از درمان، پتپیداز (دیاستازی است که به عنوان کاتالیزور در هیدرولیز کردن پروتئین ها موثر است) و پروکولاژن III (از بافتهای فیبری فعال) در آنها کاهش یافت و باعث بهبود بافتهای کبدی این بیماران شد.

C . افزایش کلسترول خون Hypercholesterolemiaدر یک بررسی روی رژیم غذایی حیوانات، سیلی مارین همراه با یک رژیم غذایی افزایش دهندة کلسترول خون، باعث افزایش سطح HDL کلسترول خون و کاهش کلسترول صفرا وافزایش کل کلسترول شد.

 D . درمان سیروز Psoriasis سیلی مارین در کبد اجازه دفع اندوتوکسین را میدهد بنابراین می تواند جلوی AMP phosphodisterase و سنتز leukotriens را بگیرد پس در درمان سیروز کبدی بسیار موثر است.

 E . درمان سرطان پروستات Prostate cancerبرسیها نشان داه اند که سیلی مارین قابلیت تکثیر سلولها را کاهش می دهد و سطح های (PSA)  آنتی ژن پروستات و تفاوت سلولها را افزایش می دهد. از angiogenesis (ایجاد عروق در دوران رشد جنینی) و رشد تومورهای پروستات انسانی را کم می کند. (23) (30) (32)

یک بررسی جهت تعیین ترکیب اسیدهای چرب در دانه های گیاه خار مریم (Silybum mariannm) :

گیاه خارمریم (Silybum marianum (L.) Gaertn) از گذشته های دور در درمان بیماریهای کبدی استفاده می شده و دانه های این گیاه حاوی گروهی از ترکیبات فلاونوئیدی می باشند که تحت عنوان سیلیمارین نامبرده می شوند و سیلی بین از مهمترین این ترکیبات می باشد. این دانه ها حاوی مقادیر بالایی از روغن می باشند که پیش از استخراج سیلیمارین از دانه ها جدا می گردد. روغن های گیاهی امروزه منابع مهم تأمین کننده روغن می باشند. نسبت اسیدهای چرب اشباع و غیراشباع در رژیم غذایی افراد با توجه به نقش آنها در حفظ سلامتی خانواده ها حائز اهمیت می باشد. به منظور استخراج روغن مقدار 3 گرم از دانه های خشک شده گیاه خار مریم ساییده شدند و به مدت 10 ساعت در حلال پترولئوم اتر در سوکسله قرار گرفتند. تعیین انواع اسیدهای چرب در روغن متیله شده به روش کروماتوگرافی گازی (GC، شیمادسو 17A) با استفاده از ستون CP-Sil 88 با برنامه دمایی C ْ170 در 5 دقیقه و C ْ190 تا 22 دقیقه انجام شد. مقدار کل روغن استخراج شده 25 درصد بود و 8 نوع اسید چرب شناسایی شدند که عبارتند از پالمیتیک اسید (%25/8)، پالمئوتیک اسید (98/7)، استئاریک اسید (67/6)، اولئیک اسید (58/31)، لینولئیک اسید (36/45)، لینولنیک اسید (9/0)، آراشیدونیک اسید (11/4) و ایکوزانتوئیک اسید (08/0) بودند. 72 درصد از اسیدهای چرب غیراشباع به عنوان یک محصول جانبی در مسیر تولید سیلیمارین می باشند. (6)

 

 

معرفی ماریتیغال:

نام علمی: Silybum Marianumنام انگلیسی: Milk thistle, Ladies"s thistle, Blessed-thistle"s (10.1) نام ایتالیایی: Cardo Mariano (10)نام آلمانی: Silberdistel, Frauendistel , Echte Mariendisted (10) نام عربی: عکوب، حرشف برنی، شوک النصاری (10.1) نام فارسی: ماریتیغال خار علیص، خار هریم، خارسه، خرشجف، تیغ پنبه، شیشه مور، غاغاسره. (1) شمال شرقی اهواز (انگز) (1) جنوب استان فارس (کلرگو) از خانواده: کاسنی (Asteraceae) (2) از راسته: Asterals      

گیاهشناسی:

ماریتیغال، گیاهی است یکساله، که در آب و هوای گرم با خاک سبک شنی می روید. ریشة این گیاه مستقیم، به رنگ روشن و دارای انشعابهای زیادی می باشد. ساقه آن نیز مستقیم است و انشعابهای زیادی دارد. ارتفاع ساقه متفاوت بوده و بین 150 تا 250 سانتی متر است. برگها پهن و شکننده اند و اوایل رویش به شکل روزت روی زمین قرار می گیرند. دمبرگها بلند، بیضی شکل و خاردار می باشند. وجود لکه های سبزرنگ کلروفیل دار و سفید رنگ که بر اثر ایجاد فاصله بین غشاء و سلولهای کلروفیل دارمزوفیل ایجاد شده به ظاهر برگ حالتی شبیه به سنگ مرمر می دهد. حاشیه برگها خاردار بوده و کاپیتولها به شکل بیضی و تا حدودی تخم مرغی شکل هستند. قطر آنها بین 5 تا 8 سانتی متر است. گلهای لوله ای به رنگ بنفش تیره بوده و به ندرت سفیدرنگ می باشند. قسمت خارجی کاپیتولها برجسته و پولک مانند است و از تعداد زیادی زواید خار مانند تشکیل شده اند. میوه (دانه) به شکل تخم مرغ، به طول 8 میلی متر و ضخامت 4 میلی متر است. رنگ آن عموماً قهوه ای تیره است، اما قسمت تحتانی آن به رنگ قهوه ای روشن مشاهده می شود. وزن هزاردانه آن 23 تا 31 گرم است (30). وزن مزبور حدود 22 میلی گرم است. (1) (21) این گیاه به حالت خودرو در کنار جاده های متروک، اراضی بایر و حدود خارجی زمینهای زراعی می روید. برگهای این گیاه بزرگ با کناره های منقسم، دندانه دار، خاردار و به رنگ سبز شفاف است. خارهای نازک و ظریف راس دندانه های برگ این گیاه، رنگ زرد و ظاهر مشخص در مقابل رنگ سبز پهنک نشان می دهد ضمناً چون کناره رگبرگهای آن لکه های سفید وجود دارد، مجموعاً باعث می شود که توجه به مشخصات برگ، باعث سهولت تشخیص آن از گیاهان دیگر این تیره گردد. (10)هر کاپیتول حدود 100 دانه دارد و هر گیاه بین 10 تا 50 کاپیتول ایجاد می نماید. زنگ پوشش غشایی بذر بستگی به وضعیت آب و هوایی در مرحله گلدهی دارد. وقتی هوا سرد و بارانی باشد ممکن است دانه ها بدون رنگ شوند. برگهای تازه روییده از بذر (لپه) از یک دوم تا سه چهارم اینچ پهنا و سه چهارم تا یک اینچ درازا دارند. (1) علی رغم اینکه دانه این گیاه حاوی روغن زیادی است و معمولاً قوه نامیه دانه های روغنی کم است ولی برجستن بعضی از گزارشها بذر ماریتیغال می تواند تا 9 سال در خاک باقی بماند هرچند درصد جوانه زنی از هر سال تا سال دیگر حدود 50% کاهش می یابد.  

پراکندگی جغرافیایی و منشأ:

این گیاه در بعضی از مناطق ایران بصورت خودرو می روید. اطراف مزارع و جاده ها و کنار زمینهای بایر در جنوب کشور بیشتر وجود دارد.منشأ این گیاه نواحی شرقی مدیترانه گزارش شده است و امروزه نیز در جلگه های هموار این نواحی (صفحات دارای اقلیم معتدل شبه مدیترانه ای در فلات ایران) کشت می شود.ماریتیغال در مناطق مختلف کشور ایران مانند چالوس، رودبار، گنبد کاووس و نوده (ارتفاعات 150 تا 200 متری) و در مازندران در مناطق کلاردشت و بابل (ارتفاعات 45 متری) امارت در دره هراز (ارتفاعات 500 متری)، مغرب ایران، آذربایجان در منطقه دشت مرغان. کرمانشان در منطقه کوه نوه و لرستان در باغ سهراب در ارتفاعات 85 متری و خوزستان در مناطق حمیدیه، شوس و رامهرمز و در استان فارس در مناطق فارس در مناطق کازرون، بوشهر و برازجان، ممنی، جهرم و زرین دشت، بصورت خودرو می رویند (9.10).این گیاه در سطوح وسیعی همه ساله در کشورهای آلمان، اطریش، رمانی و غرب آفریقا کشت می شود. آلمان یکی از تولیدکنندگان عمدة دارو از این گیاه است. (2.30)

توانمندی منطقه کاشان در زراعت گیاه دارویی خارمریم:

 در این تحقیق به منظور مطالعه زراعت این گیاه در منطقه کاشان، به دو روش کرتی و نواری، بذرهای گیاه به صورت مستقیم کشت شد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که مناسب ترین زمان کشت مستقیم بذر در مزرعه، اوائل فصل پاییز می باشد. کشت نواری (ردیفی) که فواصل بوته ها 30 تا 50 سانتیمتر و فواصل ردیفها 2 تا 5/2 متر از یکدیگر، بهترین بازده تولید محصول را نشان داد. چرخة رویشی گیاه، هفت ماه و دوره زایشی سه ماه می باشد. میانگین عملکرد بازده تولید بذر در هکتار، بین 1200 تا 1500 کیلوگرم برآورد شد. همچنین متوسط تولید سالیانه علوفه خشک گیاه، 4 تا 5 تن در هکتار می باشد. تنها آفت مشاهده شده در روی گیاه، کرم برگ خوار می باشد که در صورت مبارزه شیمیایی، قابل کنترل می باشد. (5)  

ترکیبات شیمیایی:

اعضای مختلف این گیاه دارای تانن، نوعی ماده تلخ، یک نوع زرین و دانه آن نیز دارای یک ماده روغنی، آمیدن و مواد آلبومینوئیدی می باشد. مواد مذکور در آلبومن دانه، واقع در زیر پوسته خارجی آن وجود دارد. از این نظر برای درمان بیماریها مصرف دانه آن توصیه گردیده است.طبق بررسیهای انجام شده برگ های این گیاه دارای ماده ای به نام کنی سین cnicine است و دانه های آن دارای ماده ای به نام تیرامین (tyramine) است.تیرامین (تیروزامین Tyrosamine، اوته رامین Uteramine ، توکوزین Tocosine، سیستوژن Systogene) به فرمول C₁₈H₁₁NO و به وزن مولکولی 18/137 است. تیرامین از تیروزین، بر اثر جدا کردن کربوکسیل (Carboxyl) از آن بدست می آید. علاوه بر Silybum marianum  در اعضای گیاه دیگری به نام Viscum albun و در بافتهای حیوانی که پوسیدگی و عفونت حاصل کرده باشند، همچنین در پنیر کهنه وارگو (ergot) یافت می شود.تیرامین به حالت متبلور در بنزن یا الکل بدست می آید. در گرمای 145 درجه ذوب می شود. هر گرم آن در 95 میلی لیتر آب 15 درجه و 10 میلی لیتر آب جوش محلول است. در بنزن و گزیلن نیز به مقدار کم حل می شود. کلریدرات آن به فرمول C₁₈H₁₁No.Hcl در مخلوط الکل و اتر به حالت متبلور بدست می آید. نقطه ذوب آن گرمای 269 درجه است در آب حل می شود و محلول حاصل، واکنش خنثی دارد.از میوه Silybum marianum ماده ای به نام سیلی مارین (Silymarin) به فرمول C₂₅H₂₂O₁₀ و به وزن مولکولی 43/482 (شامل سه ایزومر اصلی به نام های سیلی بین (Silibin) سیلی دیانین (Silydianin) و سیلی کریستین (Silychristin) استخراج گردیده است. (10) سیلی مارین نیز ممکن است در تمام اعضای گیاه یافت شود اما غلظت آن در میوه بذور بیتر است. سلی مارین غیرقابل حل در آب می باشد بنابراین نمی توان آنرا به عنوان یک داروی خوردنی تجویز کرد به همین خاطر آنرا به فرمهای مختلف از کپسول درآورده اند. در صورتی که از راه زبانی خورده شود جذب فعال آن کم بوده و حدود 23 تا 47% است. در انسانها و حیوانات بیشترین سطوح بلاسمایی از یک دوز خوردنی بین 4 تا 6 ساعت انجام می گیرد. سیلی مارین بیشتر از راه صفرا جذب و میزان کمتری از راه ادراری جذب می شود. میانگین دوام و پایداری آن 6 تا 8 ساعت است. (32) سیلی بین، سیلی کریستین، سیلی دیانیت دارای فرمول و ترکیب شیمیایی، شکل زیر هستند. (31)

ترکیب شیمیایی:

دانه این گیاه معمولاً دارای 25-20 درصد چربی می باشد که شامل 60-50 درصد اسیداولئیک است که هر دو مصرف خوراکی دارند و لذا از فرآورده های جانبی کارخانه های داروسازی که اقدام به تولید دارو از سیلیمارین می نمایند تهیه مقدار زیادی از روغن خوراکی می باشد که می تواند مستقیماً برای تغذیه مصرف شود. در برخی از کشورها از روغن آن در صنایع آرایشی و بهداشتی استفاده می کنند. (1) برای تعیین میزان فلاوونئیدها و استخراج روغنها، از یک دستگاه سوکسله به همراه 100 میلی گرم اتر به مدت چهار ساعت استخراج شدند.در یک آزمایش طی سالهای 1999.1998 جهت اندازه گیری میزان سیلیمارین از گیاه ماریتیغال از چهار نوع کاپیتول در این گیاه استفاه کردند. زودرسها، متوسط رسها، دیررسها گلهای زودرس دارای 50 میلی گرم بذر، متوسط رس دارای 13 میلی گرم و دیررس ها دارای 21 میلی گرم بذر بودند. در این بررسی نشان داده شد که در سال 1999 که دمای هوای کانادا از سال 1998 گرمتر بوده است (کاشت تحت شرایط دیم) میزان بذر و همچنین میزان سیلی مارلن در کاپیتولها بیشتر بوده است که در گلهایی که دیرتر می رسند و گرمای بیشتری دریافت کرده اند دارای عملکرد بیشتری هستند. (22)       

خواص درمانی:

 استفاده از این گیاه، مدتها به علت عدم تشخیص آن از گونه های مشابه، بین مردم معلوم نبوده است. از قرن 16 میلادی به بعد، مصرف آن در تغذیه و درمان بیماریها بین مردم رایج گردید بطوریکه از برگهای سبز آن بصورت خام در تهیه سالاد استفاده بعمل آمد و ریشه آن نیز در تهیه اغذیه (راگو) و مربا بکار برده شد.ریشه و اعضای هوای این گیاه، طعم تلخ و اثر اشتهاآور، مقوی و مقوی معده و مدر دارند. از این جهت در طب عوام از آنها پیوسته در مداوای بیماریهای طهال و کبد، درمان یرقان، یبوستهای مزمن، دفع رسوبات و سنگهای صفراوی، اشکال وقوع حالت قاعدگی و غیره استفاده بعمل آمده است. در معالجه تشمع کبدی و بطور کلی نارسانی اعمال کبد مفید واقع می شود.بررسیهای W.Bohn در سال 1927 نشان داد که مصرف فرآورده های این گیاه در درمان بیماریهای کبدی که بصورت یرقان بروز نموده باشد و همچنین در رفع دردهای مربوط به طهال (Sptenalgie) اثر مفید ظاهر می کند.Dr. H. Leclere و همکارانش در سالهای 1939.1938 میلادی نشان دادند که فرآورده های دانه این گیاه در درمان پایین بودن دائم فشارخون، رفع سردردهای یکطرفه (Migraines) و کهیر ناشی از آنافیلاکسی، بیماریهای کبدی و عدم ترشح و دفع صفرا یا خستگی های ناشی از کار زیاد، سل ریوی مخصوصاً در مرحله پیشرفته بیماری، اختلالات هضمی، فراخ شدن مرفی سیاهرگهای یک عضوی، انبساط و کشیدگی دردناک سیاهرگهای درون جمجمه، دریا گرفتگی و بروز عوارض ناشی از مسافرت با قطار یا اتومبیل و یا نظیر آن، اثرات مفید ظاهر می نماید.از محاسن فرآورده های این گیاه آن است که هیچگونه مسمومیتی ندارد و می تواند بطور مداوم مصرف شود.بررسی های مختلف نشان داده است که جوشانده و تنطور حاصلی از دانه این گیاه اثر بندآورنده خون ظاهر می نماید. (10) همان طور که گفته شد دانه های ماریتیغال حاوی فلاونوئیدهای ارزشمندی مانند سیلی بین، سیلی کریستین و سیلی دیانین است که مجموع آنها تحت عنوان سیلیمارین شناخته می شود. این مواد نقش عمده در درمان بیماریهایی چون سیروز کبدی دارند و محافظت کننده کبد در مقابل بعضی از عوامل مسموم کننده مانند الفا- آمانتین (Amantin- ) و فلوئیدین (Phelloidin) نیز می باشد. (2) در یک پژوهش، اثر تحریک کنندگی سیلی بینین و سیلی کریستین از بذور گیاه ماریتیغال بر روی بعضی از سلولهای کبدی انجام گرفت. در این بررسی، تعداد از سلولهای کشیده و مقام کبدی در یک نوع میمون آفریقایی را انتخاب کردند که در این سلولها، بیوسنتز پروتئین، DNA و آنزیم لاکتاک دی هیدروژناز به عنوان پارامترهایی که فلاوونئیدها می توانستند بر آنها تأثیرگذار باشند انتخاب شدند.تأثیر تحریک کنندگی فوق العاده سیلی بین روی این پارامترها بیشتر در سلولهای Vore اتفاق افتاد که ایزوسیلی بین سیلی دیانین در این سلولها غیرفعال ظاهر شدند.و نیز در این آزمایش ثابت شد که اگر سلولهای کبدی بوسیله Vincristin, Cisplatin, Paracetamol صدمه ببینند، دادن سیلی بین قبل و بعد از صدمه شیمیایی بوسیله این مواد در سلولهای کلیوی می تواند از تأثیر مسموم ضدکلیوی خودداری کند پس سیلی بین برای سلولهای کلیوی نیز می تواند به عنوان یک محافظت کننده عمل کند. (28)

1-   آغازوخاتمه خشکسالی
بطورکلی تشخیص زمان آغازو خاتمه خشکسالی مساله بسیار مشکلی است . اصولا” زمان آغازخشکسالی عمدتا” به تعریف مورد استفاده وابسته است . بدیهی است که این زمان با توقف آخرین بارش مفید آغازنمی شود بلکه ممکن است تا زمان اتمام ذخیره رطوبت خاک به طول انجامد. این حالت نیز بارشهای هرچند اندک درزمان آغاز خشکسالی ، پیچیدگی خاصی پیدار میکند، بنابراین درحالت کلی می توان گفت زمان آغازخشکسالی ، زمانی است که ذخیره رطوبتی چه درمحیط خاک (خشکسالی کشاورزی ) وچه درمخازن آبی(خشکسالی هیدرولوژیک ) خاتمه یافته باشد . انتهای خشکسالی نیز که مساله قابل توجهی محسوب می شود. پایان خشکسالی نسبت به زمان آغاز محسوستر است .
درامر کشاورزی، پایان خشکسالی ، زمانی است که نزول باران، رطوبت مورد نیاز خاک را تامین نماید. درهیدرولوژی ، زمانی که جریان رودخانه مجددا؛ برقرارشده ومخازن زیرزمینی تغذیه مجددشوند زمانی پایان خشکسالی درنظرگرفته میشود. زمان آغازتاپایان خشکسالی که به عنوان دوره تداوم خشکسالی مفروض خوانده می شود یکی از ویژگیهای اساسی خشکسالی محسوب می گردد. مقیاس زمانی دوره تداوم یک خشکسالی می تواند از روز و ماه تا سال تفاوت نماید. هرقدر دوره تداوم خشکسالی طولانی ترشود، میزان ذخایرآب منطقه ، تحت خطرجدی قرارگرفته و به همین جهت می تواند شدت خشکسالی رخداده را افزایش دهد .

2-   شدت خشکسالی
چنانچه قبلا” نیز ذکر شده قدرمیزان کمبود بارندگی نسبت به شرایط میانگین کمتر باشد به همان اندازه میزان تاثیر خشکسالی بیشتر نمود عینی پیدا می کند . علاوه براین، میزان استمرارحالت خشکسالی دریک منطقه نیزگویای شدت خشکسالی درهمان منطقه است، یعنی درشرایطی که خشکسالی تنها برای یک ماه استمرار داشته باشد احتمال دارد بارش ماه بعد ، میزان کمبود ماه مزبور را جبران نماید، ولی اگر ماه بعدی نیز خود نسبت به شرایط طبیعی کمبود داشته باشد ، به مراتب در شدت بخشیدن به حالت خشکسالی موثر خواهد بود.
میزان کاستی درمتغیر مورد مطالعه و همچنین ، زمان استمرارآن ، بیانگر شدت خشکسالی است . به همین منظور برای مشخص ساختن این عامل درمطالعه خشکسالی ، محققان با استفاده از شاخصهای مختلف سعی می کنند درجه ناهنجاری منفی متغیر مورد مطالعه را نیز مد نظر قراردهند.

3-   فراوانی خشکسالی
فراوانی خشکسالی نیز ازاهم ویژگیهای موردمطالعه دربررسی یک منطقه بشمار     می آید که می تواند درمقایسهای مختلف زمانی ( برای مثال سالانه ، ماهانه و فصلی ) محاسبه شود. با توجه به وجود شدتهای مختلف خشکسالی ، بررسی فراوانیها می تواند برای هریک از آنها با تفکیک صورت گیرد. محاسبه توزیع فراوانی درشدتهای مختلف می تواند درارزیابی قابلیت منطقه مورد مطالعه نسبت به شدتهای مختلف خشکسالی کاربرد داشته باشد. این محاسبه می تواند از طریق توابع توزیع احتمال فراوانی برای بررسی احتمال وبا دوره های برگشت خشکسالی برای پیش بینیهای آتی مورد استفاده قرارگیرد.

4-   وسعت منطقه ای خشکسالی
رخداد خشکسالی می تواند درمنطقه ای با وسعت چند صد کیلومتر اتفاق افتد ولی امکان دارد شدت ودوره تداوم آن درسراسر منطقه یکسان نباشد . خشکسالی قاره ای که خصوصا؛ درمناطق خشک اتفاق می افتد درناحیه وسیعی که صدها ، بلکه هزاران کیلومتر- مربع را می پوشاند ، گسترش پیدا می کند . به نظر محققان استرالیا ، احتمال دارد این پدیده نیمی از استرالیا را درطی 50 سال آینده فراگیرد ( س . ه . ج 1975) دررابطه با وسعت خشکسالی یوجیچ ( 1975 ) براساس تحقیقات خودخواص منطقه ای خشکسالی را بشرح ذیل فهرست نموده است :

الف ) پوشش منطقه ای با شرایط متوسط قاره ای که از 5 تا 15 میلیون کیلومتر مربع را فرامی گیرد.
ب) درنتیجه شدت خشکسالیهای بزرگ ، وسعت آن فراتر از پوشش منطقه ای می گردد.
ج ) انتظارمی رود شکل منطقه تحت تاثیر به وسیله یک خشکسالی ، بیشتر به یک لوزی شبیه   باشدتایک دایره .
دررابطه با وسعت خشکسالی اتفاق افتاده ، سابرامانیام (1967) طبقه بندی جدول 1 را ازنظر شدت خشکسالی عنوان می نماید.

 جدول 1- طبقه بندی وسعت خشکسالی ازنظر سابرامانیام 

 5-   دوره تناوبی رخداد خشکسالی
بررسیهای مربوط به احتمال تکرار خشکسالیها و سایرپدیده های طبیعی به صورت رخدادهای منظم ، بخش زیادی از تحقیقات محققان را به خود اختصاص داده است . بطوری که بیش از 1000 مقاله دررابطه با ارتباط رخدادهای آب و هوایی با سیکل 11 ساله کلفهای خورشیدی تهیه شده است ( بران ورادیر ،1985) کلفهای خورشید عبارت ازلکه هایی هستند که به دلیل اختلاف درجه حرارت درسطح خورشید ، بصورت لکه های سیاهی بنظر می رسند . چگونگی پیدایش این لکه ها هنوز به درستی شناخته نشده است و بیشتر تصور می رود که زبانه کشیدن و درهم پیچیدن توده های گازمشتعل خورشید ، باعث پدیدآمدن آن می گردد.
بابررسی هایی که انجام گرفته ، امروز رابطه میان لکه های خورشیدی با برخی از پدیده های زمینی به اثبات رسیده است (جعفری ، 1360) در رابطه با تناوب رخدادهای خشکسالی ، برخی از محققان علاوه برتناوب 11 ساله به دوره 22 ساله یا چرخه هایی10 پی برده اند (بلم و مولی 1981 ) چرخه دوره ای44 ساله ای نیز به وسیله سانسون (1954) برای تغییرات بارندگی درفرانسه برای منطقه مدیترانه عنوان شده است . برخی از محققان نیز به دوره تناوبی بیشتری اشاره کرده اند . با توجه به کارهای بسیاری که دراین زمینه انجام شده است هنوز قانومندی علمی که بطور قطع مورد تاثیر واقع شود، عنوان نگردیده است . به هنگام کاهش تعداد کلفهای خورشیدی ، خشکسالیهای شدید اتفاق افتاده اند. این گونه مطالعات درسایرکشورها ازجمله استرالیا و هند نیز صورت گرفته است .
علاوه برکلفهای خورشیدی ،مطالعاتی نیز دررابطه با ارتباط رخداد خشکسالیها با سیستمهای گردش عمومی جو وعوامل تاثیرگذار بر آن و همچنین با پدیده ال نینو یا دمای سطح دریا ، ارتباط بین اقیانوسها و خشکیها و … انجام شده است . (لاکود “ 1988) .

برداشت بی‌رویه از آب‌های زیرزمینی یکی دیگر از چالش‌های اساسی کشور در رابطه با بیابان زایی محسوب می شود. این موضوع اگرچه در اکثر دشت های کشور نمود کاملا آشکاری دارد اما در مناطق بیابانی کشور که غالب این دشت ها در اطراف کویرها و ماندابهای شور مرکزی و ساحلی (جنوب) آنهم با خشکسالی های پی در پی قرار گرفته است سبب شده است که سطح سفره‌های آب زیرزمینی به‌شدت افت نموده (نمودار شماره 6) و نفوذ آبهای شور را به آبخانه های مجاور کویر فراهم آورد. مطالعات انجام شده در اطراف دریاچه نمک و حوض سلطان قم نشان می دهد که در یک دوره سی ساله (1382-1352) جبهه آب شور حدود 5 کیلومتر بسمت آبخانه های آب شیرین پیشروی داشته که این عامل موجب تشدید بیابانزایی در منطقه مذکور شده است(5). بررسی آمار و ارقام موجود نشان می‌دهد که در اکثر دشت های کشور به دلیل افت سطح سفره‌های آب زیرزمینی تراز آنها منفی است و میزان تخلیه غیر مجاز بوسیله چاههای عمیق توازن و تعادل آب های زیر زمینی را بر هم زده است. از این رو باید این واقعیت را قبول کنیم که نرخ مجاز برداشت از منابع آب را باید استعداد طبیعی منطقه در تغذیه آبخوان تعیین کند و نه نیاز بشر به آب و چه بسا بیابان زایی عقوبت عدم درک این آموزه است. باید گفت اگرچه سالیان متمادی آبیاری به عنوان ساده ترین و تنها چاره درد برای تولید غذای بیشتر در مناطق بیابانی مطرح بوده است اما به دلیل روش های نادرست و غیرعلمی و صرفا آبیاری سنتی ، گذشته از اتلاف آب محدود موجود در این مناطق در بسیاری از موارد اراضی کشاورزی تبدیل به بیابان و کویر شده اند. از طرفی توسعه کشاورزی از طریق گسترش سطح کشت آبی به جای افزایش تولید در واحد سطح یکی از معضلات کشاورزی ایران بشمار می رود این در حالی است که راندمان پایین آبیاری در بخش کشاورزی به دلیل مشکلات ساختاری و فقدان مدیریت مصرف آب از عمده‌ترین عوامل افت کمی و اتلاف منابع آب کشور محسوب می شوند بطوریکه میزان کارآیی مصرف آب در بخش کشاورزی به‌طور متوسط حدود 30 درصد برآورد می‌شود در حالیکه این رقم در دنیا در حد 40 تا 45 درصد است. این موضوع وقتی اهمیت پیدا می کند که بدانیم در کشورهایی مثل هند و پاکستان بالابردن بازده آبیاری به اندازه 10درصد می تواند آب اضافی برای آبیاری 2 میلیون هکتار زمین را تامین کند(6). اکنون کاملا پیداست که بالابردن راندمان آبیاری ولو به اندازه 5 تا 10درصد برای کشاورزی ایران که حدود 95 درصد آب کشور را بخود اختصاص داده است چقدر مهم و کارساز است و می تواند سهم قابل توجهی از پمپاژ آبهای زیرزمینی را جبران نماید. گذشته از راندمان پایین آبیاری، متاسفانه راندمان تولید محصول به ازای واحد آب مصرفی نیز در کشور پایین است. در بهترین حالت، کارایی مصرف آب در ایران، 7/. کیلوگرم محصول برای مصرف یک متر مکعب آب برآورد می شود در حالیکه متوسط جهانی یک کیلو گرم محصول است(10). با در نظر گرفتن محدودیت های فوق متاسفانه هنوز هم به جای پرداختن به افزایش تولید در واحد سطح، در بسیاری موارد صحبت از افزایش سطح زیر کشت می شود غافل از اینکه این موضوع، دو معضل بوجود آورده است؛ مشکل اول یعنی با افزایش سطح کشاورزی ، سطح بیابانها و شوره زارها گسترده ترشده است ؛ دوم اینکه علاوه بر افت سطح آبخوانها، کیفیت آب هم بدتر شده است و با این روش خواسته یا ناخواسته در جهت بیابان زایی گام برداشته می شود زیرا بدون توجه به امکانات سفره آب زیرزمینی و آبخوان ها اقدام به حفر چاه عمیق می شود! آب که پمپاژ می شود ، با پمپاژ بی رویه آب، علاوه بر آنکه سطح آب زیرزمینی پائین میرود ، تعادل هیدرو استاتیک بین آب شور و آب شیرین بهم می‌خورد، آب شیرین که پمپاژ شد آب شور زیر زمین به طرف سفره‌ی آب شیرین هجوم می آورد و در پمپاژ‌های بعدی به مرور زمان، آب شور میشود، آب شور که بالا آمد در سطح زمین خاک را شور می‌کند خاک که شور شد محصول کم میشود  محصول که کم شد زمین همجوار و جدید بزیر کشت می رود و این روند ادامه می یابد تا وقتی که به خود می آییم و می بینیم که در روی زمین شوره زار و کویر درست کرده ایم و در زیر زمین سطح سفره آب آنچنان افت کرده که باید چاه را کف شکنی کرد.

بد نیست به این مطلب اشاره کنم که؛ مشکل دیگری که در اثر افت سطح آبهای زیرزمینی خودنمایی می کند نشست زمین است. پدیده ای که هم اکنون نشانه های آن در مناطق مختلف کشور از جمله ورامین، رفسنجان، زرند کرمان و همدان بروز کرده است. بررسی‌های کارشناسان سازمان نقشه‌برداری و زمین‌شناسی نیز حاکی از بروز این پدیده مخرب در جنوب تهران است. براساس محاسبات و اندازه‌گیری‌های صورت گرفته از سوی سازمان نقشه‌برداری(9) از سال 74 تاکنون سطح وسیعی از اراضی جنوب تهران در محدوده مناطق 17، 18 و 19 به ویژه اطراف محدوده اتوبان آزادگان بین 60 تا 187 سانتی‌متر فرونشست داشته‌اند(تصویر شماره 7).

 

نقش آب در مهار بیابانزایی:

همانطور که قبلا گفته شد دو جلوه اساسی آب در رابطه با بیابانزایی؛ جاری شدن سیلاب از بالادست حوضه و تجمع آن در پایاب آنهم پس از آلوده شدن به املاح گچ و نمک در طول مسیر است و دیگری برداشت بیش از حد مجاز آب و در نتیجه افت سطح سفره های آب زیرزمینی و عواقب بعدی آن است. از این رو چنانچه تمهیداتی برای مهار و کنترل سیلاب در بالادست حوضه آبخیز اندیشیده شود از عوافب بعدی آن که منجر به بیابانزایی می شود کاسته خواهد شد. این موضوع رابطه نزدیک و هماهنگ آبخیزداری و بیابان زدایی را نشان می دهد. موضوعی که متاسفانه در بخش های اجرایی و بعضا تحقیقاتی کمتر بدان توجه می شود. چه، هر یک از بخش های مربوطه از سالها پیش عملیات آبخیزداری و مهار بیابان زایی را در گستره کاری خود بدون تعریف سرفصل های کاری مشترک انجام می دهند ولی کماکان هر بخشی و بویژه بخش بیابانزدایی بدون توجه به مناطق بالادست حوضه های آبخیز عملیات خود را در مناطق پایین دست متمرکز کرده است.  لذا ذکر این موارد برای توجه و امعان نظر به مناطق بالادست حوضه های آبخیز جهت برنامه های مهار بیابان زایی است. اقدامی که تا کنون از طرف بخشهای اجرایی به آن توجه کافی نشده و صرفا عملیات مهار بیابان زایی در محل بروز و ظهور آثار این پدیده جستجو شده است. از این رو  و برخلاف تصور هرگونه اقدامی که در مناطق بالادست حوضه های آبخیز برای جلوگیری از بروز و تشدید سیلاب صورت گیرد می تواند عملی در جهت مهار بیابانزایی قلمداد شود خواه این کار توسط بخش آبخیزداری وزارت جهاد کشاورزی باشد و یا وزارت نیرو . لذا تعامل هرچه بیشتر این واحدهای درون و برون سازمانی برای هم افزایی امور مربوط به آبخیزداری و مهار بیابانزایی آنهم در زمانی که تمامی دستگاههای دولتی برای ارایه برنامه های راهبردی سند چشم انداز 20 ساله جمهوری اسلامی ایران (افق 1404) بسیج شده اند یکی از ضروریات کار است.

 عملیات آبخیزداری در جهت مهار بیابانزایی است :

آبخیزداری و مدیریت کاربری اراضی در درجه اول نقش پیشگیری سیلاب را تاقبل از تشکیل آبراهه های بزرگ و تولید رواناب و رسوب قابل ملاحظه درمحلی که بارش نازل میشود برعهده دارد چرا که بررسی فرایند تولید رواناب و سیلاب به خوبی روشن می سازد که غیر از ویژگیهای رگبارش و یا ذوب برف و برخی اختصاصات نسبتا" پایدار حوضه آبخیز، می توان در سایرمولفه ها نظیر نفوذ، ظرفیت ذخیره ، تبخیر و تعرق، افزایش زمان متمرکز و یا انتقال رواناب تغییراتی را برای کاهش دبی اوج و یا حجم سیلاب بوجود آورد بنا براین یکی از مهمترین عملکردهای عملیات آبخیزداری افزایش میزان نفوذ و کاهش سرعت رواناب سطحی توام با حفظ آب و خاک درسطح حوضه می باشد. مدیریت صحیح اراضی از جمله رعایت اصول درست و علمی کشاورزی در اراضی شیبدار و متناسب باعمق وحاصلخیزی خاک توام با انتخاب گونه یا گونه های مناسب و سازگار نقش بسیار مفید و مثبتی در افزایش میزان خلل وفرج ، نفوذ و کاهش سرعت رواناب سطحی و آبراهه ای دارد. از جمله این عملیات می توان به کشت نواری و درجهت عمود برشیب دامنه ها، رعایت حدود شیب مناسب برای انواع زراعت ها وهمچنین تناوب زراعی را برشمرد. عملیات بیولوژیک همگام با عملیات مکانیکی سازه ای آبخیزداری نظیر بانکت بندی ، تراس بندی و سایر روشهای ذخیره نزولات در دامنه ها و احداث بندهای اصلاحی و حفاظتی در آبراهه ها تاثیر چشم گیری در افزایش نفوذ و کاهش سرعت جریانهای سطحی و آبراهه ای به خصوص در سیلابهای کوچک و متوسط دارد. بدیهی است پس از انجام عملیات برشمرده فوق، از رواناب اضافی جاری شده از سراب حوضه می توان در پایاب حوضه در جهت پخش و گسترش سیلاب استفاده کرد. بنابراین در حال حاضر عمده عملیات آبخیزداری برای مهار آب و سیلاب در دو قسمت از حوضه های آبخیز صورت می گیرد.

الف- مدیریت وکاربری حوضه در سراب (برای کاهش سیلاب)

همانطور که دیده می شود عموما کارهایی که در سراب حوضه های آبخیز صورت می گیرد بیشتر مربوط به مدیریت و کاربری حوضه است در واقع مدیریت و کاربری اراضی همان اقداماتی است که برای حفاظت از آب وخاک و درنهایت کاهش سیلاب و رسوب )کاهش و مهار خسارات سیل) انجام می شود در این مورد دو هدف کلی زیر مورد توجه قرار می گیرد

1-ایجاد و توسعه پوشش گیاهی به منظور افزایش نفوذ پذیری و ذخیره رطوبت،

2- عملیات سازه ای کوچک و متوسط در آبراهه ها برای کاهش فرسایش و افزایش ذخیره آب.

با توجه به توضیحات مشروحی که  فوقا بدان اشاره شد تامین دو هدف فوق از نظر آبخیزداری که سبب نفوذ آب به سفره های آب زیرزمینی و جلوگیری از فرسایش خاک و انباشت آن در پایاب حوضه می شوند، هر یک به نوعی منجر به مهار بیابان زایی می شود

ب-پخش و گسترش سیلاب در پایاب حوضه

بطور معمول پخش و گسترش سیلاب با اهداف زیر انجام می گیرد:

1- تغدیه مصنوعی آبخوانها به منظور جلوگیری از:

?        پیشروی آبهای شور در  لایه های آب شیرین

?         نشست زمین

2-تثبیت شن های روان با استفاده از مواد معلق موجود در سیلاب مانند لای، رس و مواد آلی،

3- آبشویی خاکهای شور،

4- احیای زمین های فرسایش یافته از طریق ایجاد بندهای خاکی،

5- احیای مراتع و پوشش گیاهی منطقه و درختکاری بمنظور ایجاد بادشکن،

با نگاهی به اهداف پخش سیلاب متوجه می شویم که تمام سرفصل های کاری مربوطه هر یک به نوعی در جهت مهار بیابان زایی است

در یک نتیجه گیری کلی می توان گفت، اجرای طرح های آبخوانداری و پخش سیلاب ، تغذیه مصنوعی ، ارتقا و بهبود کیفیت و کمیت آبیاری برای جلوگیری از اسراف و اتلاف آب و همچنین برخی اقداماتی که مستقیما در اختیار وزارت نیرو می باشد از جمله جلوگیری از بهره برداری و انسداد چاههای غیر مجاز، کنترل بهره برداری چاههای دارای پروانه و امثال آن راهکارهایی برای جلوگیری از پدیده بیابان زایی محسوب می شوند. بنا براین از نظر علوم مربوطه عرصه کاری عملیات آبخیزداری و بیابان زدایی نمی تواند جدای از هم باشند و در عمل نیز مدیریتی درست و کارآمد است  که بتواند هرچه بیشتر دیدگاهها و تعاملات درون و برون سازمانی را به هم نزدیک کند. مشکلی که هم اکنون بوضوح در سطوح مختلف سازمانی دیده می شود .

  

مراحل ساخت بندهای سنگریزه ای

Partially and Fully Contracted Rectangular Weirs

Kindsvater and Carter (1959) developed an improved method for calibration rating of rectangular thin-plate weirs. The method applies to both fully and partially contracted rectangular weirs. The method also rates the equivalent of a suppressed weir. The capability of rating partially contracted weirs provides design versatility, especially in selection of low crest heights to reduce head drop and side contraction needed to measure flow. Thus, these weirs can reduce head loss and conserve delivery head. These weirs have coefficients that vary with measuring head as well as geometry. The resulting calibrations are at least as accurate as the equations and tables for "standard" fully contracted weirs. Weir use and dimension limits are defined by the curves for determining the calibration ratings.

The basic equation for the Kindsvater-Carter method is:

where:

Q = discharge, cubic feet per second (ft³/s)
e = a sub denoting "effective"
C_e = effective coefficient of discharge, ft^1/2/s
L_e = L + k_b
h_1e = h₁ + k_h

In these relationships:

k_b = a correction factor to obtain effective weir length
L = measured length of weir crest
B = average width of approach channel, ft
h₁ = head measured above the weir crest, ft
k_h = a correction factor with a value of 0.003 ft

The factor k_b changes with different ratios of crest length, L, to average width of approach channel, B. Values of k_b for ratios of L/B from 0 to 1 are given on figure 7-4. The factor k_h is a constant value equal to 0.003 ft.

 

Figure 7-4 -- Value of width-adjustment factor from Georgia Institute of Technology tests (courtesy of American Civil Society of Engineers).

The effective coefficient of discharge, C_e, includes effects of relative depth and relative width of the approach channel. Thus, C_e is a function of h₁/p and L/B, and values of C_e may be obtained from the family of curves presented on figure 7-5. p is the vertical distance from the weir crest to the approach pool invert.

 

Figure 7-5 -- Effective coefficient of discharge, Ce, as a function of L/B and h1/p, from Georgia Institute of Technology tests (courtesy of American Civil Society of Engineers)..

The straight lines on figure 7-5 have the equation form:

(7-2)

where:

C_e = effective coefficient of discharge
C₁ = equation coefficient
h₁ = head on the weir (ft)
p = height of crest above approach invert (ft)
C₂ = equation constant

For convenience, the coefficients and constants for straight lines of each L/B on figure 7-5 are given in the following tabulation for interpolation:

Table 7-1. Coefficient and constants used in determining the effective coefficient of discharge for the Kindsvater-Carter method
L/B	C1	C2
0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0	-0.0087 0.0317 0.0612 0.0995 0.1602 0.2376 0.3447 0.4000	3.152 3.164 3.173 3.178 3.182 3.189 3.205 3.220

The straightforward, comprehensive, and accurate Kindsvater-Carter method of determining discharges for rectangular weirs is well suited for discharge rating use. It is particularly useful for installations where full crest contractions or full end contractions are difficult to achieve.

Traditional rectangular weirs that do not meet crest height limits or that are using the older methods of correcting for velocity of approach should be recalibrated using the Kindsvater-Carter method. Weirs that fall out of the limits of the Kindsvater-Carter rating curves need replacement or field calibration by thorough current metering.

Limits on usage and dimensions are:

• The calibration relationships were developed with rectangular approach flow and head measurement sections for these weirs. For applications with other flow section shapes, the average width of the flow section for each h₁ is used as B to calculate discharges.
• The crest length, L, should be at least 6 in.
• The crest height, p, should be at least 4 in.
• Like all weirs used for head measurement, h₁ should be at least 0.2 ft .
• Values of h₁/p should be less than 2.4.
• All the requirements in section 5 apply.
• The downstream water surface elevation should be at least 2 in below the crest.
• All the approach flow conditions in chapter 2 apply .

Fully Contracted Standard 90-Degree V-Notch Weir

The triangular or V-notch, thin-plate weir is an accurate flow measuring device particularly suited for small flows.

(a) Traditional Equation for Standard 90-Degree Contracted V-Notch Weirs

The Cone equation is commonly used for 90­degree V-notch weirs. This equation is reliable for small, fully contracted weirs generally encountered in measuring water for irrigation.

The Cone equation is:

where:

Q = discharge over weir in ft³/s
h₁ = head on the weir in ft

(b) Discharge of 90-Degree Contracted V-Notch Weirs

Table A7-4 contains discharges in cubic feet per second for the standard 90-degree, fully contracted V-notch weir (figure 7-1) from the Cone equation for a range of heads ordinarily used in measuring small flows. To be fully contracted, all the overflow plate edges and the point of the notch must be located at least a distance of 2h_1max from the approach flow boundaries.

(c) Limits of 90-Degree Contracted V-Notch Weirs

The crest of the weir consists of a thin plate beveled 45 degrees or greater from the vertical to produce an edge no thicker than 0.08 in. If heads will be frequently near the 0.2-ft lower limit, then the bevel-ing should be 60 degrees. This weir operates as a fully contracted weir, and all conditions for accuracy stated for the standard contracted rectangular weir apply. To be fully contracted, all the overflow plate edges and the point of the notch must be located at least a distance of two measuring heads from the approach flow boundaries. The head measuring station is located a distance of at least four measuring heads upstream from the weir crest. This 90­degree V-notch weir should only be used for discharges between 0.05 and 4.25 ft³/s and should not be used consistently near the high end of this range because a 2-ft fully contracted rectangular weir will deliver the same flow at 40 percent less head for the same approach channel width. All the requirements of section 5 apply. All the approach flow conditions in chapter 2 apply.

The use of the Kindsvater-Shen method for rating V-notched weirs can considerably extend the limitations described above

-Notch Weirs of Any Angle

The Kindsvater-Shen relationship can be used for fully contracted notches of any angle between 25 degrees and 100 degrees (Kulin and Compton, 1975). The equation which includes the angle as a variable is written as:

where:

Q = discharge over weir in ft³/s

C_e = effective discharge coefficient

h₁ = head on the weir in ft

h_1e = h₁ + k_h

= angle of V-notch

The head correction factor, k_h, is a function of (figure 7-6a). However, for fully contracted traditional 90-degree V-notch weirs, equation 7-6 and the rating table discussed later produce comparable accuracy.

Figure 7-6a -- Head correction factor, k_h, for V-notches of any angle (courtesy of National Bureau of Standards, Kulin et al. [1975]).. Figure 7-6b -- Effective coefficient, C_e, for fully contracted V-notches of any angle (courtesy of National Bureau of Standards, Kulin et al. [1975])..

For fully contracted V-notch weirs, the value of k_h is related to as given on figure 7-6a, and values of C_e are read from figure 7-6b. Partially contracted 90-degree V-notches only can be rated using figure 7-7 to obtain C_e values. The calibration relationships were developed with rectangular approach flow and head measurement sections for these weirs. For applications with other flow section shapes, the average width of the flow section for each h₁ is used as B to determine coefficients.

Bos (1989) and International Organization for Standardization (1983) explain and define limits basic to the use of these figures. Precautions and restrictions concerning the use of V-notch weirs are as follows:

(a) V-notch weirs should not be designed beyond the range of the parameters plotted on figures 7-6 and 7-7. Only the 90-degree V-notch weir can be made partially contracted through the use of figure 7-7.

(b) The water surface downstream from the weir should always remain at least 0.2 ft below the notch. Lower discharge readings should be rejected if the contraction is not springing underneath for the entire nappe length.

(c) The measuring head should be greater than 0.2 ft because precision of head measurement error is large relative to smaller head depths, and the nappe may cling to the weir plate.

(d) For the fully contracted V-notch, the maximum measuring head should be less than 1.25 ft.

e) For the partially contracted V-notch, the maximum head should be less than 2 ft

f) For fully contracted V-notches, the h₁/B ratio should be equal to or less than 0.2.

(g) For the partially contracted 90-degree notch, h₁/B should be equal to or less than 0.4

h) The average width of the approach channel, B, should always be greater than 3 ft for the fully contracted V­notch.

(i) For the partially contracted 90-degree V-notch, the approach channel width should be greater than 2 ft.

(j) The V-notch of the weir should always be located at least 1.5 ft above the invert of the weir pool for fully contracted weirs.

(k) Only the 90-degree V-notch can be partially contracted, but the point of the notch must be located at least 4 in from the channel invert.

(l) All the requirements in section 5 apply.

(m)All the approach flow conditions in chapter 2 apply.