پروژه رشته محیط زیست درمورد وقوع سیلاب و آثار مخرب آن – قسمت دوم

 

بطور مثال رودخانه ای با شیب زیاد در نظر بگیرید كه مواد بستر آن تقریباً یكنواخت می باشد. در حین انجام پروسه كف كنی، مواد بیشتری از قسمتهای بالا دست یعنی نزدیكی های سد و مواد كمتری از قسمتهای پایین دست برداشته می شود. در اثر این عمل شیب رودخانه كاهش می یابد. كاهش شیب تحت تاثیر نقطه كنترل در پایین دست می باشد، این نقطع ممكن است یك سد انحرافی باشد. كاهش تدریجی شیب بستر رودخانه باعث می شود تا پدیده كف كنی متوقف شود.

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه   کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان   کنید

حال چنانچه مواد بستر غیر یكنواخت باشند، در ابتداء كه شیب زیاد است، احتمالاً تمام ذرات بستر در حركت خواهند بود. از آنجائیكه تنش برشی در بستر رودخانه    تابعی از شیب بستر
می باشد. با كاهش شیب تنش برشی به حدی خواهد رسید كه از تنش برشی بحرانی برای ذرات D90 یا D80 كمتر شده، در نتیجه این ذرات در بستر باقی خواهند ماند كه تقریباً تمام سطح بستر را
می پوشانند. این كار با گذشت زمان و تجمع تدریجی ذرات درشت تر در سطح كف رودخانه بوقوع می پیوندد. كه این امر باعث توقف عمل كف كنی گردیده و همانطور كه خواهیم دید این لایه درشت دانه را ( Armor Coat) نامند.

3-1-3- آرمورینگ بستر رودخانه در اثر كف كنی:

ذرات ریز موجود در مواد بستر در پایین دست سدها به آسانی بوسیله جریان حمل می شوند و ذرات درشت در كف رودخانه باقی می مانند. اگر نیروی درك (Drag Force) ناشی از جریان آب جهت حركت دادن ذرات درشت دانه كافی نباشد. هیچگونه فرسایشی در بستر روی نخواهد داد چرا كه بتدریج بستر رودخانه دارای یك پوشش از ذرات درشت دانه گردیده و بطور مثال اگر (mm) D50=5 بوده و این مقدار به (mm) D50=30 افزایش یافته و این تغییر باعث كنترل نسبی فرسایش می شود و نیروی درك جریان توان فرسایشی این لایه و جابه جایی ذرات آنها نخواهد داشت، و این در حالی است كه رودخانه هنوز ظرفیت حمل مواد بستر را دارد. این لایه ایجاد شده را ( Armor Coat ) و این پدیده را آرموینگ گویند. هرگاه نیروی درك ناشی از جریان كه بر روی ذرات بستر عمل می كند بزرگتر از نیروی مقاوم ایجاد شده به وسیله ذرات كف باشد. ذرات و مواد بستر همواره جابه جا شده و تحت چنین شرایط نامتعادلی هیچگاه پدیده آرموینگ بوقوع نخواهد پیوست. ممكن است كه لایه زیرین لایه آرمور حاوی مواد ریزدانه باشد، حال اگر سیل عظیمی رخ دهد و شرایط هیدرولیكی تشدید شود. احتمال دارد لایه مذكور از بین برود و دوباره فرسایش و كف كنی ادامه یابد، تا اینكه مجدداً لازه آرمور تشكیل گردیده و فرسایش كنترل شود.

روشهایی برای پیش بینی تشكیل این لایه و عمق تشكیل آن وجود دارد و اینكه آیا به طور كلی این لایه بوجود خواهد آمد یا خیر.

3-1-4- انواع دیگر كف كنی   Anothor type of degradation)):

از انواع دیگر پدیده كف كنی عبارتند از :

1- پایین افتادن سطح مبنا                 (Lowering of base level)

یكی از دلایل فرسایش پیشرونده و شتابنده در مجاری طبیعی پایین افتادن سطح مبنا می باشد،
كف كنی بستر رودخانه ممكن است پایین افتادن سطح مبنا را در پایین دست مجرا طی مدت نسبتاً كوتاهی جلو بیاندازد. در این حال پروفیل طولی بستر تغییر می یابد. با توجه به شكل (3-3) مشخص می گردد كه این نوع كف كنی با تغییر تراز بستر در نقطه انتهای پایین دست مجرا رخ می دهد. سپس این تغییر به سمت بالا دست حركت می كند. ممكن است این حالت شرایط محل ارتباط یك رودخانه به یك دریاچه یا هور باشد كه با تغییر شرایط هیدرولیكی شیب خط انرژی در محل تلاقی افزایش یافته و به علت تغییر شرایط هیدرولیكی بستر دچار كف كنی می گردد. پس این تاثیر به بالادست منتقل می شود. همچنین در محل اتصال دو شاخه جریان ممكن است این حالت رخ
می دهد.

2- حركت نقاط شیب به سمت بالا دست                    (Knick point migration):

وجود نقاطی كه در آن محل شیب كف مجرا بطور ناگهانی تغییر یافته است ( به این نقاط
Kinck Point گفته می شود). باعث می گردد كه در شرایطی بعلت افزایش تنش برشی در محل تغییر شیب، نقطه اتصال دو سطح شیب دچار فرسایش گردیده و مواد بستر به سمت پایین دست حركت می نمایند. و این در حالی است كه نقطه تغییر شیب جدید به بالا دست منتقل می گردد. پس این پدیده نیز نوعی كف كنی است.

3-2- پدیده بالا آمدن بستر (Aggradation):

اگر میزان مواد رسوبی وارده به یك رودخانه بیشتر از طرفیت حمل رسوب رودخانه باشد، بخشی از این موارد رسوبی در بستر رودخانه ته نشین شده و در نتیجه تراز كف رودخانه افزایش می یابد كه این پدیده را اصطلاحاً بالا آمدن بستر (Aggradarion) گویند. این پدیده كی از علل اصلی كاهش ظرفیت كانالها و رودخانه ها بوده كه نتیجه آن افزایش تراز سطح اب و سرریز شدن سیل بندهای رودخانه ها می باشد. یك نمونه بارز روسبگذاری و بالا آمدن بستر را می توان در افزایش كلی ارتفاع بستر رودخانه های ساحلی منتهی به مخازن سدها و هورها، همچنین رودخانه های جز و مدی مشاهده نمود. وقوع پدیده بالا آمدن بستر اغلب به علت افزایش میزان بار روسوبی در یك قسمت از رودذخانه آغاز می شود و این در شرایطی است كه نغیری در دبی و اندازه رسوبات بستر صورت نگرفته باشد.

رسوبگذاری در مخازن سدها نیز شكل دیگری از بالا آمدن بستر می باشد. با احداث سدی بر روی یك رودخانه در بالادست سد ردیاچه ای ایجاد می شود. سپس به علت تشكیل فرار آب (Back Water) در بالا دست مخزن سرعت جریان رودخانه به سمت مخزن كاهش می یابد، لذا ذرات درشت دانه رد مسافت دورتری از سد ته نشین می شوند و ذرات ریزتر در محلی نزدیك تر به سد ته نشین می شوند، با ادامه این روند به ویژه در مخازن كوچك سدهای انحرافی با سرعت بیشتری انجام شده و بعضاً بستر رودخانه تا نزدیكی تاج سد و یا بیشتر از آن بالا می آید و جزایر بزرگی در بالا دست این سدها تشكیل گردیده كه تا حدودی مشكلاتی در آبگیری از مخزن سد ایجاد می نماید.

بنابراین مشاهده می شود كه بستر رودخانه های آبرفتی بطور مداوم در حال تغییر می باشد. این تغییرات كم یا زیاد تابع شرایط هیدرولیكی رودخانه بوده و بسته به شرایط یكی از دو پدیده كف كنی (Degradation) یا بالا آمدن بستر (Aggradation) در رودخانه بوقوع می پیوندد. از آنجائیكه این تغییرات بطور مستقیم بر پروفیل سطح آب تاثیر می گذارد، لازم است كه در حل معادلات
(ST. Venant) یا هر معامله دیگری كه پروفیل سطح آب را مشخص می كند، تغییرات پروفیل بستر و تراز كف را در نظر گرفت.

بین بار رسوبی وارده به هر قطعه از رودخانه، میزان رسوبگذاری یا فرسایش و اندازه با رسوبی خارج شده از این قطعه یك ارتباط منطقی و ریاضی وجود دارد كه همانند جریان آب عبوری از یك كانال، تابع اصل بقای جرم یا قانون پیوستگی می باشد. بنابراین معادله ای تحت عنوان معامله پیوستگی جرم رسوب (Continuty eq. of Sediment) بر تغییرات بستر حاكم می باشد و لازم است سه معادله پیوستگی جریان و ممنتم و معامله پیوستگی جرم رسوب باهم حل كردند تا تغییرات بستر رودخانه همزمان با پروفیل سطح آب مشخص گردد.

3-3- معادله پیوستگی رسوب (Continuty eguation of Sediment):

به منظور تعیین ارتباط پیوستگی رسو. قطعه ای از كانالی را كه مواد رسوبی حمل می كند به طول DX در نظر می گیریم (شكل 3-5). اگر qs دبی حجمی رسوب وارده به این كانال در واحد عرض و B عرض قطعه مورد نظر در وسط باشد بنابراین كل دبی رسوب حمل شده از این برابر با qsB خواهد شد. دبی خالض رسوب وارده به این قطعه از كانال را با تغییرات زمانی حجم رسوب در این قطعه از كانال به شرح ذیل مساوی قرار داده، خواهیم داشت:

حجم رسوب وارده به كانال از مقع بالا دست(1)                               

حجم رسوب خارج شده از كانال در پایین دست(2)           تغییرات زمانی حجم رسوب                                      

تغییرات زمانی حجم رسوب= حجم رسوب خارج شده – حجم رسوب وارده

                                      (2)                  (1)

(3-1)  

Z: ارتفاع كف كانال از یك سطح مبنا

P : پوكی مصالح كف كانال (Porosity)

: وزن مخصوص مواد بستر

در استخراج معادله (3-1) فض شده است كه مقدار مواد رسوب معلق حمل شده از این قطعه كانال نسبت به زمان تغییر قابل توجهی نمی كند، البته این فرض از این قطعه كانال نسبت به زمان تغییر قابل توجهی نمی كند، البته این فرض همیشه صادق نخواهد بد. با مرتب كردن معادله (3-1) بدست می آید:

(3-2)                                                                     

یا qsB مقداری ثابت می باشد و آنگاه داریم:

(3-4)                                                                       

همچنین اگر عرض كانال ثابت باشد معادله پیوستگی را می توان به صورت زیر نوشت:

(3-5)                                                                     

لازم به ذكر است كه در صورتی معادلات فوق دقیق خواهند بود كه qs فقط شامل بار بستر باشد.

تغییراتع بار معلق را نیز می توان با معرفی یك ترم اضافی در معادله پیوستگی كه تغییرات در غلظت بار رسوبی معلق را نسبت به زمان نشان می دهد به حساب آورد و در آن حالت معادله پیوستگی برای یك كانال عریض به صورت زیر خواهد بود.

(3-6)                                                           

كه در آن Cs متوسط غلظت بار معلق و برابر نسبت qs/q می باشد و h عمق جریان است و این ارتباط را به صورت زیر نیز می توان نوشت:

(3-7)                                                           

این ارتباط تغییرات بستر رودخانه را به میزان مواد رسوبی حمل شده ربط میدهد. در ارتباط (3-7) در صورتی كه باشد یعنی بستر در حال كف كنی و پایین رفتن است (Degradation). و در حالت دیگر اگر باشد بستر در حال بالا آمدن (Aggradation) و روسبگذاری می باشد.

3-4 روشهای برآورد دبی رسوب:

شاید بتوان گفت دستیابی به روشی كه بتواند تخمین خوبی از دبی رسوبی به دست دهد از جمله مهمترین اهداف مطالعه جریانهایی است كه درون بسترهای آبرفتی حركت می كنند. متاسفانه روشها و روابط موجود برای محاسبه دبی رسوبی، اغلب بطور كامل رضایت بخش نبوده و در طرحهایی كه نیاز به این برآورد می باشد نمی توان بطور جدی به این روشها اعتماد كرد و این روشها در بهترین حالت صرفاً یك تخمین و راهنماهایی برای اصلاح می باشند و مهندسین بایستی متكی به تجربیات و قضاوتهای مهندسی خود باشند.

بار رسوبی در حال حركت در رودخانه متشكل از دو بخش اصلی است، بار بستر (Bed load) و بار معلق (Suspended load)، به مجموع این دو، بار كل (Sediment Discharg) شناخته می شود. معمولاً قسمت اعظم بار كل را بار معلق تشكیل می دهد و این مقدار به حدود 90 درصد نیز می رسد. البته رودخانه هایی نیز وجود دارند كه عكس این حالت را دارا می باشند مثلاً اغلب رودخانه های اروپا بار معلق كمی حمل می نمایند. در تمام رودخانه ها بار معلق اندازه گیری می شود ولی اندازه گیری بار بستر مشكل است و این اغلب به علت ضخامت كم لایه ای است كه بار بستر در آن لایه حركت می كند. این ضخامت معمولاً سه برابر قطر ذره ای كه 35 درصد ذرات دارای قطر كوچكتری از آن می باشند در نظر گرفته می شود (3D35 )، به همین دلیل در بیشتر موارد فقط بار مواد بستر محاسبه می شود. روشهای متعددی برای برآورد بار بستر و بار معلق وجود دارد، همچنین روشهایی وجود دارد كه مستقیماً بار كل یا دبی رسوبی را بدست می دهند. روشهای اخیر را به دو دسته تقسیم گردیده اند:

1- روشهای میكروسكوپی                             Microscopic Methods

2-روشهای ماكروسكوپی                              Macroscopic Methods

روشهای میكروسكوپی، بار رسوبی كل را به بار معلق و بار بستر یا بار اندازه گیری شده و اندازه گیری نشده تقسیم می كنند. در این روشها بطور مثال بار بستر با استفاده از روابط بار بستر محاسبه شده و با بار معلق اندازه گیری شده جمع می شود تا بار كل بدست آید. مثلاً روشی مانند انیشتین

(Eindtein’s estimates) بار بستر و بار معلق را جداگانه با استفاده از روشهای تحلیلی ارائه می دهد.

روشهای ماكروسكوپی، براین منبا استوارند كه، پروسه تعلیق به طور كلی یك سطح پیش رفته از كشش در امتداد بستر است. بنابراین میزان كل رسوب حمل شده مقدمتاً بایستی به پارامتر برشی مربوط گردد و در این ارتباط بین بار بستر و بار معلق فرقی وجود ندارد. روابط پیشنهادی در این دسته روشها و فرضیات مبنی بر تجربه و آزمایش می باشند.

لازم به ذكر است كه روشهایی كه به قطر ذرات توجه كرده اند بر دو قسم هستند، برخی قطر ذرات یا D50 را به عنوان نماینده ذرات رسوب در نظر می گیرند و بعضی دیگر از روشها، منحنی دانه بندی مواد رسوبی را در نظر گرفته و آنرا به چند قسمت تقسیم می نمایند و از هر قسمت با متوسط گیری، یك قطر سپس میانگین وزنی بار رسوبی حمل شده را بدست می آورند. قطر موثر ذرات dm را نیز می توان با استفاده از ارتباط یافت كه Pi درصد وزن قسمتهای منحنی دانه بندی و dsi نیز متوسط هندسی دو قطر ابتدا و انتهایی قسمت مربوطه می باشد.

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

لینک متن کامل

Leave a comment