یکی از پدیده های مهم در رودخانه ها به ویژه مناطق خشک و نیمه خشک نظیر ایران وقوع سیلابهای غیره مترقبه است. موج سیل دارای نیروی زیادی بوده و بوسیله جابجایی حجم قابل توجهی از آب و رسوب، عوارض و پیامدهای گوناگونی را باعث می شود، بر اساس نظریه هندرسون[3]  ، انتقال رسوب بستر[4]  با توان دوم دبی تغییر می نماید . طبق این نظریه افزایش دبی به ده برابر متوسط سالیانه که امری عادی در رودخانه های کشور تلقی می شود، موجب افزایش دبی رسوب به میزان صد برابر خواهد شد. از این رو بخش قابل توجهی از آورد رسوب سالیانه رودخانه ها و به تبع آن تغییرات تراز بستر و جابجایی های عرضی و طولی و بطور کلی دگرگونی های مرفولوژیکی به ویژه در مناطقی چون ایران به معدود سیلابهای مهمی مرتبط می گردد که عمومأ هر چند سال یک بار اتفاق می افتد.

رسوبات عمومأ بصورت چسبنده و غیره چسبنده طبقه بندی می شوند. رسوبات غیره چسبنده شامل ذراتی مجزا و منفصل می باشد که خواص دینامیکی و جنبشی آنها مستقیمأ به نیروهای خارجی که بر روی ذرات اثر می کند بستگی داشته و خصوصیات فیزیکی ذرات به موقعیت آنها در ارتباط با ذرات دیگر بستگی دارد. از سوی دیگر در مصالح چسبنده پیوندهای شیمیایی و الکتریکی بین ذرات،عامل تعیین کننده خواهند بود.

عمده ترین فعالیت های مهندسی رسوب اغلب بر روی ذرات غیره چسبنده متمرکز می باشد و در مواد چسبنده باید ذکر شود، زمانی که مواد چسبنده به وسیله جریان حمل می شوند، رفتاری همچون مصالح غیر چسبنده داشته و مکانیزم حمل رسوبات در این مصالح مانند رسوبات غیره چسبنده می باشد.

با افزایش مقدار جریان (در نتیجه افزایش سرعت جریان ) ذرات بستر شروع به حرکت خواهند کرد. لحظه ای را که ذرات شروع به حرکت می کنند اصطلاحأ آستانه حرکت[5]  می نامند. برای بدست آوردن روابط هیدرولیکی در زمان شروع حرکت ذره واقع در بستر روشهای تنش برشی و سرعت بحرانی ارائه گردیده است.

اصول مهندسی مربوط به فرایندهای رسوبی وابستگی شدیدی به خواص فیزیکی ذرات رسوب و ارتباط متقابل بین ذرات و آب دارند. در این فرایند ذرات خاک توسط نیروهای بوجود آمده در اثر حرکت آب از بستر خود جدا شده و سپس ذرات جدا شده در آستانه حرکت قرار می گیرند. چنانچه نیروهای وارد شده توسط آب بیشتر از نیروهای مقاوم از سوی بستر باشند و یا به عبارتی دیگر چنانچه تنش برشی بستر بیش از تنش برشی بحرانی گردد، ذرات از بستر خود جدا شده و همراه با جریان آب منتقل می شوند. تنش برشی فوق به گونه ای است که وقتی آب در رودخانه جریان می یابد نیرویی در جهت حرکت آب بر سطح بستر رودخانه اثر می نماید، این نیرو بطور ساده نیروی کشش آب در محیط مرطوب است و به عنوان تنش برشی[6] شناخته می شود.

بدلیل اهمیت موضوع و نقش اساسی فعل و انفعالات بستر در عملکرد و رفتار هیدرولیک رودخانه ها، صاحب نظران در امور مهندسی رودخانه، تا اوایل دهه 1970  بر الگوی بستر صلب توجه داشتند، که پس از آن به توسعه مدل هایی همت گماشته اند که در آن مؤلفه اصلی به حرکت مواد رسوبی موجود در بستر اختصاص داده شده است. این مدل ها اصولأ به مدل بستر متحرک معروف بوده و امروزه از جایگاه و اهمیت زیادی در عرصه های گوناگون مهندسی بر خوردار می باشند. در این خصوص انواع مدل های یک بعدی، دو بعدی و سه بعدی را می توان بر شمرد. هر چند مدل های دو بعدی و سه بعدی دارای اهمیت اند، لیکن در بسیاری از کارهای مهندسی ، مدلهای یک بعدی از جایگاه ویژه ای برخوردار می باشند.

مدلهای ریاضی موجود قادرند برای طول قابل توجهی از مسیر رودخانه ها فعل و انفعالات بستر را تحت تاثیر جریانهای رودخانه ای از جمله سیلابها،شبیه سازی و پیش بینی نمایند. از سری مدل های یک بعدی متداول در این خصوص می توان مدل ریاضی[7] از گروه مهندسین ارتش آمریکا را نام برد که در مباحث بعدی بصورت مفصل ارزیابی خواهد گردید.

2-1- شناخت مکانیزم انتقال رسوبات

رسوبات موجود در رودخانه ها مشکلات زیادی از قبیل رسوب گذاری در بستر رودخانه ها و در نتیجه ایجاد جزایر رسوب گذاری در محل ورود رودخانه به دریا و پیامد آن تشکیل

 دلتا، رسوب گذاری در مخازن سدها و در نتیجه کاهش ظرفیت آن و مشکلات غیر مستقیم دیگری را بوجود می آورند. برای مقابله با مشکلات ایجاد شده اولاً باید طبیعت و مکانیزم حرکت رسوب شناخته شود , ثانیاً عوامل مؤثر در فرسایش شناسایی گردد و ثالثاً مقدار و میزان رسوبی حمل شده را بتوان دقیقاً تعیین و محاسبه کرد تا بتوان در طراحی سازه های آبی مورد استفاده قرار داد.

بطور کلی معادلات حاکم بر حرکت و انتقال رسوب و همچنین فرسایش در بستر رودخانه ها بسیار پیچیده بوده و غالباً توسط روشهای نیمه تجربی وتجربی مورد ارزیابی قرار می گیرند. در طول سالیان متمادی شمار زیادی رابطه و معادله برای محاسبه میزان بار رسوبات رودخانه پیشنهاد گردیده است. متأسفانه نتایج حاصل از یک رابطه با رابطه دیگر در یک ایستگاه از رودخانه اختلاف فاحشی با هم دارند و انتخاب یکی از روابط برای آن ایستگاه بسیار مشکل می باشد.

این معادلات غالباً بر پایه اطلاعات محدود آزمایشگاهی و بعضاً مبتنی بر اطلاعات صحرایی مربوط به چند رودخانه بوده و معمولاً نتایج محاسبه شده با یکدیگر و با اطلاعات حاصل از اندازه گیری اختلاف فاحشی دارند. بنابراین میتوان نتیجه گیری نمود که هیچ کدام از معادلات انتقال رسوب به راستی قادر به شبیه سازی رسوب و فرسایش در کلیه رودخانه ها و یا حتی بازه های مختلف یک رودخانه نمی باشد و باید برای هر رودخانه به فراخور خصوصیات هیدرولیکی جریان و رژیم رسوبی آن و با داشتن مجموعه ای از داده های صحرائی، مناسب ترین معادله را انتخاب نمود. هر چند که ممکن است، هیچیک از معادلات شناخته شده برازش خوبی با اطلاعات و داده های صحرایی نداشته باشند که در این صورت بایستی با پذیرش یک خطای نسبی، اقدام به انتخاب بهترین روش نمود. در گذشته مطالعات مربوط به مسائل رسوب به صورت انتقال رسوبات درشت دانه بار بستر بوده ، و بار معلق مورد بررسی و توجه قرار نمی گرفت.  امروزه بررسی مسائل بار معلق آغاز شد و به جایی رسید که عوامل مؤثر بر این پدیده بیش از مسائل بار بستر شناخته شدند. همچنین قابل ذکر است که پیش بینی و تعیین مقدار بار معلق با درجه اطمینان بالاتر از تعیین مقدار بار بستر امکان پذیر نمی باشد. علیرغم حجم زیادی از بررسیهای که به مکانیزم حرکت رسوبات اختصاص داده شده است، هنوز امکان پیش بینی مقدار رسوب در یک رودخانه آبرفتی با درجه اطمینانی که برای اکثر اهداف مهندسی رضایت بخش باشد ، وجود ندارد.

[1] – suspended load

این مطلب را هم بخوانید :

[2]  – load bed

[3] – Henderson

[4] – Bed material Load

[5] – Incipient motion

[6] – Shear Stress

[7] – Hec – Ras 4

تعداد صفحه : 151

قیمت : 14700تومان