تحقیق با موضوع فرسایش خاک، هیدرولیک، پتانسیل انتقال

دانلود پایان نامه ارشد

افزایش شناخت ما از سیستم نیستند (رفاهی، 1385). از جمله مدلهای تجربی معادله جهانی هدررفت خاک (USLE) بوده که برای برآورد میزان تلفات خاک از یک قطعه زمین و یا در طول یک شیب ارائه شده است و با استفاده از آن نمیتوان میزان رسوبدهی حوزههای آبخیز را تخمین زد. مدل PSIAC و MPSIAC که در مقایسه با سایر روشهای تجربی موجود بیشترین عامل موثر در فرسایش خاک برای محاسبه فرسایش ویژه و تولید رسوب در نظر گرفتهاند. بنابراین میتواند بهتر از روشهای دیگر جواب بدهد. از مزایای این روش در نظر گرفتن شرایط فعلی فرسایش خاک و فرسایش رودخانهای میباشد. مدل EPM و FAO نیز از روشهای تجربی برآورد رسوب میباشد که میزان فرسایش خاک را بر اساس ارزیابی فاکتورهای موثر در فرسایش خاک و تولید رسوب در حوزه آبخیز میباشند (رفاهی، 1385). بيشتر بررسيهاي مدلهای تجربی برای فرسایش و رسوب بر اين نکته اتفاق نظر دارند که در برآورد درست و دقيق از ميزان رسوبدهی رخدادهاي منفرد و ارزيابی مدلهای تجربی برآورد رسوب سيلابها بيش از همه نمونهبرداری و ثبت هيدروگراف سيل از نظر ميزان غلظت رسوب اهميت دارد. در صورت وجود چنين پايه آماری میتوان برآورد مدلهای تجربی را تا حد ممکن اصلاح نمود. با فرض اينکه ميزان رسوبدهی در زمان رخداد سيل با انجام نمونهبرداری از شاخههای صعودی و نزولی هيدروگراف میتواند بدست آيد. اين بررسي با هدف ارزيابی دقت و درستي مدلهای تجربی در برآورد رسوبدهی در زمان رخدادهاي سيلابی انجام شد (رنگزن و همکاران، 1387). با توجه به گسترش روزافزون سختافزار و نرمافزارهای کامپیوتری و همچنین پیچیدگیهای پدیدههای فیزیکی مربوط به رودخانه، ضرورت توسعه مدلهای رياضی و حل آنها به روش عددی بیشتر مورد توجه محققین قرار گرفته است. بعلاوه انعطافپذیری آنها سبب شده، تا بتوان آنها را به مسایل مختلف تعمیم داد. جريان در رودخانهها مشابه جريان در کانالهای روباز توسط معادلات دیفرانسیلی با مشتقات جزئی معرفی میگردد. این معادلات در اغلب موارد حل تحلیلی ندارد، پس به روشهای عددی جهت تحلیل معادلات حاکم بر جريان در رودخانهها نيز داریم. به دلیل وجود پیچیدگیهای زیاد در پدیدههای هیدرولیکی و رسوبی، لازم است قبل از طراحی و اجرای پروژههای مرتبط با این پدیدهها، از چگونگی عملکرد آنها اطلاعاتی بدست آورد شود. به منظور پیشبینی پدیدههای پیچیده هیدرولیکی و رسوبی از روشهای شبیهسازی و مدلهای فیزیکی و ریاضی بهرهگیری میشود. چنانچه مراحل واسنجی و صحتسنجی مدلها به خوبی صورت گیرد و عملکرد مدل تأیید گردد، پیشبینی مدل در خصوص پدیدههای مورد مطالعه قابل اعتماد خواهد بود. مدلهای ریاضی به صورت یک بعدی، دو بعدی و سه بعدی توسعه یافته و متناسب با اطلاعات موجود و نیازهای طراحی، هریک از آنها در شرایط خاص خود مورد استفاده قرار میگیرند. با استفاده از مدلهای ریاضی ابعاد واقعی پدیدهها و برای دورههای زمانی طولانی قابل بررسی میباشد. به طور کلی از روند تغییرات رودخانه در گذشته برای واسنجی و صحتسنجی مدلها استفاده میگردد و پس از تأیید عملکرد مدل، روند تغییرات در آینده با استفاده از مدل پیشبینی میگردد.
2-5-2- مدلها و نرمافزارهای کامپیوتری
پیشرفت تکنولوژی و همچنین کامپیوتر و گسترش چشمگیر روشهای عددی در کاربردهای مهندسی، امکان شبیهسازی بسياری از پدیدههای فیزیکی را به صورت مدلهای رياضی و کامپیوتری در مبحث مهندسی رودخانه و هیدرولیک داده است. مدلهایی که در علم مهندسی رودخانه تهیه میشوند، به صورتهای یکبعدی، دو بعدی و گاهاٌ سه بعدی ساخته شدهاند. این مدلها کاربردهای متفاوتی دارند. از جمله کاربرد این مدلها در مهندسی رودخانه، پیشبینی الگوی جريان، رونديابی سیل، فرسایش و رسوبگذاری در کانال، تغییرات هندسی کانالها، جريان در محیط متخلخل، انتقال و انتشار آلودگی و … میباشند (ره نورد و همکاران، 1391). بر اساس امکانات در دسترس، نوع و دقت مورد نياز، میزان آمار اطلاعات مربوط به ویژگیهای محیطی نوع مدل مورد نياز و مناسب را میتوان تعیین کرد. البته وجود این ابزارها به تنهایی نمیتواند راهگشای کاملی باشد و لازم است اطلاعات و اندازهگیریهای دقیقی از طبیعت در دسترس باشد و مدل را به ازای شرایط واقعی واسنجی نمود. بدیهی است که دقت نمونهبرداری اطلاعات در بخشهای مختلف هندسی، هیدرولیکی، رسوب، کیفیت آب و… رکن اصلی در بکارگیری این مدلها هستند و میزان اعتبار آنها بشدت متأثر از حجم اطلاعات آمار و نمونهها و کیفیت آنها میباشد و بدون آنها خروجی معتبری از مدل بدست نخواهد آمد.
2-6- استفاده از مدل در سیلاب و انتقال رسوب
با توجه به گسترش روزافزون سختافزار و نرمافزارهای موجود و همچنین پیچیدگیهای پدیدههای فیزیکی مربوط به رودخانه، توسعه مدلهای رياضی و حل آنها به روش عددی بیشتر مورد توجه محققین قرار گرفته است. این معادلات در اغلب موارد حل تحلیلی ندارد، پس به روشهای عددی جهت تحلیل معادلات حاکم بر جريان در رودخانهها نياز است (رهنورد و همکاران، 1391). پتانسیل انتقال رسوب بر اساس اندازه ذرات محاسبه میشود که بهموجب آن شبیهسازی دستهبندی و حفاظت هیدرولوژیکی امکانپذیر میگردد. ویژگیهای عمده عبارت خواهند بود از: قابلیت مدل کردن یک شبکه کامل از آبراههها، لایروبی کردن کانالها، گزینههای مختلف گوره و پخش سیلاب و استفاده از چند معادله مختلف برای محاسبه انتقال رسوب.
2-6-1- شبيه‌سازي جريان در رودخانه
مدل‌هاي رياضي مبتني بر حل عددي معادلات حاكم، به كاربر اين امكان را مي‌دهد تا بتواند وضعيت جريان و تغييرات بستر رودخانه در يك بازه و يا در مجاورت سازه خاصي را مدل نمايد. مدل‌هاي رياضي با توجه به روشي كه براي حل معادلات در نظر مي‌گيرند، چگونگي ورود اطلاعات، گزارش‌دهي، خصوصيات خروجي‌ها به‌ لحاظ ارائه و همچنين سرعت همگرايي جواب‌ها، با يكديگر قابل رقابت هستند. از جمله خصوصياتي كه مدل‌ها بايستي دارا باشند، سهولت استفاده از آنها، امكانات جنبي مختلف از جمله امكانات گرافيكي مدل مي‌باشد كه به استفاده كننده در جهت تحليل نتايج و كنترل اطلاعات ورودي و خروجي كمك مي‌نمايد. مدل‌هاي تك‌‌ فازي و دو فازي كه به‌صورت يك بعدي، دو بعدي و سه بعدي در حالت‌هاي جريان ماندگار و غيرماندگار ساخته شده‌اند، مي‌توانند جريان‌هاي رودخانه و جابجايي رسوب را تا حدود زيادي مدل نمايند. با توجه به نياز و اهدافي كه مد نظر است، استفاده كننده يكي از حالت‌هاي بالا را جهت مدل نمودن جريان و رسوب در رودخانه انتخاب خواهد كرد. توسعه هر مدل مبتني بر ساده‌سازي‌هايي است كه در معادلات ديفرانسيلي صورت مي‌گيرد. حركت آب و رسوب در طبيعت به صورت سه ‌بعدي مي‌باشد. در مواردي كه به‌دست آوردن الگوي جريان و رسوب در يك مقياس كلي مد نظر باشد، از مدل‌هاي يك بعدي و دو بعدي بهره گرفته مي‌شود. در اين مدل‌ها، معادلات ديفرانسيل در يك يا دو بعد حل مي‌گردند. مدل‌هاي ساده‌تر نيازمند اطلاعات اوليه كمتر و در نتيجه سرعت بيشتر در كسب اطلاعات بوده و همچنين جهت وارد نمودن اطلاعات اوليه به مدل، نياز به حافظه كمتر و زمان اجراي كوتاه‌تر مي‌باشد. اين مدل‌ها به علت ساده‌سازي‌ها داراي دقت كمتري هستند. مدل‌هاي پيچيده‌تر براي شرايط پيچيده‌تر جريان به‌كار برده مي‌شوند، هرچند اين مدل‌ها نيازمند اطلاعات پيچيده‌تر بوده و براي اطلاعات ورودي هر مدل انتخابي نيز بايستي از اطلاعات موجود بهره‌گيري نمود. چنانچه اطلاعات داده شده به مدل به صورت قطعي نباشد، مي‌توان اين اطلاعات را در مرحله واسنجي مدل قطعي نمود. در اين مرحله (واسنجي مدل) با توجه به شرايط خاص رودخانه، پاره‌اي از پارامترها كه اين رودخانه را از ديگر رودخانه‌ها متمايز مي‌كند (‌از جمله ضريب زبري مانينگ و معادله حمل رسوب و …) با عمل واسنجی مدل، تعيين مي‌گردد. مدل براي اطلاعات مشخص اجرا گرديده و جواب‌هاي حاصل از مدل با اطلاعات اندازه‌گيري شده (در صورتيكه موجود باشند) مقايسه مي‌گردند. چنانچه جواب‌ها مناسب و منطبق بر داده‌هاي اندازه‌گيري شده نباشد، بايستي پارامترهاي واسنجی با روش سعي و خطا طوري تغيير نمايد كه جواب‌هاي نزديك به مقادير اندازه‌گيري شده بدست آيد (راهنمای مطالعات فرسایش و رسوب در ساماندهی رودخانهها، 1386). از آنجا كه مدل‌هاي رياضي، مبتني بر فرضيات و ساده‌سازي‌هايي در معادلات جريان مي‌باشند، چنانچه اين فرضيات با واقعيت مطابقت بيشتري داشته باشد، نتايج بدست آمده از مدل با واقعيت تطابق بيشتري خواهد داشت. همچنين در تعيين پارامترهاي واسنجی كه براي شرايط خاصي از جريان تعيين مي‌گردند و سپس براي كليه شرايط جريان تعميم داده مي‌شوند، بايستي دقت لازم اعمال گردد. براي مدل نمودن رودخانه و انتخاب مدل مناسب چندين عامل را بايد در نظر گرفت كه در اينجا به اعم آنها اشاره و براساس آنها مدل انتخاب مي‌گردد. يكي از مهم‌ترين عوامل، هدف مطالعه است. در صورتي‌كه هدف از مطالعه، بررسي بخش كوچكي از رودخانه است كه آن بخش شامل تغييرات ناگهاني در پلان و مقطع باشد، به گونه‌اي كه تغييرات سرعت در پلان و مقطع بايستي به دقت مورد بررسي قرار گيرد به ناچار از مدل سه‌بعدي استفاده مي‌‌گردد. بخش كوچك شامل بازه‌اي از چند متري تا حداكثر چند ده‌ متري را مي‌تواند شامل شود. چرا كه بزرگتر از آن يا تغييرات سرعت و پارامترهاي جريان در پلان و مقطع را پوشش نمي‌دهد و يا در صورت كوچك كردن فواصل براي حل عددي تعداد متغيرها چنان زياد مي‌شود كه كامپيوترهاي معمولي قادر به حل آن نبوده و يا زمان بسيار زيادي براي حل آن نياز مي‌باشد. محدوديت مدل‌هاي دوبعدي نسبت به مدل سه‌بعدي كمتر بوده و بازه‌هاي بزرگتر را مي‌تواند مورد ارزيابي قرار دهد. در همين‌جا مي‌توان متذكر شد كه علاوه بر هدف از مطالعه، طول بازه مورد مطالعه نيز پارامتر بسيار مهم ديگري است كه در تصميم‌گيري موثر مي‌باشد.
2-7- انتقال رسوب و اثرات آن
رسوب1: عموماً به مواد معلق در آب اخیراً نهشته شده از محلول معلق و نیز مواد محلول در آب و موادي که به صورت خزش، جهش و يا غلتیدن در بستر رودخانه حمل می شود اطلاق میگردد در مجموع این واژه براي کلیه انواع نهشتههاي جريانها، رودخانهها، دريچهها و درياها اطلاق میگردد (مهدوی، 1388).
بار رسوبی عبارت است از کل رسوب خروجی از یک حوزه که مقدار آن در یک نقطه مرجع و در یک دوره زمانی خاص قابل اندازه گیري باشد.
فرآیند تولید رسوب، حمل و رسوبگذاري در رودخانهها بخشی از سیکل هیدرولوژي به حساب می آید به طوري که ممکن است قانون طبیعی حرکت رسوب، پراکنش مکانی و زمانی و روند آن تحت تأثیر تغییرات جهانی اقلیم قرار گیرد (وروانی و همکاران، 1380). مقدار تولید رسوب، چگونگی و زمان رسوبدهی، اندازه و ترکیب دانههاي رسوبی، انتقال آن در بین شبکه آبراههها از ویژگیهاي مهم رژیم رسوبدهی حوزههاي آبخیز به شمار میرود (Reid, 1993؛ Long Yoqian, 1992). مهمترین خسارات ناشی از انتقال رسوب عبارتند از(چوچی و رضوي، 1385):
1- تخریب پلها و سازه هاي کنار رودخانه.
2- عمیق تر شدن بستر کانالها.
3- کاهش پتانسیل انتقال رسوب در پائین دست.
4- پر شدن کانالهاي آبرسانی و کاهش عمق رودخانه ها.
5- رسوب گذاري در مخازن پشت سد و کاهش ظرفیت مخزن و… .
6- انتقال آلودگیها.
2-8- اهمیت تعیین بار رسوبی رودخانهها
رسوب حمل شده توسط جریان آب عامل مهمی در شکل گیري ساختار هندسی و خصوصیات ریخت شناسی رودخانهها تلقی میشود. هرگونه کاهش و یا افزایش بار رسوبی رودخانه پیامدهاي مختلفی از جمله وقوع پدیده کفکنی2 و یا ترازافزایی3 ، تغییر دانه بندي مصالح و شکل مسطحه4 و نیمرخ طولی5 آنرا در پی دارد (Culberston, 1967). به علاوه استفاده از منابع آب رودخانهها مستلزم احداث سازه هاي کنترل جریان نظیر سد، بند، کانال هاي انتقال و نظایر آن میباشد که طراحی و بهرهبرداري از آنها آگاهی از میزان رسوب حمل شده را اجتناب ناپذیر می نماید. در بسیاري از اقدامات مهندسی رودخانه نیز توجه به کمیت رسوب از اهمیت ویژهای برخوردار است (راهنماي مطالعات فرسایش و رسوب در ساماندهی رودخانه ها، 1386). Shen 6 در

پایان نامه
Previous Entries تحقیق با موضوع هیدرولیک، رسوب معلق، زیست محیطی Next Entries تحقیق با موضوع هیدرولیک، تأمین کننده، آلودگی آب