تحقیق با موضوع منحنی سنجه رسوب، رسوب معلق، هیدرولوژی

دانلود پایان نامه ارشد

سط صاحبنظران علم هیدرولوژي توصیه شده است (میرابوالقاسمی و مرید، 1374). طبق تقسیمبندي Preston et al(1989) سه طبقه عمده از روش هیدرولوژیکی دیده میشود که عبارتند از: برآوردکنندههاي رگرسیونی، برآوردکنندههاي ميانگین، و برآوردکنندههاي نسبتی.
در برآوردگرهاي رگرسیونی مقادیر اندازهگیري شده دبی آب و رسوب در مقابل یکدیگر رسم شده و سپس تابع مناسبی بر دادهها برازش داده میشود (جواهري و همکاران، 1384). از ميان روشهاي فوق، منحنیهاي سنجه رسوب، که جزء برآوردگرهاي رگرسیونياند، بر اساس روابط بدست آمده از اندازهگیريهاي مستقیم دبی جريان- غلظت رسوب عمل میکنند و معمولاً در مقياسهاي زمانی غیرمنفرد و پیوسته (روزانه، ماهانه، و سالانه) بعنوان مبناي مشاهدهاي در برابر مقادیر برآوردي در نظر گرفته میشوند (دفتر استانداردها و معيارهاي فنی، 1386). همچنین از آنجا که بیشترین مقدار بار رسوب انتقالی در زمان سیلابهاي منفرد مشاهده میشود، لذا در مقياس سالانه، تغیییرات رسوبدهی در ارتباط با تعداد وقایع سیلابی رخ داده میباشد که بصورت هیدروگراف سالانه نیز قابل ترسیم است. بنابراین با ثبت دادههاي دبی متوسط روزانه در طی سال میتوان با استفاده از معادله سنجه، رسوبدهی سالانه را با دقت قابل قبولی برآورد کرد (Rovira et al. 2006).
2-12- محاسبه رسوب معلق با استفاده از منحنی سنجه رسوب و دبی هاي متوسط روزانه :
اگر تعداد نمونه هاي برداشتی هنگام سیلابها کافی باشند، با استفاده از کاغذهاي لیمنوگراف، تغییرات زمانی بر حسب دبی را مورد مطالعه قرار میدهند. سپس غلظت متوسط روزانه رسوب را حساب کرده و با جمعآوري آنها ،میزان رسوب سالانه مواد معلق بدست میآید. چنانچه تعداد نمونهها براي رسم منحنی تغییرات غلظت کافی نباشد ، غلظت نمونهبرداري شده در حجم آب همان روز ضرب شده و رسوب روزانه بدست میآید. با استفاده از دبی متوسط و رسوب روزانه، منحنی سنجه رسوب روي کاغذ لگاریتمی رسم میشود که معمولاً به صورت خطی مستقیم است با انتقال دبی هاي متوسط روزانه روي منحنی سنجه رسوب می توان وزن رسوب مربوط به آن روز را بدست آورد و با جمع کردن آنها وزن کل مواد معلق سالانه محاسبه میگردد. منحنی سنجه رسوب یک رابطه تقریبی بین دبی آب و رسوب میباشد. مثلاً دو دبی یکسان ناشی از ذوب برف و رگبار شدید داراي گلآلودگی بسيار متفاوتی با یکدیگر میباشند .به همین دلیل گاهی اوقات نقاط موجود روي کاغذ سنجه رسوب بسيار پراکنده میباشد (مهدوي، 1388).
2-13- محاسبه رسوب معلق با استفاده از روش اداره عمران ايلات متحده(15USBR)
مراحل محاسبه رسوب معلق در این روش ،به شرح زیر میباشد (مهدوي ، 1388) :
1- رسم منحنی دبی کلاسه
2- رسم منحنی سنجه رسوب
3- استفاده از جدول USBR
2-13-1- منحنی سنجه رسوب
طبق نظر Horowitz(2002) هیدرولوژیستها در صورت کمبود دادههاي واقعی غلظت رسوب معلق، از منحنیهاي سنجه رسوب براي پیشبینی و برآورد غلظت رسوب معلق استفاده میکنند. منحنی سنجه رسوب منحنی است که بین پارامترهاي دبی آب ورسوب رسم می شود و یکی از راههاي برآورد رسوبات معلق است. سنجه رسوب در واقع رابطه بین دبی آب و رسوب می باشد. همانطوری که گفته شد با ترسیم منحنی سنجه رسوب می توان رسوب را پیش بینی کرد و عموما معادله خط آن به صورت توانی می باشد. اگر دادههاي دبی موجود با شد آن را در معادله قرار داده و بدین ترتیب می توان مقدار رسوب را بدست آورد. در اکثر ایستگاههاي هیدرومتري کشور دستگاههاي خودکاري که بتوان به طور همزمان دبی آب و رسوب را برداشت کند وجود ندارد معمولاً از منحنی سنجه رسوب استفاده میکنند. از دلایل دیگر استفاده از این روش می تواند آن باشد که معمولاً در مواقع سیلاب اندازهگیري رسوب کار دشواري است. کاربرد منحنیهاي سنجه رسوب یکی از معمولیترین روش هاي برآورد بار رسوبی معلق رودخانه هاست. به علت عدم وجود داده هاي غلظت رسوب پیوسته و تقریباً مداوم، هیدرولوژیستها از منحنیهاي سنجه ( انتقال رسوب ) براي تخمین و يا پیش بینی غلظت رسوب معلق با استفاده از محاسبه داده هاي دبی جريان استفاده میکنند (یوسفوند، 1384).
برآورد کنندههاي رگرسیونی (منحنی هاي سنجه) در اغلب موارد به صورت لگاریتمی به کار برده می شوند زیرا توزیع مناسب غلظت و جريان توزیع لوگ نرمال دو متغیره میباشد منحنی هاي سنجه رسوب بر اساس روابط بدست آمده از اندازهگیريهاي مستقیم دبی جريان- غلظت رسوب به دست می آیند. براي ترسیم منحنی سنجه رسوب از روش اداره عمران ایالت متحده (USBR) امریکا استفاده میشود.
Q_S=〖aQ_w〗^b (2)
لازم به ذکر است که در اصل این رابطه سنجه از یک معادله خطی لگاریتمی طبق رابطه زیر بدست آمده است :
log⁡(Q_s )=log⁡(a)+b log⁡(Q_w ) (3)
که در روابط فوق Qsغلظت رسوب بر حسب میلیگرم در لیتر يا تن در روز Qwدبی جريان بر حسب مترمکعب بر ثانیه؛ و aوb ضرائب ثابت معادله هستند. در مختصات لگاریتمی مقدار ضریب aفاصله قائم محل تقاطع خط بهترین برازش با محور قائم تا مبدأ مختصات است و مقدار نمايb برابر با شیب خط بهترین برازش است (حیدرنژاد و همکاران، 1383). عوامل موثر بر مقدار این ضرایب شامل شرایط محیطی از جمله طبیعت منطقه و حوزه، شرایط هیدرولیکی رودخانه و نوع رسوبات میباشد (Mimikou. 1982). با توجه به اینکه ضرائب a وb در معادله سنجه بصورت مقادیر ثابت تعریف شدهاند، لذا استفاده از روابط سنجه منوط به ثابت ماندن سایر شرایط حوزه است که خود از مهمترین محدودیتهاي استفاده از آنها در تخمین و برآورد رسوب میباشد. در واقع می توان در هر ایستگاه هیدرومتري رابطه فوق را برقرار نمود و براي تخمین مستقیم مقدار رسوب در ایستگاههاي مشابهی که صرفاً جريان آب اندازه گیري شده است، استفاده کرد. بایستی توجه داشت که آمار مورد استفاده مربوط به دوره زمانی طولانی مدت باشد، در غیر اینصورت پراکندگی و تفرق زيادي در منحنی رسوب (منحنی سنجه رسوب) وجود خواهد داشت (جواهری و همکاران، 1384).
2-13-2 – انواع منحنی سنجه
روشهاي برآورد رسوب بسته به نوع منحنی سنجه و استفاده از دبی جريان، به منحنی سنجه یک خطی، چندخطی و حدوسط دستهها طبقهبندي میشود که در این قسمت به اختصار تشریح میشوند (اعظمی و همکاران، 1384).
1-منحنی سنجه یک خطی يا روش USBR
در این روش داده هاي موجود از اندازه گیري QWو QS متناظر با آن به صفحه مختصات لگاریتمی منتقل شده و خط بهترین برازش بر مبناي روش حداقل مربعات خطا ازميان آنها عبور داده میشود و یک رابطه به صورت معادله توانیQ_S=〖aQ_w〗^b استخراج میگردد که به منحنی سنجه رسوب یک خطی معروف است ، یعنی تنها از یک رابطه رگرسیونی بین تمامی مقادیر رسوب اندازه گیري شده و دبی جريان استفاده میشود. برآورد رسوب معلق درازمدت به چگونگی کاربرد دبی جريان رودخانه بستگی دارد (میر ابوالقاسمی مرید، 1374).
2-منحنی سنجه چند خطی
براساس توصیه USBRبرمبناي دسته بندي گذرحجمی رودخانهها و چنانچه وضعیت پخشیدگی دادهها اقتضا کند به جاي یک خط رگرسیون می توان دو يا چند خط از ميان دادههاي اندازه گیري شده عبور داد که خط بهترین برازش نیز بر مبناي روش حداقل مربعات میباشد یعنی از دو رابطه رگرسیونی يا بیشتر براي محاسبه بار معلق درازمدت با توجه به چگونگی کاربردهاي مختلف گذر حجمی استفاده می شود. خطوط برازش داده شده بایستی از ضریب همبستگی قابل قبولی برخوردار باشند (میرابوالقاسمی مرید، 1374).
3- منحنی سنجه حد وسط دستهها
معمولاً بیشتر اندازهگیريهاي غلظت رسوب در رودخانهها مربوط به حالتهاي آرام رودخانه و شرایط دبی پایین میباشد و در شرایط طغيان و مواقع سیلابی نمونه برداري کمتر صورت میگیرد. Jansson(1996) روشی را در نظر گرفت که به دبیهاي بالا ارزش بیشتري داده شود که در این روش دبی هاي جريان با یک نمونه معین به تعدادي دسته تقسیم شده و براي دبی متوسط هر دسته رسوب متوسط اندازه گیري شده همان دسته تعیین میشود و نهایتاً منحنی سنجه رسوب با استفاده از آنها بدست میآید.
2-14- معرفی اجمالی برخی از مدلهای کامپیوتری توسعه يافته برای مطالعات فرسایش و رسوب
مدلهای رياضی زيادی توسط محققان مختلف برای مطالعه جريان و رسوب در رودخانهها توسعه يافته است که برخی از آنها جنبه تجاری پیدا کرده و به دفعات در پروژههای متعدد در نقاط مختلف جهان مورد استفاده قرار گرفتهاند. مدلهای MOBED, MIKE11, SEFLOW, GSTARS2, HEC6 و FLUVIAL از جمله این مدلها میباشند. در زیر به معرفی جزئياتی از مدلها پرداخته میشود.
مدل MOBED: برای تحلیل جريان و رسوب در رودخانهها در کشور کانادا توسعه يافته است. این مدل یک بعدی بوده و برای جريان غیرماندگار کاربرد دارد. این مدل برای پیشبینی تغییرات تراز بستر، بررسی تأثیر انحراف جريان، بررسی اثر سازههای هیدرولیکی مانند سد بر پروفیل بستر و بررسی تغییرات در مشخصات رسوبی بستر کاربرد دارد (Krishnappan, 1981). مدل در مسائلی که نياز به تحلیل دو بعدی يا سه بعدی جريان داشته باشد، کاربرد ندارد. این مدل فقط برای رسوب غیر چسبنده قابل کاربرد بوده و به دلیل اینکه فقط از یک رابطه برای انتقال رسوب کرده، محدوده کاربرد آن کم میباشد.
مدل SEFLOW: برای مطالعه جريان، انتقال رسوب و تغییرات ریختشناسی در شبکه کانالها و رودخانهها در کشور هلند توسعه يافته است. این مدل یک بعدی بوده و در شرایط جريان ماندگار و غیرماندگار کاربرد دارد. عمده قابلیتهای این مدل به شرح زیر میباشد. رونديابی جريان و رسوب برای جريان ماندگار و غیر ماندگار در شبکه رودخانهها و کانالها، بررسی اثرهای ناشی از ساخت سازههای هیدرولیکی بر شرایط جريان، تغییرات بستر و ریختشناسی رودخانه، بررسی جريانهای سیلابی در رودخانههای جزرومدی، مطالعه انتقال رسوب به صورت بار معلق و بارکل. مدل برای پدیدههایی که شرایط دو بعدی يا سه بعدی در آنهاحاکم است کاربرد ندارد. به دلیل اینکه تعداد روشهای بهکار گرفته شده در این مدل برای انتقال رسوب کم است (سه روش)، قابلیت انعطاف برای انتخاب روشهای مختلف محدود است.
مدل MIKE11: برای شبیهسازی جريان، انتقال رسوب و کیفیت آب در شبکه کانالها و رودخانهها در کشور دانمارک توسعه يافته و در سطح وسیعی از دنيا و از جمله کشور ایران مورد استفاده قرار گرفته است. این مدل دارای مؤلفههای مختلف برای مطالعات هیدرولوژی، پیشبینی سیلاب، شبیهسازی جريان، انتقال رسوبات چسبنده و غیر چسبنده، تغییرات ریختشناسی و کیفیت آب در شبکه کانالها و رودخانهها در حالت جريان ماندگار و غیرماندگار میباشد. قابلیتهای عمده این مدل به شرح زیر میباشد(Danish Hydraulic Institute, 2003) مدل MIKE11 تاثير سازه‌هاي هيدروليكي را در نظر مي‌گيرد اما قادر به شبيه‌سازي هندسه پل نمي‌باشد.
مدل GSTSRS2: برای شبیهسازی جريان و رسوب در بسترهای آبرفتی در کشور آمریکا توسعه يافته است و با توجه به اینکه از مفهوم لوله جريان در تعیین عوامل هیدرولیک جريان و انتقال رسوب استفاده شده، یک مدل شبه دو بعدی محسوب میشود که علاوه بر تغییرات طولی، توانایی تعیین تغییرات در عرض را هم دارد. با توجه به اینکه روشهای مختلف انتقال رسوب (يازده روش) در مدل مورد استفاده قرار گرفته، امکان بهکارگیری مدل در شرایط مختلف وجود دارد. قابلیتهای عمده این مدل به شرح زیر میباشد(U.S. Department of Interior, 1998).
محاسبه پروفیل سطح آب با و بدون انتقال رسوب، محاسبه پروفیل سطح آب در شرایط جريان زیر بحرانی، فوق بحرانی و بینابین، انتقال رسوب و تغییرات طولی و عرضی بستر، محاسبات سپرشدگی و جور شدگی مصالح بستر، محاسبات تغییرات در عرض و عمق مقطع بر اساس تئوری حداقل قدرت جريان (شبهسه بعدی). با توجه به اینکه مدل شبه دائمی و شبه دو بعدی میباشد، برای جريانهای متغیر سریع، جريانهای غیر دائمی و شرایطی که جريان دو بعدی و سه بعدی میباشد و همچنین برای جريانها

پایان نامه
Previous Entries منبع پایان نامه ارشد درباره اغراض شعری، روشنفکران، ظلم و ستم Next Entries منبع پایان نامه ارشد درباره اغراض شعری، امام حسین، امام حسین (ع)