تحقیق با موضوع هیدرولیک، رسوب معلق، زیست محیطی

دانلود پایان نامه ارشد

رسوبنگار همه رگبارها مستلزم صرف انرژي و هزينه زياد بوده که انجام مداوم آن را غير ممکن ميسازد. از اين رو توسعه مدلهايي که بتوانند تغييرات زماني رسوب را براي رسم رسوبنگار و اندازهگيري مقدار کل رسوب حاصل از رگبار ارائه نمايند ضرورتي اجتنابناپذير استDas et al (1990) ؛ صادقی و همکاران (1384). مطالعه و بررسی منحنیهای سنجه رسوب خود راهی در جهت شناخت و کنترل عوامل مؤثر بر سیل و سیلخیزی بوده که نهایتاُ میزان خسارات احتمالی ناشی از سیل را کاهش میدهد.
1-2 بیان مسئله
یکی از مسایل مهم در حوزه آبخیز کشکان وقوع سیلابهای بزرگ با حجم رسوب انتقالی زیاد است، که هر ساله موجب خسارتهای بیشماری در زمینه انتقال رسوب و رسوبگذاري، پيامدهايي چون ايجاد جزاير رسوبي در مسير رودخانه، کاهش عمر مفيد سدها و ظرفيت ذخيره مخازن، خوردگي تاسيسات سازههاي آبی، وارد شدن خسارات به مزارع، رسوبگذاري در کف کانال و بسياري مسايل و مشکلات ديگر را در بر دارد. آگاهي از چگونگي توزيع زماني رسوب در طول يک سيلاب به دلیل مشکلات حاصل از وقوع این پدیده در زمینه برنامهریزیهای مربوط به کاهش خسارات ناشی از سیلاب و رسوب انتقالی در زمینههای مختلف خواهد شد. در این راستا منحنيهاي رسوب براي تجزیه و تحلیل روابط متقابل مواد رسوبی و سازههاي مؤثر کنترل رسوب از جمله مخازن سدها داراي اهميت ویژهای ميباشند. با دانستن تغييرات زماني رسوب در طول رگبارها امکان مديريت بهتر و جامعتر حوزههاي آبخيز مهيا ميگردد. در حال حاضر، مسائل مربوط به خوردگی سازههای کنترلی و رسوبگذاری درصد قابل توجهی از درآمد سرانه کشورهای مختلف را به خود اختصاص میدهد (بهرنگی، 1388). همچنین تولید رسوب در دراز مدت اثرات نامطلوبی بر کیفیت و ساختمان خاک در زمینه کشاورزی و اقتصاد آن، کیفیت آبهای زیرزمینی و سطحی در زمینه آب آشامیدنی و صنعت، آلودگیهای زیست محیطی خواهد داشت.
1-3 اهداف تحقيق
تحقيق حاضر به منظور دست‌يابي به اهداف زير انجام خواهد گرفت:
1. بررسي تغييرات زماني منحني سنجه رسوب در مواقع سیلاب جهت مقایسه رسوب برآوردی حاصل از نرم افزارهای 4.3 GEP و HEC-RAS4.1 با رسوب اندازهگیری شده ایستگاه رسوبسنجی کشکان پلدختر.
2 . ارائه روشی جهت پيشبيني بهتر رسوب معلق در رودخانه کشکان پلدختر.
1-4 فرضيات تحقيق
1- همبستگی بین دبی رسوب معلق و دبی آب در مواقع سیلابی رودخانه کشکان از رابطه غیرخطی پیروی میکند.
2- میزان رسوب برآوردي با استفاده از نرم افزارهای 4.3 GEP و HEC-RAS4.1 با ميزان رسوب اندازهگيري شده در منطقه تحقیق اختلاف معنیداری ندارد.

2-کلیات و مرور منابع
2-1-مقدمه
هیدرولیک رسوب دانشی است که چگونگی فرسایش، حرکت و رسوبگذاری مواد رسوبی در کانالها و رودخانهها را مورد بحث قرار میدهد. این علم برپایه علومی چون مکانیک سیالات، هیدرولیک رودخانه و رسوبشناسی استوار میباشد. از آنجا که خسارات وارده رسوبات رودخانهای به طبیعت، کشاورزی و سازههای آبی بسیار گسترده و زیانآور است، شناخت دقیق آن از اهداف مهم مهندسان هیدرولیک میباشد. برای جلوگیری یا به حداقل رساندن خسارات وارده باید سه فرآیند فرسایش، انتقال و تهنشینی مواد رسوبی را مورد مطالعه قرا داد. به عنوان مثال ذرات رسوبی در حین انتقال به توربینها، پمپها، پایههای پل و پوشش کانالها خسارات زیادی وارد میکنند. در این فصل علاوه بر ذکر مبانی نظری، با توجه به موضوع تحقیق، اشاره به منابع تحقیقاتی نرمافزارهای HECRAS 4.1 و GEP 4.3 خواهد شد.
2-2- رودخانه، سیلاب و انتقال رسوب
رودخانهها یکی از منابع حیاتی انسان و سایر موجودات زنده میباشد. درحالت طغیان رودخانهها این منبع زندگی باعث نابودی و وارد شدن خسارات جبرانناپذیری گردیده است. شناخت رفتاری رودخانه و انجام فعالیتهای سازگار با طبیعت رودخانه و اقدامات مهندسی بهجا همواره دغدغه مهندسین درگیر در این زمینه بوده است و همیشه به ابزاری جهت شبیهسازی پدیده مورد نظردر رودخانه نياز بودهاست. یکی از مهمترین ابزارها، مدلهای مقياسی (مدلهای فیزیکی) میباشد که در قرن اخیر به طور گستردهای مورد استفاده مهندسین و محققین قرار گرفتهاند. کاربرد جدی این مدلها که پایه تئوریک آن در قرن نوزدهم توسط فرود (Froude) گذاشته شده به دهههای 1930 و 1940 میلادی برمیگردد که با موفقیت زيادی همراه بوده وجوابهای کمی ونسبتاٌ دقیقی را در اختيار طراحان و مهندسین قرار دادهاست. اما با توجه به توسعه فعالیتهای مهندسی رودخانه و ازدیاد ابعاد پروژههای مرتبط با رودخانه، مدلهای مقياسی کارآیی کمتری از خود نشان دادهاند، زیرا محدوده مورد مطالعه طراحان وسیعتر از حدی بود که در مدلی با مقياس قابل قبول شبیهسازی شود. علاوه بر آن زمانهای شبیهسازی نیز بعضاٌ در حدی میباشد که استفاده از مدل مقياسی را غیر ممکن میسازد. پیشبینی سیلاب قبل از وقوع، هشدار آن و روشهای غیر سازهای مهار سیل، یکی از راهکارهای مؤثر در کاهش خسارت سیل میباشد، که به عنوان ابزاری برای مدیریت سیل از اهمیت زیادی برخوردار هستند. سیلابی بودن اکثر حوزههای کشور، گسترش طرحهای توسعه منابع آب در حوزهها و پیشرفت فنآوریهای کامپیوتری ضرورت مدیریت سیلاب از طریق مدلسازی را دوچندان کرده است. با تمام اهمیتی که آب در اقتصاد ایران دارد، سیلابها هر ساله حجم عظیمی از آبها و خاکهای حاصلخیز کشور را از دسترس خارج نموده و به کویرها، دریاچهها و دریا انتقال میدهند (علیزاده، 1381). تداوم این وضعیت، صدمههای جبرانناپذیری بر منابع آب و خاک کشور وارد میکند. از این رو در کنترل و مبارزه با این پدیده شناخت عوامل و پارامترهای موثر بر سیلاب اهمیت بسیار زیادی دارد. به عبارت دیگر قبل از هرگونه برنامهریزی برای کنترل سیل، باید رفتار و فرآیندهای آن را شناخت (Smith ,1992).
2-3- اهمیت انتقال رسوب در رودخانهها
در کشور ما اطلاعات دقیق و صحیح از فرسایش، انتقال رسوب و رسوب گذاري کم است و بین اندازهگیريها و برآوردهاي انجام شده نیز اختلاف زيادي مشاهده میشود. جوان بودن تحقیقات در این رشته و فقدان اندازهگیريهاي درازمدت رسوب، مانع از دستيابی به اعداد قابل اعتماد شدهاست. با توجه به اینکه در رودخانهها همواره فرسایش و انتقال رسوب صورت میگیرد، بنابراین بررسی ظرفیت حمل رسوب جريان و مکانیسم انتقال رسوب در هیدرولیک رودخانه و مورفولوژي آن، از اهمیت ویژهاي برخوردار میباشد. از سال 1970 به بعد، اندازه گیري و برآورد بارمعلق به دلایل گوناگون و متعدد، شامل مسئله گلآلودگی و انتقال رسوب، بحث کیفیت آب، رسوبگذاري مخازن و کانالها، فرسایش و تلفات خاك مورد توجه قرار گرفت. با وجود مطالعات و تحقیقات زيادي که در دو دهه اخیر در مورد مسئله فرسایش خاك، حمل رسوب و سرانجام ته نشست آنها به عمل آمده، اما هنوز راهی طولانی براي فهم کامل این پدیده باقی مانده است (.Horowitz, 2002 Ferguson, 1986). کشور ایران با فرسایش بیش از یک میليارد تن در سال ، رتبه اول تخریب در دنيا را دارا بوده و روزانه سیل در حدود 300 میلیون تومان و خشکسالی 100 میلیون تومان خسارت وارد می نماید (مهدوي، 1380). درایران نیز سالانه بیش از 100 میلیون مترمکعب از گنجایش سد هاي مخزنی به خاطر رسوبگذاري کاسته می شود (موسوی و صمدي بروجنی، 1375). از این رو برآورد بار رسوب معلق که قسمت اعظم رسوب ته نشین شده در مخازن را تشکیل می دهد، بسيار حائز اهمیت است. اندازه گیري رسوب معلق رودخانهها از سال1343 آغاز و تا پايان سال آبی 76-1375 تعداد 715 ایستگاه رسوب سنجی با 244000 رکورد در سطح کشورگزارش شده است (تماب، 1376 ). در این ایستگاهها غلظت يا گل آلودگی جريان اندازه گیري و نتایج حاصل از آن، در مطالعات مرتبط با مدیریت منابع آب، فرسایش و رسوب و مسائل زیست محیطی استفاده می شود. بخش عمده رسوب حمل شده بوسیله اکثر رودخانهها را بار معلق تشکیل میدهد. به همین علت تعیین مقدار بارمعلق رسوب رودخانه در مطالعات مهندسی رودخانه و منابع آب حائز اهمیت است. به مطالعه رسوب معلق به سه دلیل توجه بیشتري شده است: اول اینکه بار معلق شاخصی از تحویل رسوب از کل سطح آبخیز است؛ در حالی که بار بستر شاخصی از شرایط بستر در زمان نمونهبرداري است. دوم اینکه، غلظت مواد حاصلخیز در بار معلق خیلی بیشتر است؛ در نتیجه اهمیت آن نیز بیشتر از بار بستر است (صادقی و همکاران، 1384). و دلیل سوم اینکه معمولاً بار معلق بدون تماس با کف رودخانه است و از ذرات رس، سیلت و و شن ریز تشکیل شده است که نمونهبرداري و اندازهگیري آن به مراتب آسانتر از بار بستر است (Mimikou, 1982). رسوب انتقال یافته توسط رودخانهها به مخازن، ظرفیت ذخیره آنها را کاهش داده و بر کیفیت آب قابل استفاده شده برای نیروگاههای برق، آبیاری و کاربردهای صنعتی و خانگی تأثیرگذار است (Kumar and Rastogi, 1987).
2-4-مؤلفههای مدلسازی حوزه
2-4-1- واسنجی مدل
واسنجی مدل فرآیندی است که در طی آن مقادیر پارامترهای معرفی شده به مدل، با هدف دسترسی به نتایج مشابه با دادههای واقعی و طبیعی تصحیح میشود (موسوی ندوشن و داننده مهر، 1384). فرآیند واسنجی میتواند به صورت کاملاٌ دستی با استفاده از قضاوت مهندسی به روش تصحیح مکرر پارامترها و محاسبه بهترین برازش بین هیدروگرافهای محاسبه شده و مشاهده شده، انجام پذیرد. بهترین شبیهسازی، خروجی نزدیک به دادههای اندازهگیری شده خواهد بود. برای مدلهای ریاضی باید مراحل واسنجی و صحتسنجی صورت گیرد. همانطور که گفته شد در مرحله واسنجی مجموعهای از عوامل به نحوی اصلاح میگردند که نتایج حاصل از مدل و مقادیر اندازهگیری شده در طبیعت، تطابق داشتهباشند، شکل(2-1). قبل از واسنجی، کاربر باید از صحت عملکرد مدل و کامل بودن فایل ورودی اطمینان حاصل کند. به عنوان مثال در مطالعه هیدرولیک جريان، معمولاٌ از اطلاعات اندازهگیری شده دبی جريان و تراز سطح آب برای واسنجی استفاده میگردد. در این حالت ضریب زبری عمدهترین عاملی است که مورد واسنجی قرار میگیرد. ولی در مدلهای دو بعدی و سه بعدی، جريان غیرماندگار و مدلهای فرسایش و رسوب، اطلاعات بیشتری برای واسنجی مورد نيز میباشد. از جمله تغییرات مکانی و زمانی دبی جريان و تراز سطح آب، غلظت رسوب، تراز و شکل بستر و تراز سرعت از جمله اطلاعاتی هستند که برای واسنجی اینگونه مدلها مورد نيز میباشد (راهنمای مطالعات فرسایش و رسوب در ساماندهی رودخانهها، 1386).

شکل(2-1) مراحل مختلف واسنجی دادهها در مدلسازی
2-4-2- صحت سنجی مدل
از آنجایی که نتایج حاصل از مدلها در تصمیمگیریها و طراحی منابع آب و خاک و همچنین مسایل مربوط به سیل و امثال آن کاربرد فراوان دارد، همواره درجهی اعتبار آنها مورد سؤال است. البته از هیچ مدل کامپیوتری نمیتوان پیشبینیهای کامل و دقیقی را انتظار داشت و همیشه به صورت نسبی مطرح است. در این قسمت با یک سری از دادههایی که در مرحله واسنجی استفاده نشدهاند، نرمافزار اجرا میشود. در مرحلهی واسنجی، شبیهسازی جريان انجام میشود. میزان نزدیکی جريان محاسباتی به جريان مشاهداتی حاکی از معتبر بودن مدل است و در غیر این صورت صحت و اعتبار مدل زیر سؤال خواهد بود. در صورتیکه اطلاعات کافی برای واسنجی و صحت سنجی مدل در دسترس نباشد، باید آنالیز حساسیت مدل به عوامل ورودی انجام گیرد تا میزان ثأثیر خطای اطلاعات ورودی روی نتایج خروجی مدل قابل بررسی باشد (راهنمای مطالعات فرسایش و رسوب در ساماندهی رودخانهها، 1386). صحتسنجی آخرین مرحلهای است که باید بعد از واسنجی صورت گیرد.
2-5- نقش مدلها در پیشبینی روند فرسایش و رسوبگذاری
2-5-1- مدلهای تجربی
روشها یا مدلهای تجربی مبتنی بر روابط مشتق شده از آنالیز رگرسیون بوده و معمولاٌ نیازمند تعداد زیادی داده هستند. در این مورد، دانش و علم ما به طور غیرمستقیم از طریق استخراج دادهها و آنالیز آنها منعکس میشود. عیب این نوع مدلها این است که قابلیت استفاده در خارج از محدودهی استخراج دادهها را ندارند. این نوع مدلها در واقع توصیف ریاضی از دادهها بوده قادر به

پایان نامه
Previous Entries تحقیق با موضوع رسوب معلق، شبیه سازی، اعتبارسنجی Next Entries تحقیق با موضوع فرسایش خاک، هیدرولیک، پتانسیل انتقال