بخشی از مقاله
خلاصه
پوششهای گیاهی بدلیل ایجاد مقاومت در برابر جریان توسط نیروی کششی ساقهها که باعث افزایش ضریب زبری، کاهش سرعت جریان و کاهش تنش برشی کف و در نتیجه کاهش فرسایش و نرخ حرکت بار های رسوبی میگردند، نقش بسیار مهمی در جلوگیری از فرسایش جداره ها و نهایتا" مورفولوژی رودخانه دارند. در این تحقیق به منظور بررسی تأثیر پوشش گیاهی بر جریان، از یک مدل آزمایشگاهی استفاده شد و آزمایشات در شرایط جریان ماندگار غیر یکنواخت تدریجی و آب صاف در یک فلوم شیشهای به طول 6 متر و عرض 0/5 و ارتفاع 0/6 متر انجام گردید. برای مدل کردن پوشش گیاهی غیر مستغرق، از میلههای استوانهای از جنس پلاستیک فشرده به ارتفاع 15/3 و قطر 8 میلی متر در 4 تراکم مختلف، در طول 2/8 متر از کف کانال استفاده گردید. با توجه به نتایج حاصل از آزمایشهای انجام شده، میتوان نتیجه گرفت که وجود پوشش گیاهی غیر مستغرق، ضریب زبری مانینگ را در بیشترین تراکم گیاهی به کار برده شده در این تحقیق و در مقایسه با بستر صاف، 80 درصد افزایش میدهد. همچنین افزایش تراکم گیاهی، باعث افزایش مقاومت جریان و افزایش تنش کل و در نتیجه باعث افزایش عمق و شیب خط انرژی می-شود. همچنین بیشترین مقاومت در برابر جریان توسط نیروی کششی ساقهها ایجاد میشود و این نیرو، سرعت حرکت جریان را کاهش میدهد که در نتیجه باعث کاهش تنش برشی در کف و کاهش نرخ انتقال رسوبات کف میشود.
کلمات کلیدی : پوشش گیاهی، نیروی کششی، ضریب زبری، تنش برشی.
-1 مقدمه
رودخانهها در سراسر دنیا تاثیر بسیار زیادی بر نواحی مجاور خود دارند و یکی از مهمترین منابع تامین آب مورد نیاز بشر بوده و از اجزاء مهم چرخه هیدرولوژیک میباشند. هرگونه تغییر در کیفیت و کمیت آب رودخانهها از جمله طغیان آنها، میتواند فعالیتهای اقتصادی و اجتماعی ساکنین اطراف رودخانهها را مختل کند و زندگی آنها را به خطر بیاندازد. در گذشته به دلیل تاثیر پوشش گیاهی بر کاهش ظرفیت دبی رودخانهها، برداشت گیاهان از مسیر رودخانهها یکی از اقدامات ضروری برای بهبود وضعیت رودخانه به شمار میرفت. ولی امروزه گرایش مدیریت رودخانهها و سیلابدشتها به سمت درک فواید قابل توجهای که پوششهای گیاهی برای اکوسیستم فراهم میکند متمایل شده است. از اثرات مهم پوششهای گیاهی در حفاظت رودخانهها میتوان به نحوه عمل ریشهها اشاره کرد که باعث تحکیم خاکدانهها و بهبود ساختمان خاک میشود و با بالا بردن مقاومت برشی خاک، موجب افزایش مقاومت دیوارهها در برابر نیروی فرسایشی آب میگردد. اندامهای بیرونی گیاه باعث افزایش زبری دیوارهها و کاهش سرعت جریان شده و انرژی جریان را در محل دیوارهها مستهلک میکند. پوشش گیاهی با کاهش تنش برشی بستر، باعث کاهش دبی رسوبات و تهنشینی آنها در فواصل بین پوشش شده و باعث کنترل عرض و افزایش پایداری دیواره خواهند شد. کاشت و ایجاد مناطق جنگلی در اراضی حاشیه بالادست رودخانهها و بالادست شهرها که در پهنه سیلاب قرار دارند، همچنین باعث میشود که این مناطق جنگلی به عنوان یک سد سبز عمل کرده و در این مناطق ذخیره سیلاب صورت گیرد و در نتیجه جریان سیل با سرعت و شدت کمتری به مناطق پاییندست انتقال یابد و باعث کاهش رسوبات حمل شده به پایین دست شود.[1] با توجه به توضیحات داده شده، بررسی تاثیر پوشش گیاهی بر روی افزایش ضرایب مقاومتی و همچنین تنش برشی کف که با کاهش آن ، باعث کاهش حرکت رسوبات و ته نشینی آنها میشود، در 50 سال اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. اولین تحقیقات در زمینه جریان عبوری در کانالهای حاوی پوشش گیاهی توسط ری و پالمر در سال 1949 انجام شد. آنها منحنیهایی که مقادیر ضریب مانینگ را در برابر سرعت متوسط و شعاع هیدرولیکی نشان میدهد به صورت n VR ارائه کردند. هدف اصلی این تحقیق تعیین ظرفیت کانالهای حاوی پوشش گیاهی بود. با استفاده از این منحنیها، این نتیجه حاصل شد که رابطه n VR بستگی به مشخصات فیزیکی چمن، هندسه کانال و شرایط جریان دارد. این نمودار روش مناسب و مفیدی برای تخمین دبی کانالهای با پوشش گیاهی فراهم میکند و برای گیاهان مستغرق صادق میباشد.
کاون و فتحی مقدم - 2000 - با استفاده از آزمایشات انجام شده رابطه زیر را برای ضریب اصطکاک تنه چوبی درختان غیر مستغرق از خانواده کاج ارائه کردند.
در این رابطه F ، عدد فرود جریان و R d عدد رینولدز استوانه است. دادههای اندازهگیری شده در این تحقیق و همچنین نتایج محققین قبلی تأیید میکند که ضریب کشش ساقه به طور لگاریتمی با تراکم گیاهی ساقه افزایش مییابد.
-2 مواد و روشها
به منظور بررسی تأثیر پوشش گیاهی بر روی خصوصیات جریان همچون عمق، ضریب زبری و تنش برشی آزمایشهایی در آزمایشگاه مرکزی تحقیقات آب گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران، در یک کانال مستطیلی با دیواره شیشهای و کف پلکسی گلاس1 به طول 6 متر و عرض50 و ارتفاع 60 سانتی متر انجام گردید. مدل آزمایشگاهی مورد استفاده شامل مخزن آب ورودی، کانال اصلی و مخزن جمعآوری رسوبات بود. جریان آب توسط پمپ زیرزمینی به مخزن هوایی پمپاژ شده و سپس از طریق لوله وارد مخزن ورودی در ابتدای کانال می شد. مخزن شامل دو آرام کننده مشبک برای از بین بردن آشفتگی و تلاطم جریان و یک سرریز مثلثی برای اندازهگیری دبی ورودی به کانال بود. در ابتدای کانال نیز از دو آرام کننده برای از بین بردن تلاطم و آشفتگی جریان استفاده شد. در آزمایشات شرایط جریان ماندگار غیر یکنواخت تدریجی برقرار بود. برای مدل کردن پوشش گیاهی مورد استفاده در این تحقیق از میلههای استوانهای صلب از جنس پلکسی گلاس به قطر 8 میلی متر - - d و ارتفاع - 15/3 - Hسانتی متر استفاده شد و در چهار تراکم 62،38، 125 و 275 و در طول 2/8 متر در کف نصب گردید. تراکم گیاهی به صورت تعداد المانهای گیاهی N بر روی واحد مساحت کف محاسبه میشود - N a N B L که B عرض کانال و L فاصله بین ردیف المانهای گیاهی است - .
جدول -1 نحوه آرایش المانهای گیاهی
المانهای گیاهی در این تحقیق به صورت مدلی از درختان بکار برده شد و معیار برآورد فواصل بین آنها نسبت d s است که به صورت نسبت فاصله بین المانها به قطر المان تعریف میشود. در بررسیهای انجام شده در تبصره حفاظت خاک[6]، فاصله کاشت بین درختان کوتاه 3 تا 4 متر و بین درختان بلند 10-8 متر گزارش شده است که در این تحقیق از میزان تغییرات نسبت d s بین 5 تا 20 استفاده شد - d 20 . - 5 s
شکل -1 شمای کلی از مدل آزمایشگاهی
