بخشی از مقاله
چکیده
یکی از راههای شناسایی رفتار و خصوصیات هیدرولیکی رودخانهها بررسی شرایط پوششگیاهی موجود در مسیر رودخانهها و تغییرات ساختار جریان روی آنهاست. از سویی پوششگیاهی یکی از مهمترین عوامل تاثیرگذار در کاهش فرسایش، افزایش مقاومت جریان، افزایش آشفتگی، کاهش انتقال موثر دبی و حتی افزایش عمق در رودخانههاست. باید دانست تمامی موارد فوق بر عملکرد سازههای هیدرولیکی موجود در مسیر کانالهای طبیعی تاثیرگذار میباشد.
تحقیق حاضر بر روی بازهای مستقیم از رودخانه چادگان انجام شده است. توپوگرافی بستر رودخانه با استفاده از یک دوربین نقشهبرداری و دادههای سرعت با استفاده از یک سرعتسنج صوتی برداشت گردید. با توجه به نتایج این تحقیق میتوان گفت که، در صورت وجود پوششگیاهی در مسیر بیشترین تاثیر از وجود گیاه، شدت آشفتگی و همچنین تنش برشی در ناحیه قبل از گیاه دیده می شود، در این ناحیه در Y/H=0.38 حداکثر سرعت طولی بوجود امده و تمامی مقادیر سرعت قائم منفی و پایین رونده میباشند.
در ناحیه روی گیاه کمترین میزان آشفتگی و تنشبرشی در کمترین عمق، یعنی بر روی تاجگیاه رخ داده و تمامی سرعتهای قائم از تاج گیاه تا تراز ارتفاعی Y/H=0.5 بالا رونده و پس از آن منفی و پایین رونده میباشند. در ناحیه پس از گیاه، نیمرخ سرعت طولی دیگر تحت تاثیر وجود گیاه نبوده و روند طبیعی ویکنواختی دارد، در این ناحیه کمترین میزان شدت آشفتگی را شاهد هستیم ، نیمرخ تنشبرشی نیز تصویری مقعر داشته و در Y/H=0.3 به حداکثر مقدار خود میرسد.
.1مقدمه
یکی از راههای شناسایی رفتار و خصوصیات هیدرولیکی رودخانهها، بررسی شرایط پوششگیاهی موجود در مسیر رودخانهها و تغییرات ساختار جریان عبوری از روی آنهاست. پوششگیاهی در رودخانهها به میزان زیادی بر زبری در نتیجه مقاومت جریان تاثیر گذار است 1 رشد و توسعه پوششگیاهی در کانالهای طبیعی و رودخانه ها میتواند موجب کاهش فرسایش، افزایش مقاومت جریان، کاهش انتقال موثر دبی و حتی افزایش عمق جریان گردد. طرحهای احیای پوششگیاهی و بیومهندسی در رودخانهها، همواره به عنوان یکی از روشهای مدیریتی منابع آب و خاک مد نظر بوده، اما اینگونه طرح ها، علیرغم مزایای فراوانی که دارد، در صورت طراحی و اجرایی نامناسب، میتواند مشخصات هیدرولیکی رودخانه را به نحوی نامطلوب تغییر دهد.
باید دانست تمامی عوامل مذکور در عملکرد سازههای هیدرولیکی موجود در مسیر کانالهای طبیعی موثر است و ضروریست که به بررسی شرایط جریان در اطراف گیاه، اعم از آشفتگی، مولفههای سرعت و غیره بپردازیم. با توسعه روزافزون تکنولوژی این امکان بوجود آمده که از وسایل پیشرفتهتری برای تعیین ساختار جریان و آشفتگی بهره گرفته شود. سرعت سنج صوتی - ADV - یکی از همین دستگاههاست که محققان هیدرولیک برای اندازهگیری نوسانات لحظهای سرعت به طور گسترده به کار گرفته اند 2 .در این تحقیق نیز به کمک همین دستگاه ساختار و آشفتگی جریان حول پوشش گیاهی در رودخانه چادگان واقع در استان چهارمحالوبختیاری را بررسی کردهایم.
لازم بهذکر است اکثر رودخانههای استان چهارمحالوبختیاری تختهسنگی و قلوهسنگی میباشند، به عبارتی اندازه ذرات بستر آنها غالبا بیش از 2 سانتیمتر است و با کاهش شیب منطقه منطقه اندازه ذرات بستر رودخانه نیز کاهش مییابد و ذرات بستر از تختهسنگی و قلوهسنگی به شنی تبدیل میشود. در این حالت دامنه تغییرات اندازه قطر ذرات 2 میلیمتر تا 64 میلیمتر میباشد.
.2بررسی منابع
وجود پوششگیاهی در رودخانهها، آبراهههای طبیعی و بخصوص در سیلابدشتها تاثیر زیادی در خصوصیات هیدرولیکی جریان و مورفولوژیکی مجاری مذکور دارد و در این زمینه تحقیقاتی خرد و کلان انجام شده که در ادامه به برخی از آنها میپردازیم:
زاویستوکی با بررسی پروفیلهای سرعت جریان و آشفتگی در بین المانهای چوبی که نقش پوشش گیاهی را شبیه سازی میکردند، مشاهده کرد افزایش تراکم پوششگیاهی منجر به تداخل گردابههای پشت میلهها و ایجاد جریان برشی قوی و همچنین مولفههای عمودی سرعت جریان میشود که بهطور بسیار معنادار شدت آشفتگیهای عمودی و افقی را افزایش می-دهد - >3@ - Zavistoski, 1994 ، همچنین مقدار نیروی دراگ ناشی از حضور پوشش گیاهی در مسیر جریان، در مقایسته با مقاومت جدار، بسیار بزرگتر است [4] - kadlec, 1990 - ، پوششگیاهی با کاستن از سرعت جریان در نزدیکی بستر، میزان فرسایش را پایین میآورد و میزان رسوبگذاری در سیلاب دشتها را افزایش میدهد
گیاهان موجود در نزدیکی سواحل رودخانه میتوانند با استهلاک انرژی امواج، قبل از برخورد آنها با جدارههای فرسایشپذیر، از فرسایش دیوارهها جلوگیری کنند - Othman, 1994; Massel et al., .>6@ - 1999 در گذشته پوششگیاهی سیلابدشتها برای کاهش مقاومت در مقابل جریان و افزایش ظرفیت انتقال از مسیر جریان حذف میگردید، امروزه به منظور بهبود کیفیت آب و افزایش پایداری آبراهه و همچنین تغییر الگوی جریان، نه تنها پوششگیاهی حذف نمیشود بلکه گیاهان در مسیر جریان کاشته میشوند، بررسیها نشان میدهد که ریشه گیاهان پایداری مکانیکی آبراههها و سواحل را افزایش میدهد .
یانگ و همکاران نیز تاثیر پوششگیاهی سیلابدشت را برساختار جریان در مقطع مرکب بررسی کردند. نتایج تحقیق این محققان بر روی سه نوع پوششگیاهی مختلف نشان میدهد حضور هر سه نوع پوشش گیاهی منجر به کاهش سرعت جریان در دشت سیلابی میشود. در حضور پوششگیاهی، گرادیان عرضی سرعت جریان در سیلابدشت و همچنین تنشبرشی ظاهری در سطح مشترک کانال اصلی و سیلابدشت افزایش مییابد. در حالی که در نبود پوششگیاهی، پروفیل عمقی سرعت جریان به صورت لگاریتمی و در حضور پوششگیاهی به صورت S شکل است
.3مواد و روش ها
این تحقیق در بازهای مستقیم و 20 متری از رودخانه شنی و قلوه سنگی واقع در استان چهار محال و بختیاری با نام چادگان انجام شد. در این بازه ابتدا با پیاده کردن یک شبکه 1 متر در1 یک متر و با استفاده از دوربین توتالاستیشن - Total Station - اقدام به برداشت توپوگرافی بستر با دقت مناسب گردید. شکل - - 1 نقشه خطوط تراز را در این بازه نشان می دهد.
شکل - 1 - خطوط تراز توپوگرافی در بازه مورد مطالعه
در مرحله بعد یک منطقه دارای پوششگیاهی به عنوان شاهد انتخاب شده و به منظور بررسی خصوصیات هیدرولیکی جریان نیمرخهای سرعت توسط دستگاه سرعت سنج صوتی - ADV - برداشت شد. در هر نیمرخ سرعت 15-20 سرعت نقطه ای با زمان 2 دقیقه و فرکانس 200 هرتز اندازهگیری شد. پس برداشت دادهها به منظور استفاده از دادههای بهینه جهت آنالیز، فیلتراسیون دادهها با استفاده از نرم افزار WinADV انجام شد. با استفاده از این فیلتراسیون دادههایی با نسبت سیگنال به نویز کمتر از 15 و همبستگی کمتر از 70 به عنوان دادههای نامناسب حذف گردیدند.
