مقاله تحلیلی بر روند رسوبگذاری و میزان آورد رسوب رودخانه ها به مخازن سدها بر اساس روش های USBR و FAO (مطالعه موردی: سد مخزنی کرخه در شمال غربی خوزستان)

word قابل ویرایش
11 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

تحلیلی بر روند رسوبگذاری و میزان آورد رسوب رودخانه ها به مخازن سدها بر اساس روش های USBR و FAO (مطالعه موردی: سد مخزنی کرخه در شمال غربی خوزستان)
چکیده
رسوبگذاری و فرآیند آن در زمره یکی از عمده ترین عوامل در رفتار رودخانه هاسـت کـه توجـه کارشناسان و محققین را جلب نموده است، لذا برآورد مقدار رسوبات در رودخانه ها و به تبـع آن در پشـت سدهای برق آبی از اهمیت زیادی برخوردار بوده که به همین منظور در این تحقیق برای تعیین میزان آورد رسوب رودخانه کرخه در بالادست سد مخزنی، آمار دبی جریان و رسوب معلق ایسـتگاه هـای هیـدرومتری واقع در چهار سرشاخه اصلی شامل گاماسیاب، قره سو، کشکان وسیمره به مدت ۲۹ سال مـورد بررسـی قـرار گرفت. میزان آورد رسوب معلق این ۴ سرشاخه با استفاده از رابطه سنجه رسوب معلق به فرم توانی((USBR و نیز روش FAO درحدود ۴/۷و ۷/۸ میلیون تن در سال تعیین شده است. با فرض یک نسبت بار بستر به بار معلق مناسب در هریک از ایستگاه ها، میزان کل رسوب انتقالی از روش های USBR وFAO به ترتیب حدود ۵/۶ و۹/۳۱ میلیون تن در سال برآورده شده است. مقایسه نتایج این دو روش با میزان رسوبگذاری مخزن سد کرخه حاصل از عملیات هیدروگرافی سال ۸۴ حدود ۱۲ میلیون تن در سال، نشان می دهد که روشFAO مطابقت بهتری با وضعیت دارد. نتایج حاصله همچنین نشان داد که روش مورد استفاده در این پـژوهش مـی تواند به عنوان یک ابزار قوی تحلیلی برای پیش بینی کل رسوبات وارد شده به مخازن سدها و نیز به منظور واسنجی و صحت سنجی مدل های ریاضی رسوبی اسـت مـورد اسـتفاده قـرار گرفتـه و در برنامـه ریـزی و مدیریت بهره برداری و نگهداری پایدار از سازه های آبی به کار گرفته شود.
کلمات کلیدی: رسوب گذاری، ایستگاه های هیدرومتری، روش های USBR و FAO، سد مخزنی کرخه

-۱ مقدمه
رشد فزاینده جمعیت، توسعه اقتصادی و بهبود وضعیت معیشتی قسمتی از جمعیت جهان پس از جنگ جهانی دوم و در نتیجه افزایش تقاضا برای تأمین نیازهای مختلـف در بخـش هـای مختلـف کشـاورزی، صـنعت، شـرب شهری و محیط زیست چالش های جدی در مدیریت منابع آبهای تجدید شونده را ایجاد نموده است.[۱] دخالت های مستقیم و غیر مستقیم بشر و موجودات زنده وابسته به آن را به عنوان عوامل تأثیرگذار دیگری در این ارتباط می باشد، که تعادل و پایداری این منابع را به چالش کشانده است. فرسایش خاک توسط عوامل فرسـایش پـذیر، انتقال و رسوب آنها در پایاب یا بعبارت دیگر “فرآیند رسوبگذاری” را بعنوان یکی از عوامـل مهـم در مطالعـات، ساخت، بهره برداری و نگهداری مطرح می شود.[۲]
برآورد میزان رسوبات وارده به مخازن سدها را می توان یکی از مهمترین عوامل در مطالعات مهندسی آب و رودخانه بشمار آورد که در این میان پایداری و عملکرد سـدهای بـزرگ خوزسـتان وکشـور ماننـد دز ، کرخـه ، وکارون را با چالش های جدی مواجه نموده است. لذا لازمه بهره وری بهینـه از منـابع آب حیـاتی ایـن سـازه هـا، انجام مطالعات نظام مند و جامع در خصوص پدیده رسوبگذاری، روند آن و نیز برآورد میزان رسوبات حمل شده و تبعات آنها است. این مطالعات بمنظور جلوگیری از آسیب پذیری سازه ها از یکسو و افزایش ضـریب پایـداری آنها درجهت تأمین نیازهای فزاینده بخش هـای رقـابتی کشـاورزی، صـنعت، شـرب شـهری در کنـار حفاظـت و صیانت از منابع ارزشمند زیست محیطی از موارد دیگر می باشد. لذا در این تحقیق به بررسی و بـرآورد سـهم هـر یک از سرشاخه های اصلی رسوبزا در حوضه آبریز رودخانه کرخه در رسوبگذاری سد مخزنی کرخـه بـر اسـاس روش های FAO , USBR و مقایسه آن ها با نتایج حاصل از هیدروگرافی مخزن پرداخته شده است.
-۲ مواد و روش ها
-۱-۲ معرفی منطقه مورد مطالعه
حوضه آبریز کرخه در غرب کشور و در مناطق میانی و جنوب غربی رشته کـوههـای زاگـرس واقـع شـده است. این حوضه آبریز به وسعت ۵۰۷۶۵ کیلومتر مربع و از نظر جغرافیایی بین سی و یک درجه و چهل و هشت دقیقه تا سی و چهار درجه و پنجاه و هشت دقیقه عرض شمالی چهل و شش درجه و پنجاه و هفت دقیقه تا چهل و نه درجه ده دقیقه طول شرقی واقع شده است. جریان آب رودخانه کرخه همیشه مقداری از مـواد رسـوبی حوضـه کرخه را به پایین دست حمل مینماید. در بالادست سد کرخه ۳۹ ایستگاه هیـدرومتری وجـود دارد کـه در ایـن تحقیق مجموع رسوب معلق انتقالی از ۴ سرشاخه اصـلی(زیـر حوضـه) ایـن حوضـه شـامل گاماسـیاب، قـره سـو، کشکان و سیمره بررسی شده است. شکل۱ موقعیت سرشاخه های اصلی رودخانه کرخه و سـد مخزنـی کرخـه را نشان می دهد.[۳]

شکل(:(۱ موقعیت سرشاخه های اصلی رودخانه کرخه و سد مخزنی کرخه

-۲-۲ روش انجام کار
محققین و کارشناسان بدلیل اهمیت پدیده رسوب گذاری در سازه های آبی و تأثیر آن روی عملکرد شبکه های آبیاری و زهکشی در مناطق خشک و نیمه خشک روشهای متعددی برای برآورد بار رسوبی رودخانه ها ارائه داده اند[۴] و .[۵] معادلات تجربی انتقال رسوب و رگرسیون آماری از معمولترین روشهای برآورد میزان رسوبات معلق حمل شده توسط رودخانههاست .[۶] از سوی دیگر تعدد معادلات انتقال رسوب، پراکندگی زیاد نتایج، نیاز به اطلاعات زیاد از هندسه، هیدرولیک و رسوب رودخانه ها، عدم تطابق با شرایط واقعی رودخانه و عدم لحاظ کردن تغییرات زمانی شرایط جریان و رسوب از مهمترین محدودیتهای کاربرد این معادلات است .[۷]
در روشهای رگرسیون آماری،معمولاً مقادیر اندازهگیری شده همزمان دبی جریان و دبی رسوب معلق رودخانه به فرم منحنی توانی (روش (USBR بیان می شوند، که آن را منحنی سنجه رسوبات معلق می نامند. در این منحنی، میزان حمل مواد رسوبی فقط به یک متغیر (دبی جریان) نسبت داده شده است در حالیکه پارامترهای زیادی از جمله اوضاع طبیعی منطقه و حوضه، پارامترهای هیدرولیکی جریان، زمان برداشت نمونه رسوب، نوع رسوبات، شدت بارش و شرایط حوضه در هنگام بارش از نظر تغذیه رسوبی در این امر دخیل هستند. به همین دلیل پراکندگی زیادی بین این رابطه و دادههای اندازهگیری شده رسوبات معلق وجود دارد. به طوریکه ممکن است به ازاء یک دبی جریان ثابت، بار رسوب معلق ۱۰ تا ۱۰۰ برابر تغییر کند. همچنین به دلیل اینکه تعداد نمونههای برداشتی در دوران رسوبی محدود می باشند تراکم دادهها در دبی های پایین جریان بیشتر بوده و فرم معادله توانی را تحت تاثیر قرار میدهد. این در حالی است که حجم اعظم رسوبات فقط در چند واقعه سیلابی از ایستگاه هیدرومتری منتقل میشوند. به این دلیل کارشناسان روی این نکته اجماع دارند که حجم رسوب برآورد شده از رابطه توانی فوق، اغلب کمتر از میزان واقعی میباشد. در ایستگاه هیدرومتری تلهزنگ در بالادست سد مخزنی دز به طور مثال ، آورد سالانه رسوبات معلق محاسبه شده از رابطه توانی USBR حدود ۷/۶ میلیون مترمکعب برآورد شده است. در حالیکه نتایج هیدروگرافی اخیر مخزن سد دز نشان میدهد حجم رسوبگذاری سالانه این سد حدود ۱۷ میلیون مترمکعب (یعنی حدود ۲ برابر مقدار به دست آمده از رابطه (USBR است .[۸] روشهای متنوعی برای اصلاح رابطه توانی سنجه رسوبات معلق وجود دارد که مهمترین آنها عبارتند از استفاده از چند منحنی توانی برای یک ایستگاه، روش اصلاحی فائو ، استفاده از پارامتر تیرگی یا کدورت جریان به جای دبی جریان در منحنی سنجه رسوب، کاربرد شبکههای عصبی مصنوعی روش منطق فازی [۹]،[۱۰]و.[۱۱] با توجه به موارد فوق این تحقیق از روش رگرسیون آماری و روش اصلاحی فائو به منظور بررسی میزان آورد رسوب استفاده شده است و لذا به همین منظور رابطه توانی سنجه رسوب در روش رگرسیون یا روش USBR به صورت زیر بیان میشود:
(۱) Qs  aQbw
که در آن Qs بار رسوب معلق بر حسب تن در روز، Qw دبی جریان بر حسب متر مکعب بر ثانیه و a و b مقادیر ثابت هستند. ضریب a متناسب با عکس دبی متوسط بلندمدت جریان، دمای متوسط هوا و شکل ارتفاعی حوضه است. توان b ارتباط بیشتری با دمای متوسط هوا و شکل حوضه دارد.[۱۲]
به دلیل ماهیت لگاریتمی رابطه رگرسیونی و نیز تراکم زیاد دادههای اندازهگیری در دبیهای کم جریان، این منحنی نیاز به اصلاح دارد. یکی از روشهای اصلاحی، روش فائو است .[۹] در این روش، شیب خط رگرسیونی منحنی سنجه رسوب ثابت فرض گردیده اما عرض از مبدأ آن افزایش مییابد تا به نوعی اثر دبیهای سیلابی لحاظ شود. رابطه زیر به این منظور استفاده میشود:

که در این رابطه Qs و Qw به ترتیب میانگین دبی رسوبی و دبی جریان دادههای اندازهگیری شــده میباشند. در این تحقیق آمار سالهای بین ۱۳۵۰- ۱۳۵۱ تا ۱۳۷۸- ۱۳۷۹به لحاظ اینکه دارای آمار نسبتاً کامل و طولانی میباشد، مورد قبول واقع گردید.
مراحلی که در این تحقیق برای برآورد حمل رسوب در سرشاخه های اصلی حوضه آبریز طی گردید عبارتند از:
-۱ استخراج منحنی سنجه رسوبات معلق ایستگاه هیدرومتری هر یک از سرشاخه های اصلی با استفاده از داده های اندازه گیری شده دبی جریان و دبی رسوب معلق به کمک روابط توانی USBR و FAO
-۲ ترسیم منحنی تداوم جریان با استفاده از دبی های جریان در دوره های زمانی مناسب -۳ کلاسه بندی احتمالات وقوع جریان و محاسبه دبی های جریان در حد وسط کلاس احتمالاتی -۴ محاسبه دبی جریان متناظر با حد وسط دسته احتمالاتی از منحنی تداوم جریان

-۵ محاسبه رسوب معلق حمل شده از ایستگاه با استفاده از دبی جریان به دست آمده از مرحله قبل و به کمک منحنی سنجه رسوب معلق (روابط توانی USBR و (FAO

-۶ محاسبه حجم رسوبات معلق درحالت مستغرق برحسب مترمکعب در سال
-۷ اضافه نمودن حجم رسوب ناشی از بار بستر به محاسبات فوق
-۸ مقایسه نتیجه حاصل در دو حالت USBR و FAO

-۳ نتایج و بحث

برای ترسیم منحنی سنجه رسوب برای هر یک از ایستگاهها برای روش های مذکور، از آمار متنـاظر Qs و Qw که به ترتیب دبی رسوب بر حسب تن در روز و دبی جریان بر حسب متر مکعب بر ثانیه مـیباشـد اسـتفاده گردید. روابط همبستگی به فرم توانی بین دبی جریان ودبی رسوب معلق محاسبه گردید. نتایج حاصله در جـداول ۱و۲ ارائه گردیده است. با توجه به این جداول و ضرایب تعیین (R2) به دست آمده ملاحظه میگردد که در اکثر ایستگاهها، رابطه بین دبی جریان و دبی رسوب معلق با دقت خوبی به فرم توانی برازش یافته است.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 11 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد