بخشی از مقاله
-1 مقدمه
از مسائل مهم و کلیدی در بررسی فرسایش و پایداری رودخانه ها مسئله آغاز حرکات رسوبی می باشد. درک درست از انتقال رسوب و حساسیت کانال به فرسایش یا رسوب در مدیریت فرآیندهای رودخانه ای ضروری است - بیزی و همکاران، . - 2015تولید رسوب رودخانه سبب کدورت آب، مشکلات مواد مغذی و آلودگیهای آب، مدفون نمودن تأسیسات انحراف آب و همچنین پر شدن دریاچههای ذخیره آب میگردد. بررسی و برآورد مقاومت ذرات رسوبی در مقابل فرسایش باعث شناسایی نقاط پایدار و ناپایدار در مناطق مختلف بستر رود خواهد شد.
ناپایداری مجرا و سواحل رودخانه نهتنها موجب خسارت به اراضی مستعد کشاورزی و تأسیسات مجاور ساحل رودخانه شده بلکه رسوبات حاصل از فرسایش در برخی مواقع درصد قابلتوجهی از مجموع کل رسوبات انتقالی توسط جریان رودخانه را شامل میشوند. ناپایداری مجرا و سواحل رودخانه به دلیل تأثیرگذاری بر میزان فرسایش و خصوصیات مجاری رودخانهها در توسعه پهنه سیلابی و مدیریت منابع آب نیز اهمیت دارد
در حالت کلی معمولا رودخانه ای که بار رسوبات آن رس و سیلت باشد، نسبت به آبراهه ای که دارای بار رسوبی ماسه و ریگ است، فعال و نا پایدار تر بوده و کانال اصلی معمولا باریکتر و عمیق تر است. با توجه به این موارد بافت رسوبات موجود در یک رودخانه نقش به سزایی در بررسی میزان فرسایش و میزان پایداری یک رودخانه می تواند داشته باشد
درک حرکت رسوب و حساسیت کانال نسبت به فرسایش یا رسوبگذاری، ضروریتی مهم برای مدیریت رودخانه است. برای مثال ضرورت غلبه آیند رسوبگذاری در یک بازه از رودخانه می تواند انتقال رسوب را کاهش دهد و در نتیجه افزایش قدرت رود و غلبه فرسایش در پایین دست شود، و این فرسایش سبب ناپایداری و خسارت به زیر ساخت ها می گردد. طرح های مدیریتی اخیر جهت ارزیابی فرآیندهای ژئومورفولوژیکال با هدف طراحی مناسب و پیشنهاد راه حل های موثر ارائه می شود
برای پیشبینی میزان فرسایش بستر رودخانه روش های بسیاری پیشنهاد شده است. که در این پژوهش از مدل دبی واحد بحرانی استفاده شد. تا کنون تحقیقات زیادی توسط محققیق داخلی و خارجی در زمینه ناپایداری و فرسایش رودخانه انجام گرفته است از جمله: بیزی و لرنر - - 2015 به بررسی فرآیند فرسایش و رسوب با استفاده از شاخص قدرت رود به عنوان شاخص حساسیت کانال پرداخته اند. که در پایان منطقه مورد مطالعه را بر اساس تنش برشی بحرانی و دبی واحد بحرانی به چهار کلاس فرسایشی طبقه بندی کرده اند.
کریمی پاشاکی و همکاران - - 1391 هیدرولیک جریان در رودخانه خرسان از سرشاخههای اصلی کارون در محدوده ورودی به مخزن سد خرسان 3 با استفاده از مدل عددی HEC-RAS شبیهسازی و مقاطع عرضی و پارامترهای هیدرولیکی جریان ازجمله سرعت و تنش برشی جریان و شاخص فرسایشپذیری کناره رودخانه را محاسبه کردند. در این تحقیق با استفاده از معیار راسگن و شاخص فرسایشپذیری کناره با توجه به مقدار پارامترهای گرادیان سرعت جریان و نسبت تنش برشی، مقدار عددی شاخص فرسایشپذیری کنارههای رودخانه را در6 سطح از خیلی کم تا خیلی شدید تفکیک کردهاند.
هدف این مطالعه، بررسی میزان خطر فرسایش بستر در دبی های مختلف در رودخانه بیطاس مهاباد می باشد، بنابراین ابتدا پارامترهای موثر در فرسایش پذیری کرانه رودخانه بیطاس بر اساس مدل دبی واحد بحرانی استخراج و سپس میزان انطباق مقادیر اندازه گیری شده با مشاهدات میدانی بررسی می گردد.
-2 مواد و روشها
-1-2 منطقه مورد مطالعه رودخانه مهاباد در جنوب دریاچه ارومیه قرار دارد و از به هم پیوستن شاخه های متعدد از جمله شاخه رودخانه بیطاس در شرق و رودخانه کوتر در غرب حوضه آبریز مهاباد شکل می گیرد. حوضه آن بین 45 25 9 الی 46 45 51 طول شرقی و 36 23 51 الی 37 03 11 عرض شمالی قرار گرفته است.
شکل-1-2موقعیت منطقه مورد مطالعه
-2-2 روش کار
جهت بررسی تحرک ذرات بستر رودخانه بیطاس مهاباد تعداد 3 مقطع عرضی در بازه مورد نظر انتخاب شد و اقدام به تهیه مقاطع عرضی کانال با استفاده از دوربین نقشه برداری گردید و پارامتر هایی نظیر عرض دبی لبالبی، عرض دبی فعال عمق متوسط دبی لبالبی، شیب بستر، اندازه ذرات بستر و سرعت جریان و در پایان دبی اندازه گیری شد. برای بررسی اندازه رسوباتی که بیشترین فراوانی رادارند از روش شمارش پبل - ریگ - که به وسیله ولمن در سال 1952 ارائه شده است، استفاده شد .
بعد از بررسی اولیه مشخصات استخراج شده از مقاطع عرضی، مشخص شد که در بازه مورد مطالعه شیب بستر بیش از یک درصد است، غوطهوری نسبی کمتر از 10، و بستر کانال دارای ریفل و واریزههای چوبی میباشد، بنابراین یکی از روشهای مناسب برای آنالیز تحرک و پایداری ذرات بستر روش دبی واحد بحرانی میباشد. علت انتخاب این ذرات برای آنالیز این است که D84، D95 ذرات کلیدی میباشند که زمانی که شروع به حرکت میکنند نشاندهنده حرکت بیشتر اجزاء بستر بوده و در واقع شروع تغییر در ساختار بستر را نشان میدهند. D50 میانه ذرات بوده و متوسط تنش برشی را نشان میدهد و همچنین اندازه این ذرات برای اکثر محاسبات لازم است. اندازه D16 در بسترهای نسبتاً پایدار اهمیت دارد.
برای کانالهای با شیب بیشتر از 1 درصد 0/01 - متر بر متر - ، جایی که نسبت عمق جریان به اندازه ذرات کمتر است - غوطهوری نسبی: R/D50 کمتر از 10 - ، عمق آب کاملاً متغیر است، زیرا سنگهای بزرگ یا واریزههای چوبی نزدیک سطح، عمق آب را کاملاً تحت تأثیر قرار میدهند. برای چنین شرایطی با استفاده از دادههای فلوم معادلهای برای پیشبینی دبی واحد بحرانی موردنیاز برای آغاز حرکت ذرات D50 ارائه نمودند - رابطه : - 1
برای محاسبه دبی واحد بحرانی برای آغاز حرکت ذرات در اندازههای مختلف رابطه شماره 2 را ارائه نمودند.
رابطه شماره :2
که در آن qci دبی واحد بحرانی برای حمل ذرات در اندازه مورد نظر - - m2/s، qcD50 دبی واحد بحرانی برای حمل ذرات - m2/s - D50، Di اندازه ذره مورد نظر و D50 اندازه ذراتی که 50 درصد نمونه مساوی یا کوچکتر از آن هستند میباشد.
توان b دامنهای از اندازه ذراتی است که ترکیب بستر کانال را تشکیل میدهند. با وارد کردن توان b در محاسبات تأثیر اندازه ذرات کوچکتر مخفی در پناه ذرات بزرگتر نیز در محاسبات وارد میشود. توان b از رابطه 3 محاسبه میشود:
رابطه شماره:3
که در آن D84 اندازه84 درصد اندازه ذرات و D16 اندازه 16 درصد ذرات است.
برای بازه مورد مطالعه پس از اینکه مشخص شد نسبت R/ D50 کمتر از 10 میباشد - جدول شماره - 1 برای محاسبه دبی واحد بحرانی با این روش مراحل زیرا اجرا شده است:
-1 ابتدا با استفاده از رابطه شماره 1 دبی واحد بحرانی با استفاده از قطر ذرات D50 و شیب بستر محاسبه می شود.
-2 با استفاده از رابطه شماره 3 مقدار توان b را محاسبه نموده و سپس با استفاده از رابطه شماره 2 دبی واحد بحرانی برای اندازه ذرات D16، D85 و D95 محاسبه می گردد.
-3 در ادامه دبی واحد درون کانال در هر مقطع با استفاده از رابطه شماره 4 محاسبه می شود. و در نهایت برای تعیین اینکه اندازه ذرات داده شده در دبی واحد درون کانال حرکت خواهد کرد یا خیر؟ دبی واحد بحرانی ذره مورد نظر با دبی واحد درون کانال فعال - - q مقایسه میشود. در صورتی که دبی واحد بحرانی ذره - - qci کمتر از دبی واحد درون کانال فعال - - q باشد، ذره کشیده خواهد شد. اگر دبی واحد بحرانی ذره - qci - بیش از دبی واحد - - q اعمال شده بر روی ذره باشد، ذره حرکت نخواهد کرد.
رابطه شماره : 4
در این رابطه q دبی واحد درون کانال - دبی در واحد عرض - - - m2/s، Q دبی حداکثر لحظهای رودخانه - - m2/s و W عرض کانال فعال - - m در مقطع عرضی مورد نظر میباشد.
-3بحث و نتایج و یافته ها
ابتدا متغیرهای مورد نیاز برای تعیین دبی واحد بحرانی در سه مقطع عرضی در بازه مورد مطالعه برداشت شد - جدول شماره - 1، در ادامه کار پس از به دست آوردن میزان نسبت غوطه وری نسبی با استفاده از روابط شماره 1 تا 4 مقادیر qcd50، qcD16، qcD84، qcD95 و q محاسبه شد
جدول:1 مشخصات مقاطع عرضی رودخانه بیطاس مهاباد
