بخشی از مقاله
چکیده
روش های مختلفی برای براورد رسوب استفاده می شود.از آنجاییکه رودخانه های ایران و خاصه رودخانه های مازندران دارای رسوب نسبتا زیادی هستند ازین رو،تحقیق در این زمینه و ارائه روش های هر چه دقیق تر الزام بالایی دارد.هدف این پروژه این است که مناسب ترین رابطه را برای تخمین میزان بار معلق با استفاده از منحنی سنجه بدست آورد.ایستگاه های مورد استفاده ایستگاه قرآن تالار و ایستگاه کشتارگاه واقع در مسیر بابلرود است.با آزمون و خطاهایی که صورت گرفت،منحنی حد وسط دسته ها مناسب ترین شیوه انتخاب شد.همچینین با مقایسه استفاده منحنی یک خطی و چندخطی،منحنی یک خطی نتایج بهتری در بر داشت.
.1 مقدمه
مواد رسوبی حمل شده در رودخانه به تبعیت از تغییر مشخصه های هندسی رود خانه و خصو.صیات جریان قرصت ترسیب یافیه و این فرایند به صورت پدیده رسوب گذاری دربازه های مختلف رود خانه خود نما یی می کند از نقطه نظر مکانیسم انتقال، بار رسوبی به دو دسته بار معلق وبار کف تقسیم می گردد. آن گروه از ذرات درشت رسوبی که به صورت های لغزید، غلتیدن و انجام پرش های کوتاه در نزدیکی بستر آبراهه حرکت کرده و دائما در تماس با بستر می باشند بار بستر را دتشکیل می دهند.
در حالی که بارمعلق شامل ذرات کوچک تر ی می شود که در بدنه اصلی جریان در حال تعلیق می باشند و با سرعتی تقریبا معادل سر عت جریان حرکت می کنند. در طو ل سالیان متمادی شمار زیادی از روبط برای محاسبه میزان بار رسوبات رودخانه پیشنهاد گردیده است. متاسفانه تعدد روابط تجربی ارائه شده، اصلاح آنها و ارائه ضرائب جدید واسنجی معادلات نشان می دهد هنوز روش تحلیلی یا تجربی مناسبی که بر اساس آن به تخمین درستی از میزان رسوبات حمل شده توسط جریان دست یافت ارائه نشده است.
همچنین باید توجه داشت که روابط بوجود آمده، حداکثر ظرفیت حمل رودخانه را برآورد میکنند در حالی که ممکن است این مقدار رسوب در اختیار رودخانه نباشد و دبی رسوب اندازهگیری شده خیلی کمتر از میزان محاسبه شده از روابط موجود باشد. به طور مثال در رودخانههای کوهستانی، در فصل کم آبی سطح بستر آنها از لایهی درشت دانهای پوشیده میشود و عملاً مقدار رسوب اندازهگیری شده خیلی ناچیز میباشد. در حالی که در همین زمان روابط موجود ممکن است میزان حمل رسوب را قابل توجه محاسبه کنند
به همین دلیل به منظور دستیابی به تخمین نزدیک به واقعیت از میزان رسوبات حمل شده رودخانه از دادههای همزمان اندازهگیری شده دبی- دبی رسوب در ایستگاه های هیدرومتری استفاده و با رسم منحنی سنجه مربوط، معادلهای جهت تخمین بار رسوب برای استفاده در دبیهای متفاوت بدست میآید. از موارد استفاده از منحنیهای سنجه رسوب تعیین بار رسوب سالیانه رودخانهها با استفاده از دادههای روزانه جریان و یا منحنی دوام جریان میباشد. علاوه بر این معادله سنجه رسوب به منظور کنترل روش های تجربی برآورد رسوبات و همچنین به عنوان شرایط مرزی در مدلهای ریاضی به کار میرود.
رودخانه بابلرود که در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفته است، یکی از رود های پر آب شمال ایران است که در استان مازندران قرار دارد. این رود از کوههایالبرزِ در شهرستان سوادکوه سرچشمه گرفته و پس از گذر از شهرستانهای بابل و بابلسر به دریا مازندران می ریزد.
بابلرود حدود 78 کیلومتر طول دارد و پس از گذشتن جنگل های سواد کوه، با عبور از جنگل ها و شالیزار های غرب بابل ، در بابلسر به دریا مازندران می ریزد..
هدف از این پژوهش تعیین رابطه مناسب مربوط به محاسبه بار معلق با استفاده از مقدار جریان آب و رسوب در ایستگاههای قرآن تالار و کشتارگاه بر روی رودخانه بابلرود و بررسی تغییرات زمانی میزان رسوب معلق در این ایستگاهها میباشد.
-2 مواد و روش
جزئیات به صورت کلی روشهای برآورد بار معلق رودخانه ها را می توان به دو دسته تقسیم کرد: روش های مبتنی بر قوانین دینامیک و مکانیک سیالات که عموماً توسط متخصصین و صاحبنظران علم هیدرولیک ارائه شده اند و روشهای مبتنی بر اندازهگیری مستقیم و تحلیلهای آماری که بیشتر توسط صاحبنظران علم هیدرولوژی توصیه شدهاند.
برای انجام این پژوهش به آمار دبی متوسط ماهانه جریان و دبی رسوب اندازهگیری شده در طول یک دوره آماری طولانی مدت در ایستگاههای هیدرومتری و رسوب سنجی واقع بر شاخه اصلی رودخانه نیاز میباشد. بدین منظور آمار 36 ساله دبی جریان و دبی رسوب معلق که به صورت همزمان اندازهگیری شدهاند - مربوط به سالهای 1350 الی - 1386 استفاده گردید.
جهت دستیابی به اهداف پژوهش مراحل اجرای کار در یک تقسیمبندی کلی به شرح زیر میباشد: -انتخاب ایستگاههای هیدرومتری مناسب -تهیه دادههای غلظت مواد معلق و دبی همزمان در بازه مورد نظر
-برقراری رابطه دبی جریان و دبی رسوب بر اساس روشهای پیشنهادی و ترسیم منحنیهای سنجه رسوب
- انتخاب مدل مناسب با توجه به معیارهای مورد نظر در هر یک از ایستگاههای مورد مطالعه
- تعیین میانگین دراز مدت سالانه رسوب معلق در ایستگاههای مورد مطالعه
-1-2 ایستگاههای هیدرومتری مورد مطالعه
جهت انجام مطالعه ایستگاههای قرآن تالار و کشتارگاه در پایین دست رودخانه انتخاب و دادههای برداشت شده از آنها مورد بررسی قرار گرفت.
-2-2 برقراری رابطه دبی جریان و دبی رسوب بر اساس روشهای پیشنهادی
از آنجا نمونههای غلظت رسوب در مقاطع مورد نظر برحسب میلیگرم در لیتر گرفته شده و سپس غلظت متوسط - C - آنها محاسبه می گردد. برای تبدیل مقادیر اندازهگیری شده غلظت متوسط مواد رسوبی معلق به دبی رسوب معلق از رابطه ی زیر استفاده میشود: که در آن
:Qs دبی مواد رسوبی معلق برحسب تن بر روز
: Qw دبی جریان آب برحسب مترمکعب برثانیه
:C متوسط غلظت مواد رسوبی برحسب میلیگرم بر لیتر
تجربیات و مطالعات مختلفی که توسط منابع علمی مختلف از جمله اداره عمران اراضی آمریکا - USBR - انجام شد به این نتیجه انجامید که بین دبی جریان و دبی مواد معلق رابطه زیر میتواند برقرار شود:
در این رابطه میزان رسوب برحسب تن در روز و دبی جریان برحسب مترمکعب بر ثانیه و b,a مقادیر ثابت هستند. با بدست آمدن ضرائب b,a که به ترتیب شیب خط بهترین بر ارزش بر روی کاغذ لگاریتمی و فاصله محل تقاطع خط بهترین برازش با محور قائم تا مبدا مختصات میباشند. معادله سنجه رسوب برای مدلهای مختلف بدست میآید. همچنین به منظور انتخاب بهترین مدل از شاخص حداقل میانگین مربعات خطا استفاده میشود .معادله - 1 - در واقع تابع حاصل از رگرسیون توانی بین دبی آب و دبی مواد معلق میباشد.
معمولاً میانگین مقادیری که از منحنی سنجه به دست میآید کمتر از میانگین مقادیر مشاهده شده است. همچنین چون محاسبه ضرائب این رابطه بر اساس تبدیل لگاریتمی دادهها و استفاده از روش حداقل مربعات انجام میشود. پراکندگی 1 دادهها حول خط بهترین برازش 2 غیرمتقارن و فاصله حد اطمینان بالایی با خط رگرسیون بیشتر از حد از اطمینان پایینی خواهد بود
با در نظر گرفتن این مسئله که غلظت رسوب فقط در بعضی از روزهای سال اندازهگیری میشود به کمک معادله - 1 - دبی رسوب برای روزهایی که غلظت رسوب در آن روزها اندازهگیری شده است برآورد میشود با توجه به اینکه عموماً در همه روزهای سال دبی جریان اندازهگیری می شود در نتیجه با استفاده از رابطه رگرسیونی - 2 - و با در اختیار داشتن مقادیر Qw میتوان مقادیر دبی رسوب Qs را برای کل دورهی آماری مورد نظر برآورد نمود
برازش دادههای رسوب معلق با دبی جریان آب با استفاده از 3 مدل استخراج میگردد که به منحنی سنجه رسوب یک خطی معروف است یعنی تنها از یک رابطه رگرسیونی بین تمامی مقادیر دبی رسوب اندازهگیری شده و دبی جریان استفاده میشود.
در شکل های 1و2 منحنی سنجه رسوب یک خطی بدست آمده برای ایستگاههای قرآن تالار و کشتارگاه بدست امده است.
