بخشی از مقاله
چکیده
بررسی میزان رسوبات در رودخانه ها یکی از مسایل مهم در مهندسی رودخانه می باشد. در این تحقیق براساس داده های جمع آوری شده در یک دوره 20 ساله با استفاده ازروش های هیدرولوژیکی میزان آورد رسوب بار معلق توسط چهار حوزه اصلی کرخه شامل سیمره ، قره سو، گاماسیاب ،کشکان برآورد شده و برای صحت سنجی نتایج، مقادیر بدست آمده را با میزان رسوب گذاری حاصل از عملیات هیدروگرافی مخزن سد مقایسه شده است. روشی برای تعیین سهم رسوب سرشاخه های اصلی انتخاب شده است که با نتایج صحت سنجی تطابق بهتری داشته باشد.
طبق نتایج بدست آمده از روش FAO، بیشترین سهم بار معلق کل حوزه را سیمره با %61 و برابر با 6/24 میلیون تن در سال و کمترین سهم را حوزه قره سو با سهم %1 و برابر 0/767 میلیون تن در سال دارند.
1. مقدمه
هر ساله هزاران تن مواد جامد از سطح حوضه های آب ریز ، توسط آب شسته شده و از محلی به محل دیگر انتقال می یابد. فرسایش و انتقال مواد رسوبی از جهات مختلفی مورد توجه قرار می گیرد که مهمترین آنها از بین رفتن اراضی حاصل خیز کشاورزی و پر شدن مخازن سد ها و کانالهای آبیاری می باشد.
برآورد مقدار رسوب موجود در رودخانه ها - آورد رسوب رودخانه ها - یکی از عوامل مهم موثر در تعیین طول عمر سدها ، دوره بهره برداری از تاسیسات مربوطه و همچنین ظرفیت کانالهای آبیاری ، تونلهای آب رسانی ، تاسیسات پایین دست سدها و بالاخره شناخت و تنظیم تغییرات بستر و کناره رودخانه ها می باشد. رودخانه های کشور ما در مقایسه با رودخانه های جهان رسوب بالایی را حمل می کنند.
این امر نشان دهنده شدت فرسایش و وضعیت نا مناسب منابع طبیعی در حوضه های آب خیز می باشد. میزان رسوب بالا علاوه بر این که ما را به تفکری برای ارائه راه حل هایی جهت کاهش فرسایش ویژه رهنمون می کند ، شناخت وضعیت رسوبی حوضه و برآورد میزان دقیق خروجی را ضروری می سازد.
مکوندی و همکاران درسال 1385 با استفاده ازروشهای USBR وFAO و تلفیق آنها با روشهای حدوسط و میانگین دبی ها، سهم دو سرشاخه اصلی حوضه آبریز سد دز - سزار و بختیاری - را در میزان رسوبگذاری مخزن سد دز تعیین نمودند. آنها برای انجام این کار از آمار دبی روزانه جریان و دبی رسوب ایستگاه های هیدرومتری بختیاری تنگ پنج، سزارتنگ پنج و تله زنگ استفاده نمودند.
نتایج پژوهش آنها نشان داد که در تمام ایستگاه ها نمی توان از یک روش خاص برای محاسبه آورد سالانه رسوب معلق استفاده نمود. آنها مشخص کردند که روش مناسب برای ایستگاه تله زنگ با دو ایستگاه دیگر متفاوت است. بر اساس محاسبات انجام شده، سهم سرشاخههای بختیاری و سزار در رسوبگذاری مخزن سد دز به ترتیب 56 و 44 درصد بدست آمد
هدف از این تحقیق تعیین سهم رسوب بار معلق هر یک از سرشاخه های اصلی حوزه آبریز کرخه شامل سیمره ، قره سو، کشکان و گاماسیاب با استفاده از روشهای هیدرولوژیکی می باشد.
.2 مواد و روش
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 رسوبسنجی واقع بر شاخه اصلی رودخانه نیاز میباشد. بدین منظور آمار 20 ساله - 1370-1390 - دبی جریان و دبی رسوب معلق که به-صورت همزمان اندازهگیری شدهاند، استفاده گردید.
جهت دستیابی به اهداف تحقیق مراحل اجرای کار در یک تقسیمبندی کلی به شرح زیر می باشد:
-1 انتخاب ایستگاه های هیدرومتری سرشاخه های اصلی و تهیه دادههای غلظت مواد معلق و دبی همزمان در بازه مورد نظر
-2 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
-3 ترسیم منحنی تداوم جریان با استفاده از دبیهای جریان در دوره های زمانی مناسب.
-4 کلاسه بندی احتمالات وقوع جریان و محاسبه دبیهای جریان در حد وسط کلاس احتمالاتی ومحاسبه دبی جریان متناظر.
-5 محاسبه دبی جریان متناظر با حد وسط دسته احتمالاتی از منحنی تداوم جریان
-6 محاسبه رسوب معلق حمل شده از ایستگاه با استفاده از دبی جریان و تعیین کل بار معلق رسوب
-7 تعیین روش مورد استفاده در محاسبه سهم هریک از سر شاخه ها با مقایسه نتیجه حاصل در دو حالت USBR و FAO با نتیجه به دست آمده از عملیات هیدروگرافی مخزن سد
-8 تعیین سهم آورد بار معلق رسوب هر یک از زیر حوزه های حوزه کرخه با استفاده از روش حاصل از مرحله 7
.1-2 منطقه مورد مطالعه
رودخانه کرخه از مناطق میانی و جنوب غربی رشته کوههای زاگرس در نواحی غرب و شمال غرب کشور سرچشمه گرفته و پس از طی مسافتی در حدود 900 کیلومتر در امتداد شمال به جنوب ، سرانجام در مرز مشترک ایران و عراق به مرداب هور العظیم می رسد.
این رودخانه با آورد 5191 میلیون متر مکعب - با توجه به فراوانی پنجاه درصد - آب به دشت خوزستان، پس از رودخانههای کارون و دز سومین رودخانهی بزگ ایران از نقطه نظر آبدهی محسوب میشود. سرشاخه های اصلی رودخانهی کرخه، رودخانههای سیمره، کشکان، قره سو، گاماسیاب و چرداول هستند. در طی مسیر و با بهم پیوستن رودخانه های کوچک و بزرگ به آن در محلی بنام جلوگیر وارد دشت خوزستان می شود. حوزه آبریز کرخه شامل استانهای همدان، کرمانشاه، کردستان، ایلام، لرستان و خوزستان می باشد. شکل 1 موقعیت کلی حوزه کرخه را نشان می دهد
شکل -1 موقعیت کلی حوزه مورد مطالعه
مشخصات کلی حوزه کرخه در جدول 1 نشان داده شده است و شکل 2 بیانگر سهم مساحت هریک از زیر حوزه ها از حوزه کرخه می باشد که ×کمترین سهم مساحت را حوزه قره سو و بیشترین سهم مساحت را حوزه سیمره دارد.
جدول-1 مشخصات عمومی حوزه کرخه
شکل-2 سهم مساحت هریک از زیر حوزه ها از کل مساحت حوزه کرخه
.2-2 برقراری رابطه دبی جریان و دبی رسوب براساس روشهای پیشنهادی
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. معادلات تجربی انتقال رسوب و رگرسیون آماری از معمولترین روشهای برآورد میزان رسوبات معلق حمل شده توسط رودخانه هاست
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.
در روشهای رگرسیون آماری،معمولاً مقادیر اندازه گیری شده همزمان دبی جریان و دبی رسوب معلق رودخانه به فرم منحنی توانی - - 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 درحالیکه پارامترهای زیادی از جمله اوضاع طبیعی منطقه و حوزه، پارامترهای هیدرولیکی جریان، زمان برداشت نمونه رسوب، نوع رسوبات، شدت بارش و شرایط حوزه در هنگام بارش از نظر تغذیه رسوبی در این امر دخیل هستند.
به همین دلیل پراکندگی زیادی بین این رابطه و داده های اندازه گیری شده رسوبات معلق وجود دارد. به طوریکه ممکن است به ازاء یک دبی جریان ثابت، بار رسوب معلق 10 تا 100 برابر تغییر کند. همچنین به دلیل اینکه نمونه های رسوبی بسیار کمی در شرایط سیلاب برداشت می شود تراکم داده ها در دبی های پایین جریان بسیار بیشتر بوده و فرم معادله توانی را تحت تاثیر قرار می دهد. این در حالی است که حجم اعظم رسوبات فقط در چند واقعه سیلابی از ایستگاه هیدرومتری منتقل می شوند. به این دلیل کارشناسان روی این نکته اجماع دارند که حجم رسوب برآورد شده از رابطه توانی فوق، اغلب کمتر از میزان واقعی می باشد.
از آنجا نمونههای غلظت رسوب در مقاطع مورد نظر بر حسب میلیگرم در لیتر گرفته شده و سپس غلظت متوسط - C - آنها محاسبه میگردد. برای تبدیل مقادیر اندازهگیری شده غلظت متوسط مواد رسوبی معلق به دبی رسوب معلق از رابطهی زیر استفاده میشود
تجربیات و مطالعات مختلفی که توسط منابع علمی مختلف از جمله اداره عمران اراضی امریکا - USBR - انجام شد به این نتیجه انجامید که بین دبی جریان و دبی مواد معلق رابطه زیر میتواند برقرار شود
