مقاله پایداری سازه ای پلها با رعایت فاصله بهینه برداشت مصالح رودخانه زاینده رود اصفهان

بخشی از مقاله

پایداري سازه اي پلها با رعایت فاصله بهینه برداشت مصالح رودخانه زاینده رود اصفهان

چکیده:

با بررسی حوادث و رخدادهاي متعددي که در سازه هاي آبی نظیر پل روي می دهد، آشکار می گردد که یکی از دلایل بروز این حوادث دخالت هاي خارج از ضابطه انسان از منابع طبیعی موجود در مجاورت آنها می باشد. رودخانه زاینده رود که گوهر کـویر ایـران اسـت و شهرهاي اصفهان، یزد، کاشان و بسیاري از شهرهاي دیگر و مزارع این مرز و بوم از این رودخانه سیراب می گردند، داراي اهمیـت ویـژه اي می باشد و تعدد و ازدهام کاربري این رودخانه و تراکم جمعیتی مجاورت آن باعث احداث سازه هاي مختلف آبـی در مجـاورت ایـن رودخانه گردیده است. پل هاي متعدد تاریخی و جدید که در طول مسیر این رودخانه احداث گردیده از گذشـته شـاهد بـروز تغییـرات متعدد در بستر رودخانه بوده اند ولی تغییرات کنونی آنقدر اثرگذار و مخرب است که سازه هاي پل و پایه هاي آن ها تحمل کافی گـذر از این نا ملایمات را ندارند. در این مقاله سعی شده با نگرشی جامع آسیب هاي زیست محیطی و سازه اي پلها و سازه هـاي آبـی ایـن رودخانه بر اثر برداشت غیر اصولی شن و ماسه از بستر رودخانه زاینده رود بررسی و تا حد مجال راهکارهایی در این زمینه ارائه گردد.

کلمات کلیدي: پایداري سازه اي، پلها، فاصله برداشت مصالح، رودخانه، زاینده رود اصفهان

-1 مقدمه:

پایداري پلها در بدو احداث با توجه به شرایط موجود رودخانه ها بررسی و محاسبه می گردد ولی به مرور زمان در استفاده هاي مختلف انسان از حریم رودخانه دستخوش تغییراتی رودخانه می گردد که عموما این تغییرات بروز آثار مخرب زیست محیطی و هیدرولیکی را به دنبال دارد در این مقاله سعی شده است با بررسی این آثار بر روي رودخانه زاینده رود سعی شود ، راهکاري مناسب در جهت کاهش این آسیب ها ارائه گردد.

-2 برداشت مصالح رودخانه اي و رعایت استانداردها:

برداشت بی رویه از بستر رودخانه ها تا دهه 1940 ادامه داشت تا اینکه با تحقیقات انجام شده معلوم گشت برداشت بی رویه می تواند آثار نا مطلوبی را بر اکوسیستم و سازندهاي انسانی در برداشته باشد و از آن هنگام بود که بررسی برداشت گاهها و لزوم مطالعه تا حدودي اجباري شد. بهره برداري از منابع و مصالح سنگی موجود در بستر و حاشیه رودخانه ها یکی از عمدهترین استفاده هاي انسانی از

رودخانه ها می باشد. برداشت مصالح رودخانه اي چنانچه در قالب ضوابط فنی و مطابق با دستورالعملهاي کنترل کننده صورت نگیرد، قطعاً موجب آثار مخربی از جمله بهم زدن تعاد ل طبیعی رودخانه وتخریب ابنیه آبی رودخانه اي از جمله پلها خواهد شد. (3)

مطابق با تبصره5 ماده 1 قانون ایمنی راهها و راه آهنها برداشت شن و ماسه از بستررودخانه حداقل تا شعاع 500 متر از بالا دست ویک کیلومتر از پائین دست پلها ممنوع است و متخلفان به مجازات مربوط محکوم خواهند شد. بوضوح مشخص است که ممنوع مطلق کردن برداشت شن و ماسه در محدوده 500 متر از بالادست پلها و یک کیلومتر از پائین دست پلها از نظر علمی قطعیت ندارد، زیرا محدوده مورد نظر با توجه به شرائط هیدرولیکی و موقعیت مورفولوژیکی مسیر رودخانه و مسیل و نیز وضعیت دانه بندي و زمین شناسی بستر متفاوت است ، بطوریکه مواردي مشاهده شده که حتی اعلام ممنوعیت برداشت از فاصله دو کیلومتر پائین دست پل اجتنا ب ناپذیر است(.(1

-3 برداشت اصولی و نیاز لایروبی بستر:

البته گاها جهت لایروبی سالانه و بازگشائی بعضی از دهانه هاي پلها بالاخص پل هاي واقع در مسیرهاي رسوب گیر در مناطق شمالی و جنوب شرق کشور، بطور اضطراري دستوربرداشت باید صورت گیرد. البته شایان ذکر است که به دلیل سیلابی بودن رسوبات این نهشته ها از نظر ساختمانی جندان مطلوب جهت استفاده نبوده و در مجاورت رودخانه انباشته می گردد تا در پروژه هایی نظیر راهسازي که کیفیت مورد نظر متفاوت از ساختمان می باشد بکار گیري شوند.((2 لذا باید با توجه به اینکه قانون موجود به صورتکاملاً کلی و غیر علمی مطرح شده است، نحوه انجام مطالعات جهت صدور مجوز و

تعیین فاصله بهینه برداشت مصالح از بالادست و پائین دست پل با توجه به شرایط خاص رودخانه نظیر آورد رسوب سالیانه و سایر مشخصات هیدرولیکی و مورفولوژیکی رودخانه را تدوین نمود.((1

-4 آثار نامطلوب عدم رعایت حریم برداشت بستر:

رعایت حریم برداشت تا حد زیادي به دبی رودخانه، سطح رودخانه و فاصله کرانه ها بستگی دارد. جوامع بشري و شریانهاي حیاتی عیور و مرور گاها در کناره و یا نزدیک رودخانه هاو آب بندها و دریاچه ها احداث می شوند تا از فواید مجاورت و موقعیت آنها استفاده کنند. تل ماسه ها و بستر رودخانه هائی که بده آبی کمی دارند اغلب بعنوان منابع مناسبی از شن و ماسه براي ساخت و سازها مورد استفاده قرار می گیرند. ولی با توجه به حجم ومیزان برداشت این مصالح و همچنین روش نادرست نقطه اي برداشت از بستر، زمان، مکان برداشت آنها، آثار گوناگونی از جنبه هاي مختلف هیدرولیکی، مرفولوژیکی، زیست محیطی و اقتصادي بر رودخانه و تاسیسات وابسته به آن خواهد داشت. این تغییرات محدود به محل استخراج و برداشت نیست بلکه ممکن است در فواصل بسیار بالاتر و پائین تر از آن ظاهر شود. (1)

-5 پیامدهاي استفاده نادرست بستر:

در بهره برداري درست از بستر رودخانه ها با در نظر گرفتن حریم موثر سعی می گردد برداشت حداقل اثر را بر سازه هاي موجود داشته باشد و یا در صورت لزوم از سازه هاي جدید جهت تقویت سازه موجود استفاده می گردد اما می توان پیامدهاي بهره برداري بدون رعایت اصول از شن و ماسه رودخانه ها بشرح ذیل گفت:
-کاهش ظرفیت خود پالایی رودخانه در جذب مواد آلی -کاهش و تنزل کیفیت آب رودخانه .(4)
- فرسایش بستر و ساحل و کرانه هاي رودخانه ها

- پایین افتادن بیش حد سطح آ ب بصورت نقطه اي و تبعات ناشی از آن

- به خطر افتادن تاسیسا ت و ابنیه هاي فنی و سایر سازندهاي آبی مجاور بستر

- تعلیق مواد رسوبی و اثرات ناشی از آن مانند تاثیر برگیاهان آبزي، جمعیت ماهیان و تولید مثل آبزیان
- ایجاد مسیر انتخابی و شریانی شدن رودخانه در برخی موارد.((1

-6 آثار زیست محیطی استفاده نادرست از بستر:

رودخانه به عنوان یکی از زیستگاههاي با ارزش و مهم آبزیان آبهاي داخلی از اکوسیستم هایی هستند که کمتر مورد توجه قرار گرفته اند. رودخانه ها بر حسب اینکه داراي آبهاي جاري تند یا کند و آرام داشته باشند داراي ویژگیهاي زیستی متفاوتی هستند. سد سازي , آلودگی هاي ناشی از تخلیه فاضلابها و بهره برداري از شن و ماسه بستر رودخانه ها هریک به نوعی در دگرگونی محیط زیست رودخانه ها موثرند.((6 پیامدهاي زیست محیطی استخراج شن و ماسه از رودخانه زاینده رود در محدوده این رودخانه به آسانی قابل مشاهده است. عدم کنترل

باعث تخریب اکوسیستم هاي رودخانه اي و ساحلی می شوند. با توجه به بررسی هاي میدانی برداشت شن و ماسه مدتًاع از نهشسته هاي بستر رودخانه زاینده رود و زونهاي ساحلی آن انجام می شود. برداشت شن و ماسه باعث تغییر خصوصیات فیزیکی گسترده تحت بهره برداري و تخریب گیاهان، جانوران و خاك هاي نزدیک به محل بهره برداري شده و در سیستم هیدرولوژي رودخانه منطقه اختلال بوجود آورده است . اثرات منفی برداشت شن و ماسه محدود به محل بهره برداري نبوده و به قسمت هاي دیگر سیستم ساحلی و رودخانه نیز سرایت می کند. از اثرات مستقیم تعدي برداشت شن و ماسه در بستر رودخانه می توان به مواردي همچون تغییر هیدرولیک رودخانه، محل رسوب و مورفولوژي بستر رودخانه که مستقیما تحت تاثیر فعالیت هاي انسانی نظیر بهره برداري بی رویه از شن و ماسه قرار دارد، اشاره کرد. (4)

-7آسیب اکوسیستمی و تغییر ضوابط طراحی پل:

با توجه به اینکه در طراحی اولیه شرایط بستر موجود بررسی شده است، تغییر سطح بستر باعث آثار نامطلوب بر سازه هاي آبی نظیر پل می گردد. امروزه رودخانه ها به واسطه ذخایر سرشار شن و ماسه در درون آنها همواره مورد توجه انسانها بوده و نقش مهمی در توسعه منطقه بازي کرده اند. رودخانه ها جدا از تغییرات طبیعی خود که آرام آرام در جریان است و تحت تاثیر فعالیتهاي انسانی در معرض دگرگونیهاي ژرفی قرار دارند. منابع غنی آبزي و تنوع و گوناگونی زیستگاههاي مهم و با ارزش مانند سواحل رودخانه ها، بستر رودخانه و از همه مهمتر آب در جریان و وجود گونه هاي با ارزش گیاهی و جانوري رودخانه ها را در ردیف اکوسیستم هاي حساس و آسیب پذیر جاي داده است. لذا رودخانه ها بویژه رودخانه زاینده رود همواره تقابل پیامدهاي توسعه اقتصادي به ویژه ناشی از عملیات برداشت شن و ماسه بوده است. موقعیت استراتژیک رودخانه زاینده رود و مجاورت آن با کلان شهري نظیر اصفهان و همچنین تعدد شهرهاي طول مسیر عبور این رودخانه سبب شده است که تعداد زیادي از برداشت کنندگان شن و ماسه در درون و حاشیه رودخانه طوري پهنه بگیرند که میدان مبارزه براي آبزیان رودخانه و ساکنین آن بسته باشد. از سوي دیگر شتاب ناموزون توسعه اقتصادي و تولید واحدهاي شن و ماسه وابسته به معدن رودخانه با ظرفیت محیط و منابع طوري انجام گرفته که مشکلات زیست محیطی این واحدها مستقیما متوجه رودخانه گشته و آثار سوء ورود آلاینده هاي ناشی از فعالیت همین واحدهاي شن و ماسه به رودخانه تحمیل شده و به سادگی نیز غیر قابل زدایش نمیباشد.((4

-8آلاینده هاي رودخانه زاینده رود و اثرات خورنده آنها بر پایه پلها:

آلاینده هاي صنعتی و غیر صنعتی به دلیل خورنده بودن آنها در صورت عدم تصفیه و تخلیه مستقیمشان به رودخانه می توانند در کوتاه مدت یا دراز مدت باعث بروز آسیب هاي متعددي به پایه ها و دیواره هاي کناره اي پل و سایر سازه هاي مجاور رودخانه وارد نمایند. مهمترین منابع آلوده کننده رودخانه زاینده رود که می توانند در دراز مدت بروز خوردگی و آسیب را سبب شوند عبارتند از:
- فاضلاب روستاهاي واقع در حوزه و جوار رودخانه

- فاضلاب صنایع واقع در جوار رودخانه

- پسابهاي کشاورزي

یکی از منابع عمده آلوده کننده آب رودخانه ها فاضلاب روستاهاي واقع در حاشیه رودخانه می باشد.روستاهاي منطقه لنجان شاید با ورود انواع پسآب ها نقش بسیار بسزائی در آسیب هاي وارده دارند. در روستاها اکرًاث فاضلاب حاصل از شست و شوي البسه، ظروف

آشپزخانه و همچنین فاضلاب حاصل از طویله و شیرابه فضولات دامی به بیرون از هدایت می گردد و فاضلاب مذکور از طریق جوي هاي روباز به رودخانه می ریزد. آلودگی حاصل از روان آبهاي شهري و روستایی عموما تابع فرایند تجمع شسته شدن است .این فرایند بستگی به درصد سطوح غیر قابل نفوذ مانند سطح خیابانها ، پشت بامها و به طور کلی سطوح عایق بندي شده دارد . (12) غلظت آلودگی در روان آبهاي شهري متغیر است و بسته به شرایط و فصل از کیفیت آب شرب تا فاضلاب خام را در بر میگیرد منابع اصلی ورود روان آبهاي شهري و روستایی حاشیه رودخانه ها به صورت زیر است:

- منشا آلودگی مواد آلی جامدات معلق مواد مغذي فلزات سنگین باکتري مدفوع و ادار حیوانات
- ریزش هاي جوي

- فرسایش خاك

- روان آب سطوح عایق

یکی دیگر از منابع آلوده کننده آب رودخانه ها سموم کشاورزي است که به شکل گسترده اي از انواع این سموم جهت دفع آفات نباتی استفاده می شود .این سموم توسط روان آب هاي سطحی وارد رودخانه می شود. ورود این سموم کشاورزي تعادل بیولوژیک رودخانه را به خطر می اندازد و باعث مرگ و میر هزاران ماهی می شود .بطور کلی وضعیت فاضلاب کشاورزي ، میزان احتمالی سموم کشاورزي و هم چنین کودهاي شیمیایی مصرفی و تخلیه آنها به منابع آب مسئله اي عمومی و کلی است و به میزان فعالیت هاي کشاورزي و مقدار مواد شیمیایی مصرف بستگی دارد. (4)

-9 اثرات فیزیکی و بیولوژیکی برداشت شن و ماسه:

تغییر فیزیکی و بیولوژیک در یک رودخانه نظیر زاینده رود باعث می گردد که طراحی اولیه سازه هاي آبی موجود در رودخانه که براساس کیفیت اولیه طراحی شوند دچار تنش و اثربخشی متفاوت با حالت طراحی گردد. برداشت رسوبات آبرفتی و بهره برداري بی رویه از بستر رودخانه زاینده رود ضمن بالارفتن سطح اثرات زیانبار آلودگی هاي مکانیکی موجب تغییرات مورفودینامیکی در منطقه برداشت می گردد. این تغییرات محدود به منطقه برداشت نبوده و بلکه کیلومترها پایین تر و بالاتر می تواند ظاهر شود. بروز این تغییرات در اکولوژي رودخانه سبب دگرگونی در ترکیب و تعادل جمعیت زیستمندي آبزي رودخانه شده و در نتیجه باروري و کارکرد اکوسیستم و رژیم رودخانه را به شدت کاهش می دهد .بررسی هاي انجام شده در طول مطالعه، تفسیر و تحلیل نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد بهره برداري و برداشت بی رویه شن و ماسه از بستر رودخانه زاینده رود باعث اختلال شدید در تعادل بیولوژیک و اکولوژیک رودخانه می گردد که داراي اثرات زیر در رودخانه می باشد:

- تغییرات در کیفیت فیزیکو شیمیایی آب رودخانه
- تغییر در الگوي جریان طبیعی آب، در نتیجه تغییر و دگرگونی در مقطع طولی و عرضی رودخانه به دلیل عمیق تر سازي بستر و تشدید فرسایش در سازه هاي مجاور و حاشیه رودخانه و همچنین پایه هاي پل

- افزایش بار TSS محیط زیست با مواد رسوبی در نتیجه تخلیه آب مورد استفاده در شستشوي شن و ماسه معلق و همین طور عملیات بهره برداري از شن و ماسه اثرات بیولوژیک برداشت شن و ماسه بر سه گروه مهم از زیستمندان رودخانه مورد بررسی قرار گرفته است .
- بهره برداري از شن و ماسه رودخانه با این که پیامدهاي منفی خاص خود را دارد ولی تخلیه مواد رسوبی به رودخانه صرفا و تنها از سوي واحدهاي برداشت شن و ماسه نبوده بلکه تخلیه مواد می تواند ناشی از فعالیت بخش کشاورزي در حوزه آبخیز رودخانه نیز باشد.((4

-10 پیامدهاي جدید بهره برداري نا مناسب شن و ماسه از رودخانه زاینده رود:

پیامدهاي زیست محیطی استخراج شن و ماسه از رودخانه زاینده رود در محدوده مورد بررسی به آسانی قابل رویت است. که عدم کنترل باعث تخریب اکوسیستم هاي رودخانه اي و ساحلی می شوند.

با توجه به بررسی هاي میدانی برداشت شن و ماسهعمدتًا از نهشته هاي بستر رودخانه زاینده رود و زونهاي ساحلی آن انجام می شود. اثرات منفی برداشت شن و ماسه محدود به محل بهره برداري نبوده و به قسمت هاي دیگر سیستم ساحلی و رودخانه نیز سرایت کرده است.برداشت و مصرف بی رویه از منابع شن و ماسه پیامدهاي این بهره برداري بشرح زیر می باشد.

- تعلیق مواد رسوبی -کاهش ظرفیت خود پالایی رودخانه در جذب مواد آلی
- کاهش و تنزل کیفیت آب رودخانه(.(4

-11 نتایج تخریب هاي زیست محیطی:

پروژه هاي استخراج شن و ماسه و احداث و استقرار واحدهاي صنعتی تولید دانه بندي شن و ماسه در حاشیه رودخانه زاینده رود در تعارض فزاینده اي با سیستم هاي بیولوژیکی و اکولوژیکی رودخانه قرار گرفته است .از آنجائیکه انواع فعالیت هاي مختلف استخراج شن ماسه عموما محدود به بهره برداري تجاري بوده، استفاده هاي صنعتی نظیر تهیه مواد مورد نیاز براي احداث جاده، بتن ریزي، خاك ریزي و منظر سازي و در طول رودخانه زاینده رود در محدوده مطالعاتی برداشت شن و ماسه در چندین نوبت و در چندین نقطه انجام می گیرد و در نتیجه اثرات و پیامدهاي آن هم مزمن و هم فزاینده می باشد .بررسی ها نشان می دهد استخراج شن و ماسه از رودخانه زاینده رود با میزان ذخیره آن در یک دوره زمانی برداشت متناسب نبوده و فرصتی براي تجدیدپذیري ذخیره شن و ماسه باقی نمی ماند.
(12)

استخراج مواد آبرفتی از بستر رودخانه زاینده رود یا نزدیک به بستر رودخانه بر پارامترهاي فیزیکو شیمیایی آن تاثیر منفی میگذارد .از همه مهمتر برداشت بی رویه شن و ماسه از بستر رودخانه زاینده رود بر پارامترهاي فیزیکی زیستگاه رودخانه اي نظیر ارتفاع بستر، ترکیب و ثبات تحت الارض، عناصر ناهمواري داخل رودخانه، عمق، سرعت جریان، شفافیت، محل رسوب، تخلیه رودخانه، دماي آب و اکسیژن محلول رودخانه تاثیر منفی مستقیم گذاشته است .از اثرات مستقیم تعدي برداشت شن و ماسه در بستر رودخانه می توان به مواردي همچون تغییر هیدرولیک رودخانه، محل رسوب و مورفولوژي بستر رودخانه که مستقیما تحت تاثیر فعالیت هاي انسانی نظیر بهره برداري بی رویه از شن و ماسه قرار دارد، اشاره کرد .تغییر این پارامترهاي زیستگاهی و فیزیکوشیمیایی آب، داراي پیامدهاي مخرب منفی بر جوامع حیاتی داخل رودخانه و زیستگاه هاي حاشیه اي رودخانه می باشد .کاهش جمعیت ماهیان در مناطق تخریب یافته جابجایی و جایگزینی و یا خدمت گونه ها، کاهش جوامع بنتوزي و جلبک و کاهش خودپالایی رودخانه از مثال هایی است که می توان در این مورد بیان کند. (4)

-12 مدلسازي جهت شبیه سازي برداشت مصالح رودخانه اي:

انتخاب مدل مناسب در شبیه سازي اثرات گودالهاي برداشت شن و ماسه بر پایه هاي پل به عنوان یک اصل مهم در سنجش حریم برداشت در مجاورت سازه هاي آبی نظیر پل می باشد، لذا انتخاب مدل مناسب جهت شبیه سازي باید موارد ذیل را براي مدل کننده برآورده نمود:
-قابلیت محاسبه پارامترهاي هیدرولیکی و رسوبی و نهایتا روندیابی جریان و رسوب در رودخانه

- شبیه سازي فرسایش و رسوبگذاري در هر دو جهت طولی و عرضی رودخانه
- قابلیت تعریف گودالهاي برداشت شن و ماسه از رودخانه

- قابلیت درنظر گرفتن معادلات انتقال رسوب متنوع مناسب جهت آزادي عمل بالاتر در انتخاب معادله باتوجه به کالیبراسیون برنامه

- قابلیت تعریف مستقیم پل به برنامه

- شبیه سازي هیدرولیکی و رسوبی پل در رودخانه

- شبیه سازي جریان براي هر دو حالت زیر بحرانی و فوق بحرانی