دانلود تحقیق کامل درمورد اصول نظری گسترش سیلاب

اختصاصی از فی لوو دانلود تحقیق کامل درمورد اصول نظری گسترش سیلاب دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه: 69

اشاره ای بر اصول نظری گسترش سیلاب

ویرانگری سیلها زاییده سرعت زیاد آنها می باشد، چه مهمترین نیروی مخربه آب در حالت آرامش فشار ناشی از وزن آن است. چنانچه آب روان گردد، جرم پویای آن توانایی انجام کار را دارد، نیروی ضربه ای[1] (و فشار منتجه از آن)، و کار مایة جنبشی[2] دو ویژگی مهم آب روان و توابعی از سرعت آن می باشند. پیامدهای سیلها نه تنها خرابی ساختمانهایی چون خانه ها، پلها، جاده ها، اسکله ها، ...، بلکه فرسایش خاکهای زراعی و حمل آنها به اماکن ناخواسته، چون شهرها، کاریزها، کشتزارها و مخازن سدهاست.

نتایج مشاهدات و بررسیهایی بی شمار که دربارة علل فرسایش و بالأخص نیروی فرسایندگی آب[3] و ظرفیت آن برای حمل رسوب[4]  صورت گرفته حاکی از آن است که سرعت آب عامل مهم شستگی و جابجایی خاک به شمار می رود. پژوهشگرانی چند نیز فرسایندگی آب پویا را با تنش برشی آن وابسته یافته اند، که این نیرو خود نیز تابعی مستقیم از ارتفاع جریان و شیب خط کار مایه می باشد، که همبستگی شیب و سرعت جریان نیز به ثبوت رسیده است. بنابراین، مهار سیلاب از طریق کاهش سرعت و ارتفاع، و افزایش سطح تأثیر میسر می گردد. شرحی کوتاه از این مطالب، نه به ترتیبی که در بالا یاد شده اند، در صفحات آینده خواهد آمد.

شستن خاک بستر رود و اراضی مجاور آن و انتقال رسوب از مهمترین زیانهای سیل به شمار می روند. دستاورد مشاهدات و پژوهشهای پرشمار محققین هیدرولیک حاکی از آن است که نیروی فرسایندگی آب و ظرفیت آن برای حمل رسوب، تابعی از سرعت جریان می باشند. Branson و همکاران (1972، ص 48، به نقل از Twenhofel ) برآنند که نیروی فرسایندگی و ظرفیت حمل رسوب آب به ترتیب با توانهای پنجم و سه و دودهم تا چهارم سرعت آن (V5 و V3.2-4 ) بستگی دارند. Bell (1983 ، ص ص 310 – 309) توانهای ششم  و سوم را برای دو عامل مزبور پیشنهاد کرده است. [5] نتایج بررسیهای Mavis (Schwab و همکاران، 1966، ص ص 170 – 169) در مورد آستانة فرسایش بسترها با استفاده از ذراتی دارای قطرهای مساوی (یکدست)، که قطر آنها، d ، و چگالی نسبی آنها، G ، به ترتیب بین 70/5-35/0 میلی متر، و 64/2-83/1 نوسان داشته اند، دلالت بر وجود رابطة تجربی زیرین سرعت آب و جدایی ذرات از بستر می کند.

که در آنVt سرعت آستانة فرسایش برحسب فوت بر ثانیه می باشد. Strand (1973، به نقل از Mavis و Laushey ) سرعت مزبور را 7/0 میانگین سرعت نهر دانسته است. به عقیدة Brater و King (1976، ص ص 27 – 23 : 7) ، پژوهشگرانی از این دست سرعت آب را عامل عمدة  فرسایش به حساب آورده، و نقش ژرفای جریان را به هیچ شمرده اند؛ در حالی که، تنش برشی آب، که سبب جدایی ذرات از بستر می گردد، تابعی است از عمق جریان :

که در آن t تنش برشی (نیوتن بر متر مربع) ، W ، وزن مخصوص واحد آب (نیوتن بر مترمکعب)، D  عمق جریان (متر) و q زاویة کف بستر نسبت به افق بوده، و از آن جا که سینوس و ثانژانت زاویای کوچک تقریباً برابرند، معمولاً ، tanq  یعنی شیب کف، S، در رابطة فوق الذکر قرار می گیرد، بدین ترتیب، تنش برشی آب نیز تابعی از شیب بستر می باشد.[6] Sandor (1983، ص 77 به نقل از Leopold و همکاران)، تنش برشی آب را عامل فرسایندگی ، و مقدار آن را متناسب با مجذور سرعت جریان دانسته است.

چنانچه از مطالب بالا و دیگر مطالعات [7] مستفاد می شود، نیروی فرسایندگی آب تابعی است از سرعت و ارتفاع آن، و سرعت ، بر اساس رابطة مانینگ ()، خود تابعی است از : خشونت بستر n ، شیب نهر s ، و شعاع آبی آن، R ؛ بنابراین ، کاهش نیروی فرسایندگی آب از طریق افزایش ضریب خشونت [8] و کاستن شیب، شعاع آبی و ارتفاع جریان میسر می گردد. این فرآیند در شبکه های گسترش سیلاب در حوضچه های آرامشی که، اصطلاحاً نهرهای آبرسانی گسترشی، و گسترشی نامیده می شوند، تحقق می یابد.

فرض کنیم سیلی به عمق D1 متر در آبراهه ای دارای دیواره های عمودی، و به عرض L1 متر، شیب S1 درصد و سرعت V1 متر بر ثانیه در جریان است، بدة این سیل Q=L1D1V1=A1V1 متر مکعب بر ثانیه، و نیروی برشی آن:

WD1S1 = t1 نیوتن بر متر مربع

می باشد. چنانچه کلیة این جریان وارد نهری به طول L2=200L1 گردیده، و با سرعتی معادل  از سراسر طول نهر سرریز کند، عمق جریان، D2 ، برابر خواهد بود با :

در صورتی که آب در سطحی که شیب آن  باشد به راه افتد، نیروی برشی جریان :

 نیوتن بر متر مربع

می باشد ، بدین ترتیب، نیروی برشی آن نسبت به بستر اصلی 40 بار کاهش می یابد. چنانچه نظر Leopold (Sandor ، مرجع بالا) را معتبر شمرده، و نیروی فرسایندگی آب را تابعی مستقیم از مجذور سرعت آن بدانیم، نسبت این دو نیرو (در بستر اصلی و پس از گذشتن از حوضچة آرامش و جریان در سطح زمین) :

خواهد بود، به دیگر سخن، نیروی فرسایندگی آب پس از گذشتن از حوضچة آرامش 100 بار کاستی می پذیرد.

آنچه در این میان تاکنون به حساب نیامده است، کارمایة زایل شده در نهر آبرسانی – گسترشی می باشد. شکل سادة قانون برنولی برای جریان آب در رودخانه، و پخش آن در روی زمین به شرح زیر است :

که در آن Z ارتفاع کف بستر از مبدأیی معین (مثلاً سطح دریا)، a ضریب تصحیح کارمایة جنبشی، g شتاب ثقل و hL افت فشار (کارمایة زایل شده)، و 1 و 2 معرف جریان در رودخانه و بر روی زمین می باشند؛ D و V تعریف شده اند. عرضة مثال عددی زیر کوششی است در روشنگری این بحث : سیلی به عمق یک متر، در آبراهه ای دارای مشخصات زیر ، در جریان می باشد: مقطع مستطیلی؛ شیب؛ یک درصد، عرض، 5 متر؛ جنس بستر ، قلوه سنگ، 4% = n ، ارتفاع کف در محل انحراف آب، 05/1440 متر. این آب از نهری به طول 500 متر به عمق نیم متر و با شیب طولی 2 در ده هزار متصل می گردد. آب پس از پر کردن نهر از سراسر طول لبه (1000 متر) به ارتفاع 05/0 متر، و سرعت 2/0 متر بر ثانیه ، سر ریز می کند (فرض بر آنست که نشت در نهرها صورت نمی گیرد). رابطة برنولی برای این دو وضعیت به ترتیب زیر خواهد بود :

1- از آن جا که شیب نهر آبرسانی یازده در ده هزار، و طول آن 500 متر است، بنابراین ارتفاع کف نهر آبرسانی در فاصلة 500 متری از ابتدای آن برابر است با :

1. 00 × 0.0011=0.55 متر
2. 05-0.55=1139.50 متر

و ارتفاع لبة آبرسانی – گسترشی  ( سر ریز) در محل اتصال آن با نهر آبرسانی :

1. 50 + .050=1140.00 متر

می باشد . لبة نهر در وسط آن (500 متری ابتدای نهر)

1. 00 × 0.0002=0.10 متر

پایین تر از ابتدای آن قرار دارد ،

بنابراین، ارتفاع لبة نهر در محل فوق الذکر برابر است با :

1. 00-0.10 = 1139.90 متر

این ارتفاع معادل Z2 می باشد.

2- سرعت آب در آبراهه، V1 ، بر اساس رابطة مانینگ برابر است با :

  متر بر ثانیه

بنابراین :

بدیهی است اتلاف قسمت عمدة کارمایة جنبشی در نهر آبرسانی – گسترشی، و به صورت تلاطم و تماس تحقق می یابد.

با توجه به آنچه در مورد نقش حوضچة آرامش (نهر آبرسانی – گسترشی) گفته شد، واضح است که نیروی ضربه ای، وفشار ناشی از آن، نیز در این فرآیند شدیداً کاهش می یابند. چنانچه فرض کنیم دیواره ای عمود بر محور جریان، و به درازی 5 و بلندی 1 متر در آبراهة مورد بحث احداث گردد، نیروی ضربه ای جریانی داری بدة 10 متر مکعب بر ثانیه با سرعتی معادل 2 متر بر ثانیه به آن برخورد می کند، بنابراین فشار افقی وارده بر دیواره برابر است با :

هنگامی که این آب به گونة جبهه ای به طول 1000 ، و ارتفاع 05/0 متر، و با سرعت 20/0 متر بر ثانیه گسترش می یابد، فشار افقی جریان، در صورت وجود دیواره ای عمود بر مسیر آن، مساوی با :

خواهد بود. بدین ترتیب : نیروی ضربه ای 10 بار کاهش یافته، سطح تأثیر آن 10 بار افزوده شده، و فشار وارده 100 بار کاستی پذیرفته است (توضیح این که جرم آب در هر دو حالت یکسان و برابر با m بوده است) .

به همین ترتیب ، کار مایة جنبشی آب بر واحد زمان (توان) در آبراهه، E1 ، و پس از خروج از حوضچة آرامش E2 به شرح زیر است :

 بنابراین، کارمایة جنبشی، و در نتیجه توان آب پس از گذشتن از نهر آبرسانی – گسترشی، 100 بار تقلیل یافته است.

گزینش فاصلة نهرهای گسترش سیلاب (عرض کرتها یا نوارها) بر اساس مشاهدات مؤلف و همچنین کارشناسان استرالیایی (Quilty ، b 1972) ، به گونه ای صورت می گیرد که سرعت آب به آستانة فرسایش نرسد؛ بدین ترتیب، رابطه ای معکوس بین شیب زمین و فواصل نهرها وجود دارد. این مطلب، که برای نخستین بار در سال 1957 به وسیلة Smith و Wischmeier (به نقل از Moore و Burch ، 1986) در رابطة جامع فرسایش خاک[9] به صورت عامل مشترک طول – شیب(LS ) عنوان گردیده است، به کوشش محققین اخیر، و بر پایة دانش فیزیک، مورد  بررسی موشکافانه قرار گرفته، و ارتباطی نزدیک بین رابطة تجربی فوق الذکر و قدرت جریان واحد [10] ، که در سال 1971  به وسیلة Yang عرضه شده بود، به دست آمده است (همان مرجع) .

گفتنی است که ارائه رابطه ای مشخص برای تعیین فواصل نهرها در حال حاضر، و بنا به دلایل زیر، مسیر به نظر نرسیده و نیاز به پژوهشهایی گسترده دارد :

• نفوذ پذیری محل گسترش سیلاب بر اثر رسوبگذاری کاهش یافته، به خاطر رویش گیاهان فزونی گرفته، و ارتفاع جریان، و در نتیجه سرعت پیشروی جبهة آب، توابعی از نفوذپذیری می باشند.
• رسوبگذاری در شبکه های گسترش سیلاب کاهش شیب و تسطیح نسبی زمین را به دنبال دارد، بدین ترتیب، سرعت جریان سطحی با ادامة کار شبکه ها کمتر گشته، و نیروی فرسایندگی آب روان بر روی آنها کاستی می پذیرد.
• هرچند پیامد تسطیح کاهش ضریب خشونت است، لکن پوشیدگی سطح زمین از گیاه و افزایش رشد آنها بر اثر آبیاری سلابی، و احتمالاً تغذیة بهتر، ضریب مزبور را فزونی می بخشد.
• نوع و غلظت مواد معلق در سیلاب در نیروی فرسایندگی و ظرفیت حمل رسوب آن مؤثر بوده، و دگرگونی این دو عامل در سیلهای متفاوت تعیین ارقامی مشخص را غیر منطقی جلوه می دهد.
• نیروی فرسایندگی وظرفیت حمل رسوب آب توابعی از دمای آن می باشند، چه، لزوجت آب بر اثر کاهش حرارت افزایش یافته، فرسایشی بیشتر به وسیلة آن صورت گرفته، و حمل مواد فرسوده در آب سر آسانتر تحقق می یابد (Graf ، 1971 ، ص ص 238 تا 241 ، به نقل از Colby ) . بر همین روال، پیامد فزونی لزوجت آب، کاستی قابلیت نفوذ آن در خاک است؛ بدین ترتیب، دگرگونیهای حرارت سیلاب در فصول مختلف سال در نفوذ آن در خاک، ارتفاع و سرعت جریان، و فرسایش و رسوبگذاری در شبکه ها مؤثر می باشند.

گزینش مکان گسترش سیلاب[11]

فلسفة بهره وری هرچه بیشتر از سیلاب، همگام با کاستن زیان سیل به کمترین اندازه، از عوامل مهم تعیین محل پخش آب به شمار می روند، بدیت ترتیب، گاهی شرایط زمانی و مکانی استفاده از سیلاب را در مناطقی، که از بهترین موقعیتها برخوردار نیستند، ضرور می نمایند. ارائة نمونه های زیر کوششی است در روشنگری این بحث :

سیلابهای دامنة جنوبی البرز زیانهای فراوان را در اراضی شرقی شهرستان دماوند به بار می آورند. گسترش این سیلابها به منظور کاهش خسارت، همراه با تولید علوفه، در زمینهای پرشیب منطقه توصیه گردیده است. گرچه تندترین شیب برای پخش آب در مراتع غنی در استرالیا پنج درصد پیشنهاد شده است، مع ذلک، میانگین شیب علفزارهای دشت کاشت دماوند هشت درصد می باشد. صرف هزینه ای بیشتر از معمول، در مقابل کاستن خطر آب بردگی، حتی بدون در نظر گرفتن خسارات جانی، از نظر اقتصادی در این مکان قابل توجیه است.

عواملی چند، از جمله سیلابهای ورودی به دشت شیراز در سالهای پربارندگی، بالا آمدن سفرة آزاد آب را، به گونه ای آزار دهنده، در محلات شرقی و جنوب شرقی شهر شیراز باعث می گردند. بخش بزرگ از سیلاب رودخانة خشک شیراز از آبخیز 226 کیلومتر مربعی رود گویم جریان می یابد. پخش آب این خشکه رود در دشت گویم نه تنها از پیوستن ابی ناخواسته به سفرة آزاد آب شیراز جلوگیری می کند ، بلکه تولید غلات و علوفه را در آن محل می افزاید، مهمتر آن که، گسترش طبیعی سیلابهای عظیم این خشکه رود چون روزگار پیشین در مرغزار گویم . [12] به نحوی چشمگیر از خطر سیل بردگی شیراز می کاهد. تبدیل این مرغزار به اراضی زراعی، و بدتر از آن، احداث باغهای محصور و شهرکهایی در آن جا، شیراز را از این سپر امنیتی، یا دریچة اطمینان، محروم خواهد کرد. بدیهی است گسترش سیلاب در اراضی گرانبهای گویم به هیچ وجه با معیارهای سود جویان تطابقی نخواهد داشت.

سکونت انسانها، در مناطقی که ممکن است از آب یا خاکی مرغوب برخوردار نباشند، استفاده از منابع موجود را ناگزیر می نماید، بنابراین اوضاع ظاهراً نامناسب یک ناحیه برای گسترش سیلاب، احتمالاً موقعیتی بسیار خوب در مکانی دیگر تلقی می گردد. با عنایت به چند منظوره بودن برنامه های مهار سیلاب، گزینش محل گسترش آب، با توجه به اولویتها، به گونه ای صورت می گیرد که طرحها بیشترین بازده و کمترین زیان را دارا باشند، بدین ترتیب، موفقیت برنامه ها در گرو روشن بینی طراحان، و دقت مجریان در پیاده کردن طرحهای آنها قرار دارد. مطالبی را که مؤلف طی سالها تجربة شخی و مطالعة آثار پیشگامان فرا گرفته است در صفحات آینده عرضه می کند، امید است که یابندگان نکات تازه دیگران را بی نصیب نگذارند، ان شاء الله.

هرچند در انتخاب محل گسترش سیلاب هیچ اقدامی جایگزین بازدیده های دقیق محلی، جمع آوری آمار و اطلاعات قاب اطمینان، و مشورت با افراد مجرب نمی گردد، مع هذا، استفاده از عکسهای هوایی و نقشه های: عوارض سطحی(توپوگرافی)، زمین شناسی(سطحی و زیرزمینی)، هم تبخیر همباران، جوامع گیاهی، راهها و تاسیسات احداث شده یا پیشنهادی، و آمایش سرزمین، در صورت وجود، کمکی موثر به تهیه و اجرای طرح مربوطه خواهد کرد. از آن جا که نقشه های دارای مقیاس 1:50000 سازمان جغرافیایی کشور بر اساس عکسهای هوایی که در سال 1334 برداشته شده اند تهیه گردیده، و از آن زمان تاکنون تغییراتی فراوان رخ داده اند(خشکیدن قناتها و چشمه ها، ویرانی دهاتی چند، و بر پایی روستاهای نوآباد، احداث جاده ها،...) بنابراین بهتر است دگرگونیها روی نقشه های موجود یادداشت گردند. دیگر آن که، نقشه های زمین شناسی نیز معمولا با استفاده از همان عکسهای هوایی ترسیم شده، و کوچکی مقیاس نقشه، همگام با پهناوری سرزمین ایران از دقت آنها می کاهد. خوشبختانه نقشه های جدید،و دارای مقیاس نسبتا بزرگ سازمان زمین شناسی کشور، و شرکتهای عامل نفت ایران، از کیفیتی بسیار خوب برخوردار می باشند.

نبود آمار سیلات خشکه رودهای مورد نظر از کمبودهای مهم در تهیه طرحهای پخش آب به شمار می رود. نقشه آبهای زیرزمینی، بالاخص با توجه به عمق سفره و کیفیت آب(برای مثال، قابلیت هدایت الکتریکی، و مقادیر کلر، سولفات و بیکربنات) راهنماهایی ارزنده در تعیین مکان و انتخاب سیلابها برای پخش به حساب می آیند. این مطلب در تغذیه مصنوعی آبخوانها بیشتر مورد توجه قرار می گیرد.

هشدار

حصول یقین در دانستتن گذرگاههای لوله ها ینفت، گاز، آب و سیمهای برق و تلفن و مانند آنها در مکان مورد نظر برای پخش سیلاب، و کسب اجازه از مسئوولان محلی هر یک از تاسیسات نامبرده برای عبور ماشین آلات از نزدیکی، یا روی آنها، واجب است. سهل انگاری در هر یک از موارد بالا، یا نظایر آنها، احتمالا موجب بروز زیانهای مالی و جانی خواهد شد.

الف-اندازه، شدت و پراکنش بازندگی

هر چند وقوع سیل لازمه زراعت سیلابی بوده، و گردآمدن عوامل متعدد برای جریان یافتن آن ضرورت دارد، مع ذلک، از آن جا که اندازه و پراکنش بارندگی مهمترین معیارهای تشخیص تناسب اقالیم خشک، گرم و معتدل برای کشاورزی به شمار می روند، گروهی بر آنند که ملاکهای یادشده بایستی در زراعت سیلابی نیز ملحوظ گردند. به ظر انی کارشناسان، نه تنها در دسترس بودن حداقلی از آب، که مقدار آن را شرایطی گوناگون تعیین می کنند، برای استقرار و ادامه حیات گیاه در شبکه های پخش سیل از طرف دیگر، وجود دارد به عقیده Bennett(1955ص، 244ص، 237ص) که خاک منطقه ای حاصلخیز بوده، و از نفوذ پذیری مناسب و شیب ملایم نیز برخوردار باشد، اندازه بارندگی سالانه محل معرفی خوب برای تشخیص استعداد آن جا برای پخش آب به شمار می آید. بر این اساس، احداث شبکه های گسترش سیلاب در مناطقی که میانگین بارش سالانه آنها زیر 200 میلی متر بوده، یا بارندگی دوره رویش آنها کمتر از 125-100 میلی متر باشد، قابل توجیه نیست، چه، این مقادیر بارندگی سیلابهایی ارزنده را به راه نمی اندازند. بر همین روال، در صورتی که دامنه بارندگی سالانه 300-200 میلی متر باشد اصاح مرابع و تولید علوفه اضافی با پخش آب میسر است. نامبرده بارش سالانه 350، تا افزودن بر 500 میلی متر را برای تولید علوفه و گیاهان زراعی[13] با کاربرد روش آبیاری سیلابی توصیه کرده اس. دستاوردهای Miller و همکاران(1969) تاییدی هستند کلی بر معیارهای بالا، چه، گسترش سیلاب در مراتع ایالات جنوب غربی آمریکا هنگامی به نتایج مطلوب می ان جامد که میانگین بارندگی سالانه آنها بیش از 275 میلی متر باشد بر همین روال، دستورلعمل اخیر اداره حفاظت خاک آمریکا(1985,SCS) دامنه میانگین بارش سالانه مناسب را برای پخش سیلاب 636-203 میلی متر تعیین کرده است. دستاوردهای چند هزار ساله بیابان نشینان جز این است!

پیروان مکتب زراعت سیبلابی صحرای نگو بر این پندارند که موفقیت طرحهای گسترش سیلاب در گرو 80 میلی متر بارش سالانه برای مناطقی که فصول بارندگی و سرمای آنها همزمان است و اندکی افزون بر رقم فوق الذکر، درغیر انی صورت می باشد (Anon،1974،فصل 2) بدیهی است که توصیه تنها در شرایط صحرا نگو، که شرحش در صفحات 72 تا 74 گذشت، و نواحی مشابه آن جا، کاربرد دارد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید