مقاله بررسي و مقايسه مدلهاي رسوبي و انتخاب يك مدل رياضي براي رودخانه

 nx دارای 174 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است فایل ورد nx  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد. این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد بخشی از متن nx : چكیده : سیستان پهنداشت آرمیده در بستری خشك سالهاست كه از بركت رودخانه هیرمند وهامونهای موجود كه از كوههای هندوكش در افغانستان سرچشمه می گیرند سیر آب می شود .در این پایان نامه با مطالعه به روی رسوبات این رودخانه كه سبب بالا آمدن كف رودخانه وكاهش حق آبه ایران شده است ، سعی گردیده تا با بررسی فرمولها ومدلهای مختلف رسوب وانتخاب وكار به روی یك مدل خاص(Hec-6) تغییرات بستر رودخانه را پیش بینی كنیم تا در نتیجه بتوان در اثر وجود اطلاعات بستر راهكارهای علمی تری برا ی كنترل این رسوبات ارئه دهند. در این پایان نامه ابتدا بررسی تئوریك رسوب وبرخی اصطلاحات مربوط به این علم پرداخته شده است و سپس با تعریفی از منطقه واطلاعات موجود درمنطقه و نیز اطلاعات به دست آمده ،‌رودخانه سیستان ومنطقه مورد نظر بطور اجمالی شناسانده شده است . در دنباله مدلها وفرمولهای مختلف رسوب را مورد بررسی قرار داده ومدل (Hec-6) به عنوان مدل قابل استفاده انتخاب شده است . سپس با اجرای این مدل یك بعدی ماندگار(با استفاده از مقاطع سا ل1370 وپیش بینی این مقاطع برای 8 سال بعد و مقایسه آنها با مقاطع سال 1378 فرمول توفالتی بعنوان فرمولی كه نزدیك ترین جواب را با نقشه های سال 1378 داشت انتخاب گردید . (1-1)-مقدمه :هنگامیكه سنگ اصلی تحت تأثیر هوازدگی متلاشی شد مواد توسط آب یا باد حمل می شوند و رسوبات را بوجود می آورند. (2-1)-انواع رسوبات:1- آبرفتی: مواد معدنی كه به وسیله رودخانه حمل می شوند و ته نشین می گردند. 2- لِس: روسوباتی كه توسط باد جابجا می شوند.3- رسوبات یخچالها: رسوباتی كه توسط یخچالها حمل می شوند. در این مبحث درباره آب جاری و رسوبات بحث می كنیم. به همین منظور برخی از متداولترین اصطلاحات بكار رفته در این علم معرفی می شود.1- جرم مخصوص: (Den stiy)عبارتست از جرم در واحد حجم2- وزن مخصوص: (Specific weight)عبارتست از وزن در واحد حجم بین دو اصطلاح فوق رابطه زیر برقرار است. – (1-1) : وزن مخصوص : جرم مخصوص : شتاب ثقلوزن مخصوص دانه های رسوب ته نشین شده به میزان تحكیم توده رسوب بستگی دارد كه با گذشت زمان افزایش می یابد. 3- چگالی: (Specific gravity)عبارتست از نسبت وزن مخصوص ماده مورد نظر به وزن مخصوص آب در دمای Cْ4 (متوسط چگالی رسوب 265s می باشد.)4- تخلخل:تخلخل در تبدیل حجم دانه های رسوب به حجم كل توده رسوب و برعكس كاربرد دارد و آن عبارتست از نسبت حجم منافذ به حجم كل توده رسوب. (2-1)- p : تخلخل Vv: حجم منافذ Vt: حجم كل توده سرب كه در بر گیرنده حجم منافذ نیز می باشد.Vs: حجم دانه های رسوب 5- اندازه ذرات رسوباین خصوصیت مهمترین و اصلی ترین خصوصیت رسوب می باشد كه مورد بررسی قرار می گیرد به همین دلیل برای تعریف آن از اصطلاحات زیر استفاده می شود. الف: قطر كره معادل (Nominal diameter)قطر كره ای است كه حجم آن برابر حجم ذره مورد نظر می باشد. این قطر تصویری در مورد اندازه فیزیكی ذره بدست می دهد.ب: قطر عبوری از الك (Sieve diameter) كوچكترین اندازه چشمه الكی است كه ذره كروی مورد نظر از آن عبور می كند. در بیشتر موارد از یكسری الك با اندازه های مختلف جهت تعیین قطر ذرات رسوب بزرگتر از 0625/0 میلیمتر استفاده می شود.   ج: قطر سقوط (fall diameter):عبارتست از قطر كره معادلی كه دارای چگالی 65/2 بوده و در آب استاندارد cْ24 سرعت سقوطی معادل با سرعت سقوط ذره داشته باشد. د: قطر رسوبی (sediment diameter):قطر كره ای است كه دارای چگالی نسبی و سرعت ته نشینی نهایی برابر با ذره مورد نظر در مایع رسوبی مشابه و تحت همان شرایط باشد. و: اندازه سه محوری: در این روش اندازه ذره بر اساس سه محور عمود بر هم یك ذره صورت می گیرد. این قظر با توجه بر اینكه رفتار هیدرو دینامیكی ذرات را در آب مد نظر قرار می دهد دارای دقت زیادی است ولی به دلیل مشكل اندازه گیری آن معمولاً انجام نمی شود.6-لزجت:عبارتست ازدرجه مقاومت سیال در مقابل جریان یافتن در اثر یک نیروی اعمال شده7-رابطه مانینگ:یکی هز روابط استفاده شده در جریانات ماندگاراست 8- زاویه قرار (Angle of repose) (O):عبارتست از زاویه شیبی كه توده مصالح ریخته شده در آب در آستانه حركت به خود می گیرند كه تابعی است از اندازه و شكل ذرات رسوبی 9- كرویت ذره (Sphericiti)عبارت است از نسبت مساحت كره هم حجم ذره به سطح جانبی واقعی ذره مورد نظر 10- گرد شدگی ((Roundnessنسبت شعاع كوچكترین دایره گوشه ها به شعاع دایره محاط بر كل تصویر ذره یا شعاع ظاهری ذره 11- فاكتور شكلعبارتست از نسبت كوچكترین محور ذره به جذر حاصل ضرب متوسط و بزرگ ذره به این رابطه برای بررسی اثر شكل بر سرعت سقوط ذره مناسب است. (3-1)- 12- نسبت پهنی:این سرعت نیز دارای مبنایی مانند فاكتور شكل می باشد و با رابطه زیر به دست می آید.نسبت پهنی = (4-1)- 13- سرعت سقوط: (fall velocity)به متوسط ته نشینی یك ذره در حجم نامحدود از آب خالص گفته می شوداین پارامتر به طور مستقیم وضعیت حاكم ما بین جریان و دانه های رسوب در خلال جابجا شدن رسوب توسط آب (اعم از حركت آهسته دانه ها، انتقال و یا ته نشینی) است. سرعت سقوط ذرات به عوامل زیر بسته است:1- اندازه2- شكل3- میزان زبری سطوح 4- چگالی5- مزجت سیالو مقدار آنرا می توان از تعادل نیروی وزن غوطه ور ذره و نیروی رانش تعیین كرد. 14-تنش برشی:هنگامیکه اب درکانال جریان می یابدنیرویی در جهت حرکت اب بر سطح بستر کانال اثر می کند این نیرو به عنوان تنش برشی شناخته می شود.15- فرم بستر انواع فرم بستر:1- رپیل 2- دون 3- حالت انتقالی (4-1)-انواع رژیم جریان:1- رژیم جریان پائینی با فرم بستر 2- انتقالی 3-بالاییخصوصیات رژیم جریان پائینی:1- بار موا د بستر كم 2- مواد رسوبی در نزدیكیهای بستر و یا روی پشت رپیلها یا دونها حركت كرده، حركت پلكانی است.3- مقاومت در مقابل رژیم جریان زیاد می باشد و افزایش مقاومت مربوط به زبری بستر است. 4- پروفیل سطح آب با پروفیل بستر همسوئی ندارد. خصوصیات رژیم جریان بالایی:2- مقاومت در جریان كم 3- پروفیل سطح آب با پروفیل بستر همسویی دارد.4- هرچند مواد رسوبی به سمت پائین دست حركت می كنند ولی خود موج بستر به طرف بالا دست حركت می كند. خصوصیات رژیم انتقالی:1- زمانی بوجود می آید كه دونها شسته شده و سطح بستر صاف باشد.2- زبری بستر كم است.3- رژیم جریان پیوسته نیست و رابطه دبی – اشل پیوسته نیست. (1-5)-فرم بسترفرم بستر در اثر حركت بوجود می آید كه خود تأثیر مستقیمی بر روی زبری و در نتیجه مقاومت در مقابل جریان دارد.انواع فرم بستر:1- ریپل: فرمهای بستری هستند با طول موج كم (كمتر از cm30 ) و ارتفاع كوتاه (كمتر از mm3)2- دون:3- از ریپلها بزرگتر هستند، معمولاً هنگامیكه سرعت حركت زیاد است و میزان حمل رسوبات بالاست بوجود می آید. در این حالت پروفیل سطح آب و بستر رودخانه همسو نیستند. 3- خیر آب معكوس: در این فرم بستر پروفیل سطح آب و بستر همسو هستند. همچنین وابسته به سرعت و عدد فروید هستند و دارای دو شكل سینوسی و مثلثی می باشند.4- سرسره و استخر:رودخانه دارای شیب زیاد است و حمل رسوبات نیز زیاد می باشد، جریان در ابتدا فوق بجرانی و در پائین دست فوق بحرانی یا زیر بحرانی می باشد. (6-1)-رژیم جریان:فرم بستر به صورت دون یا ریپل می باشد. بار مواد بستر كم می باشد و مواد در رسوبی نزدیك بستر حركت می كند(7-1)-پیش بینی فرم بستر:1- سایمون و ریچاردسون: این روش بستر را بر اساس قدرت رود ( ) و قطر متوسط ذرات بدست می دهد.این روش برای رودخانه های ماسه ای قابلیت كاربرد دارد.2- عطاء ا…:این روش فرم بستر را بر اساس عدد بدون بعد F و می دهد.3- روش فان راین: حركت بار بستر توسط دو پارامتر بدون بعد D* و T مشخص می شود. (5-1)- (6-1)- u*c : سرعت برشی بحرانیبه دست آوردن برخی از پارامترهای هیدرولیكیضریب ثابت مانینگ (ضریب مقاوم جریان) (8-1)-معادله مانینگ -(7-1)در این معادله n یك عدد ثابت بی بعد نیست و دارای بعد می باشد. مقدار n به عوامل زیر بسته است. 1- زبری سطحی 2- رویش گیاهی 3- نامنظمی كانال یا رودخانه4- تراز آب، آب شستگی و ته نشینی مسیر كانال برای بدست آوردن آن از تصاویر ارائه شده توسط سازمان زمین شناسی ایالات متحده استفاده كرد.همچنین برای ب دست آوردن Ks ثابت استریكلر از رابطه زیر استفاده می شود. Ks= (8-1)- جدول (1-1) ثابت استریکلربرای مصالح مختلف بنایی[5 ]K (mm) مصالح 1-50 چدن نو51-1 چدن تقریباً فرسوده80-1 ملات سیمان، صاف شده 2-1 ملات سیمان، زبر 52-1 تخته های چوبی زبر15-8 مصالح بنایی زبر همچنین رابطه بین Ks و n به قرار زیر است.= K s -(9-1)مقدار n با ضریب مانینگ در كانالهای خاكی بدون پوشش گیاهی عموماً از رابطه استریكلر تعیین می شود و در مجاری با پوشش گیاهی از را بطه felkel محاسبه می شود. (10-1)- U: سرعت Rh: شعاع هیدرولیكی (11-1)- hp: نشان دهنده طول ساقهM : متوسط چگالی مقدار گیاهان در متر مربعفرمول فوق برای بستری كه شیبهای آن پوشیده از گیاه باشد استفاده می شود و برای جریان بدون پوشش ضریب مقاومت از رابطه استریكلر بدست می آید. و تأثیر پوشش گیاهی با توجه به شناخت نسبت محیط خیس شده غیر پوششی در طول كل مسیر در نظر گرفته می شود. (12-1)- Kst: ضریب استریكلر : شیب خط انرژی در كل طول Rh: شعاع هیدرولیكیA: سطح مقطع جریان P: محیط خیس شدهD: قسمت محیط خیس شده غیر پوششی همچنین در روشهای محاسباتی در حالتی كه بین قسمتهای پوششی و غیر پوششی اختلاف سطح وجود داشته باشد ضریب زبری مورد استفاده توسط رابطه زیر جانشین می شود. (13-1)- (14-1)- Kst2: ضریب استریكلر بدون توجه به پوششApi= dpi hi m(15-1)- (16-1)- Rh: شعاع هیدرولیكی cw=1~1.5Dpi: قطر متوسط تنه درختH: تعداد تنه های روی طول L و یا عرض bL: طول استاندارد مقطع انتخابی پوششیB: عرض كمربند رویشAxaz: فواصل بین محور درختان در طول حركت آب ax و در طول عمود بر آن azA: سطح جریان با قسمت چوبی بدون كم كردن سطوحی كه به وسیله آنها اشغال شده است.محاسبه زبری بستر جریان رودخانه سیستان در حالت حفاظت سواحل با پوشش گیاهی بر اساس فرمول DVWKb= 18cmL= 3Ax,az =1.5mRh= 5mA= 600m2V= 2.5mhi=28n= 0.0352Kst: 29 dpi= 0.1mApi=0.1×28×24=672LA= 3×600=1800Cw= 1.25 ضریب مانینگ برای یك ساحل جریان رودخانه در حالت پوشش گیاهی (17-1)- رابطه پادولوفسكی Kst=12.3 = neضریب زبری معادل كل بستر جدول 2با زه بندی رودخانه سیستان از نظر پوشش [7]بازه طول (km) وضعیت پوشش گیاهیI ناحیه سه شاخه هیرمند تا سه كهك 2 فاقد پوششII سد كهك تا سد زهك 14 نسبتاً فاقد پوششIII سد زهك تا سد سیستان 19 دارای پوشش گیاهی نمی باشدIV سد سیستان تا سه شاخه ادیمی 12 ناحیه سیل گیر پوشش داردVa , Vb سه شاخه ادیمی و افضل آباد 12 تقریباً بدون پوشش جدول 3ضریب زبری تعیین شده از بررسی های صحرایی[7]35 048/0 035/0 12 055/0 035/0 Iv12 070/0 035/0 VA , VB تأثیر میاندوره ها بر n ناچیز است. (1-2)-مقدمه : در مورد آستانه حركت همه دانشمندان منظور ثابتی را استنباط نمی كنند. بعضی شروع حركت یك یا دو ذره را كه با چشم دیده می شود و بعضی شروع حركت ذره را برابر مقدار جریانی دانسته اند كه مقدار حركت مواد رسوبی در پائین دست كانال صفر باشد. برخی هم وجود لحظه ای را به عنوان آستانه حركت قبول ندارند.(2-2)- رابطه موجود برای استانه حركت 1- دیاگرام شیلدز:شیلدز تحلیل ابعادی را برای تعیین بعضی پارامترهای بی بعد بكار برد و نمودار مشهورش را برای آستانه حركت ارائه كرد، این نمودار كه از دو قسمت پارامتر شیلرز بحرانی و عدد رینولدز مرزی *Re تشكیل شده در شكل 1ازضمیمه1 ارائه شده است. (1-2)- (2-2)- * =Reعدد رینولدزمرزی* U = سرعت برشی Ds= قطر متوسط ذرات U= لزجت سینماتیك = شیلدز بحرانی = تنش برشی بحرانی = وزن مخصوص رسوب = وزن مخصوص آبدر دیاگرام شیلدز اگر نقطه تلاقی c و Re* بالای منحنی قرار بگیرند ذرات بهتر حركت می كنند و چنانچه این محل تلاقی در زیر این خط منحنی باشد نشانگر این است كه ذرات حركتی ندارند و خود این خط منحنی نشانگر آستانه حركت است. از طرفی در رودخانه های طبیعی معمولاً عدد رینولدزمرزی به حدی می باشد كه شرایط بستر زبر را بوجود می آورد و در نتیجه مطابق دیاگرام تحت این شرایط عدد رینولدز مرزی عدد ثابتی است كه این عدد ثابت توسط شیلدز 0056 بیان شد. در این حالت Re<400 ، و همچنین نیروی لزوجت جهت تأثیر چندانی ندارد. (3-2)- 2- دیاگرام گسلر:گسلر منحنی شیلدز را بصورت شكل 2از ضمیمه1 اصلاح كرد و این اصلاح بخصوص برای جریان كاملاً درهم و بستر زبر صورت گرفت، بطوریكه عدد ثابت برای Re*>400 برابر 0047 بدست آمد، میر، پیترومولر نیز این تحقیقات را تأئید كردند. Re*>400(4-2)- 3- شولیتس و هیل:این دو دانشمند منحنی ارائه شده توسط گلسر را بجای سه قسمت به چهار قسمت تقسیم كرده و برای هر قسمت یك رابطه ریاضی بصورت زیر ارائه كردند. (5-2)- (6-2)- (7-2)- (8-2)- 4- روش تجربی لین:بر اساس مشاهدات تنش برشی بحرانی برای آب زلال كمتر از مخلوط آب و رسوب ذره می باشد همچنین لین بر اساس مطالعات خود شكل 4ازضمیمه 1 را به دست آورد و نیز برای كانالهای آبیاری با بستر شن و ماسه رابطه زیر را ارائه كرد. (9-2)- D75= بر حسب mm :بر حسب پوند پرفوت مربع چگالی ذرات 26 فرض شده استلین همچنین اولین كسی بود كه نیروهای وارد بر ذره در بدنه كانال را مورد تجزیه و تحلیل قرارداد. وی برای ساده كردن مسأله فرضهایی به شرح زیر ارائه كرد.1- x = 0 ( حركت یكنواخت آب به طوری كه سطح آب موازی باشد.2-fl را در جمع نیروها منظور نكرد.3-ذره در شروع حركت می لغزد.و در نهایت معادله لین به صورت زیر ارائه شد: (برای بدنه كانال ) (10-2)- : تنش برش بحرانی برای یك ذره در روی بذر :تنش برش بحرانی برای یك ذره در روی بستر كانال : زاوبه ایسنائی : زاویه شیب بدنه 5- روش بحرانی سرعتدر این روابط از سرعت جریان بجای تنش برشی استفاده شده است. این روابط عمدتاً بر اساس تجزیه و تحلیل آنالیز ابعادی و استفاده از داده های تجربی بیان شده است. (11-2)- : سرعت جریان در نزدیكی های بستر: :جرم مخصوص رسوب : جرم مخصوص سیال :اندازه متوسط ذرات : ضریب ثابت كه برای بدست آوردن آن از روشهای زیر استفاده می كنیم. 6- رابطه Berry:بری برای ذره در بستر كانال رابطه زیر را به دست آورد. (12-2)- : بر حسب اینچ : بر حسب فوت در ثانیه در این آزمایشات چگالی ذرات 265 می باشد. 7- ابطه Mavis و LAushy : بر حسب میلی متر (13-2)- : بر حسب ft/sرابطه Garde و Raju (14-2)- 8- روش استراب:از تركیب روابط شیلدز ، مانینگ و استریكلر رابطه زیر به دست آمد. (15-2)- 9- روش نیل: (16-2)- 10- روش بوگاردی: (17-2)- 11- روش ماینورد: (18-2)- این رابطه برای ذرات سنگی واقع در بستر كانال نوشته شده است. 12- روش بروكنز:در آنالیز لین فرض شده كه خطوط جریان موازی افق می باشد ولی چنانچه خطوط جریان افقی نبوده و با آن زاویه را بسازند. رابطه زیر توسط بروكنز نوشته شد: (19-2)- : زاویه خطوط جریان با افق13- روش اگیازاروف:این روش بر خلاف روش شیلدز برای رودخانه ای با مصالح غیر یكنواخت كاربرد دارد. بدین منظور :1- ابتدا منحنی دانه بندی را به چند قسمت تقسیم (چند دامنه) می كنیم. 2- برای هر دامنه اندازه ای را كه معرف آن دامنه باشد تعیین می كنیم (Di)3- اندازه میانه مصالح را بدست می آوریم (Dm) (20-2)- بدین منظور ابتدا منحنی دانه بندی را به چند قسنت تقسیم كرده و از رابطه زیر Dm را محاسبه می كنیم. Dm: اندازه میانه ذراتDi: اندازه متوسط هر قسمتPi: درصد ورزنی مصالح در هر قسمت 4- از دیاگرام شیلدز، پارامتر شیلدز بحرانی مربوط به Dm به به دست می آوریم.5- پارامتر شیلدز بحرانی مربوط به هر یك از اندازه های Di را از رابطه زیر بدست می آوریم. (21-2)- : پارامتر شیلدز بحرانی برای اندازه میانه مصالح (Dm) : پارامتر شیلدز بحرانی برای هر اندازه Di در مخلوط 14- ورش وانگ:این روش نیز مانند روش اگیازاروف برای رودخانه ای با مصالح غیر یكنواخت نوشته شده است. و به همان طریق بدست می آید بجز دو قسمت آخر كه بجای فرمول اگیازاروف از روابط وانگ كه به صورت زیر می باشد استفاده می كنیم: if (22-2)- if (23-2)- پارامترهای فوق با پارامترهای روش اگیازاروف یكسان می باشد. 15- روش میچالیك: در این روش نیز بجای رابطه اگیازاروف از رابطه زیر استفاده می شود: (24-2)- 17- روش استیونس:در این روش با این استدلال كه چون ذره وافع در بذر كانال در لحظه آستانه حركت، حول محور حركت تمایل به چرخیدن و نه لرزش دارد، روشی را ارائه كردند كه تأثیر كلیه نیروهای وارد به ذره و همچنین حالتی كه سطح آب نیز افقی نباشد منظور گردیده است.18- تئوری وایت:در این تئوری تنها نیرویی كه باعث غلطیدن می شود نیروی رانش و نیروی مقاوم در مقابل حركت نیروی وزن اشباع ذره می باشد. در این حالت یك ذره هنگاهی تعادل خود را از دست می دهد كه از زاویه بیشتر چرخیده باشد. وایت بر اساس مشاهدات خود رابطه زیر را ارائه كرد (25-2)- برای جریانات و رقه ای (26-2)- 19- روش كالینسكی: در این روش نكته مهم این است كه در نزدیكی ذره، تنش برشی متناسب است با مجذور سرعت در نزدیكی ذره یعنی بنابر این ممكن است یك ذره شروع به حركت كند، هر چند كه از نظر متوسط تنش برشی موجود كمتر از تنش یحرانی می باشد، كالینسكی رابطه زیر را برای تنش بحرانی پیشنهاد كرد: (27-2)- 20- تحقیقات فورتیر و اسكوبی:این مطالعات به منظور تعیین پیشینه مقدار مجاز سرعت متوسط در آبراهه های مختلف انجام شد 21-روش گاورز:گاورز بر طبق نمودار شیلدز نمودار اصلاح شده ای را در سال 1987 ارائه كرد كه در شكل 3ازضمیمه1 آمده است.22- روش الیور:به منظور محاسبه اندازه سنگ مورد نظر برای محافظت بدنه پائین دست سدهای خاكی در هنگامیكه ممكن است آب از روی سد عبور كند، لازم است تا شرایط آستانه حركت در كانال یا شیب تند معلوم شود. بدین منظور و برای آستانه حركت در بستر كانالهایی كه شیب تند دارند از روابط زیر استفاده می شود. (28-2)- : دبی جریان در واحد عرض در شرایط آستانه حركت K: ضریبی است كه مقدار آن درروش الیور از فرمول زیر به دست می اید به دست می آید. k=cosa(tanb-tana) -(29-2) S: شیب كانال C: ضریبی است كه مقدار آن از آزمایشگاه بدست می آید الیور با انجام آزمایشات متفاوت به روی مصالح شن و قلوه، رودخانه ای با اندازه 63/0 تا 01/1 اینچ و مصالح شكسته به اندازه 5/0 تا 3/2 اینچ و بكار بردن شیب كانال از 1 (عمودی) بر 5 (افقی) تا 1 (عمودی) به 5/12 (افقی) رابطه زیر را ارائه كرد. برای مصالح شكسته (30-2)- (31-2)- q: D50: inch23- روش استیونس و همكاران برای مطالعه آستانه حركت در بستر با شیب تند:بدین منظور می توان از رابطه مربوطه برای محاسبه دبی بحرانی در كانالهایی با شیب تند استفاده كرد مشروط بر اینكه C از رابطه زیر بدست آید. (32-2)- np: نسبت تخلخل و مصالح بسترk: از رابطه زیر بدست می آید (33-2)- 24- روش شفایی:در این رابطه K از رابطه زیر بدست می آید (رابطه اولریچ) و مقدار 423/0= C اختیار می شود كه در نتیجه جواب به حاصل داده های آزمایشگاهی است و همكاران نزدیك است. همچنین این رابطه به صورت زیر بیان می شود. (34-2)- 25- تحقیقات هلستروم:با توجه به مشكل بودن اندازه گیری سرعت در آب در كف كانال هلسترم مطالعات خویش را بر پایه سرعت متوسط جریان قرارداد و سپس برای كانالهایی با عمق آب حداقل m1 شكل 5ازضمیمه1 را ارائه كرد. این شكل رابطه بین اندازه ذرات و سرعت متوسط جریان را برای سر وضعیت فرسایش، انتقال رسوب و رسد بگذاری نمایش می دهد.در یك عمق بخصوص می توان رابطه مابین سرعت مجاز و قطره ذره را از شكل تعیین كرد و چنانچه لازم باشد در عمقهای دیگر نیز می توان ضریب تصحیحی را با مساوی در نظر گرفتن تنشهای بحرانی درد و عمق مختلف بدست آورد. بدین منظور ضریب تصحیح k از رابطه زیر بدست می آید. (35-2) – 26- روش وانونی:نتایج تحقیقات مختلف در مورد رابطه بین سرعت بحرانی و میانگین اندازه ذرات توسط وانونی به منظور طراحی كانالهایی با جداره های پایدار در شكل 6از ضمیمه 1 ارائه شده است.27- روش میر- پیتر و مولر:این رابطه جهت تعیین میزان بار بستر ارائه شده كه می توان اندازه ذرات رسوبی را كه در آستانه حركت رسوب جابجا می شوند به صورت زیر ارائه كرد. (36-2)- S: شیب طولی آبراههD: متوسط عمق جریان K1: عدد ثابت ( در سیستم انگلیسی 019 و در سیستم متریك 0058)N: ضریب زبری مانینگ در كف آبراههD90: اندازه ذره ای از مصالح بستر كه 90% وزنی دانه های بستر از آن بندازه كوچكتر باشند.D: اندازه ذرات رسوبی در لایه محافظ 28- روش U.S.B.R:در این روش برای طراحی كانالهای پایدار رابطه ای بین تنش برشی بحرانی و متوسط قطر دانه های رسوب پیشنهاد شد كه در شكل7 ازضمیمه 1 ارائه شده است.(2-3)- محاسبات اندازه حركت برای رودخانه سیستان شروع حركت وقتی صورت می گیرد كه سرعت برشی از سرعت برشی بحرانی بیشتر می شود.جدول زیر داده های اولیه مربوطه را نشان می دهد.جدول 1 : داده های اولیه مربوط به رودخانه سیستان[7]دبی عمق m تنش برشی بستر سرعت برشی بستر cm/s سرعت متوسط cm/s63 2/1 030/0 40/5 4/63173 2/2 055/0 30/7 3/93379 5/3 088/0 30/9 4/124600 59/4 115/0 6/10 6/146 با استفاده از دیاگرام گسلروسایرروشهای موجود حداكثر قطر ذرات، رسوبات قابل حركت در بستر كانال سیل بر محاسبه شده است و در جدول 2 ارائه شده است. جدول 2آبگذر m3/s شیلدزگسلر لیو بوگاردی ایگیازارو ف هیل ین و بوگاردی دانشگاه بوداپست63 9/3 5/6 9/3 8/2 6/3 3/5 4173 7 12 1/7 2/5 8/5 5/12 1/9379 5/11 2/19 4/11 2/8 8/8 6/23 8/16600 7/14 1/25 8/14 8/10 6/11 0/34 8/23 نیل گنچاروف اشترآب رونتر لین1 5/1 5/0 ¼ 01/0½ 3/3 2/1 7/8 5/16/3 1/6 4/2 2/15 55/5 6/8 4/3 21 2/6 با استفاده از فرمول Liu برای شرایط آستانه حركت بصورت:(37-2)- 457 Da =تنش بحرانیقطر ذرات قابل كنده شدن محاسبه می شود.به ازاء آبگذرm3/s 63 تنش برشی بر اساس جدول 1 به دست آمده و با استفاده از فرمول فوق Da محاسبه می شود.003=457 Da Da=6.5از تئوری های دیگری هم استفاده شده كه نتایج حاصله در جدول آمده است. ارقام به دست آمده از تئوری گنچاروف در ستون مربوطه ارائه شده است. رابطه گنچاروف: (38-2)- D: قطر رسوب mm D: عمق جریان mUac: سرعت متوسط رابطه اشتراب:Uac=75.97 . (39-2)- رابطه رونتر:Uac=115.575 -(40-2) همانگونه كه از جدول استنباط می شود نتایج حاصل از روشهای مختلف پراكندگی زیادی دارند و این امر طبیعی است. زیرا هیچیك از این شرایط جامع و كامل نیست و هر كدام تحت شرایط خاصی صادق هستند. ولی می توان یك نتیجه مهم را استنباط كرد كه فرسایش در جریانات بالا رخ می دهد و اندازه های محاسبه شده از اندازه رسوبات موجود بزرگتر هستند. تئوری هلسترومطبق این تئوری اندازه ذرات طبق جدول زیر آمده است.تئوری هلستروم جدول3آبگذر سرعت متوسط قطر رسوبات بدون حركت حركت بصورت بار بستر فرسایش63 63/0 > 10 4 تا 10 > 4173 93/0 16> 7 تا 16 > 7379 24/1 28 > 13 تا 28 > 13600 47/1 60 > 22 تا 60 > 22 (1-3)-1منحنی دانه بندی:مصالح رودخانه ای دارای اندازه های متفاوتی هستند. برای مشخص كردن اندازه این ذرات آنها را از تعدادی الك كه روی هم قرا رگرفته اند عبور می دهیم و سپس با داشتن وزن كل خاك و وزن میزان باقی مانده بر روی هر الك می توان منحنی دانه بندی را كه روی یك كاغذ نیمه لگاریتمی رسم می شود بدست آورد بدین ترتیب كه محور x مشخصه اندازه ذرات و محور y ها معرف درصد ریزتر یا عبوری از هر الك می باشد. با توجه به منحنی فوق می توان پارامترهای زیر را محاسبه كرد:1- ضریب یكنواختی: (cu) (1-3)خاك یكنواخت if cu < 4خاك غیر یكنواخت cu > 4 if منظور از خاك غیر یكنواخت خاكی است كه از مخلوط ذرات با اندازه های متفاوت تشكیل شده باشد.2- اندازه متوسط ذرات:عبارتست از اندازه ذره ای كه بر 50% وزنی مصالح از آن كوچكتر هستند.3- اندازه میانه ذرات: اگر منحنی دراز بندی را به چند قسمت تقسیم كنیم: (2-3)- : درصد وزنی مصالح در هر قسمت : اندازه متوسط هر قسمت 4- اندازه متوسط هندسی (3-3)- D16 و D84 : اندازه ذره ای كه به ترتیب 16 و 84 درصد وزنی و صالح از آن كوچكتر است.5- انحراف معیار هندسی (3-4)- از می توان به عنوان شاخصی برای یكنواختی یا غیر یكنواختی ذرات نیز استفاده كرد. چنانچه اگر مصالح سبز یكنواخت است رسوبات غیر یكنواخت است : انحراف معیار هندسیاگر مصالح رودخانه ای دارای تئوابع نرمال باشد در اینصورت : (5-3)- (6-3)- (7-3)- (8-3)- عبارتند از اندازه ذره ای كه به ترتیب 10، 16، 50، 60، 84، 90 درصد (وزنی) ذرات كوچكتر از آن اندازه باشد. دانه بندی رسوبات معلق و رسوبات بستر رودخانه سیستان متفاوت هستند. رسوبات بستر از همان نوعی است كه بستر رودخانه را تشكیل می دهد و در حقیقت در آن تناسبی بین بستر رودخانه و رسوبات بار بستر وجود ندارد و مرتباً تبادلی بین این دو صورت می گیرد و می توان با نمونه برداری از بستر رودخانه منحنی دانه بندی بار بستر را اندازه گرفت.از بستر رودخانه سیستان در جلوی دهانه آبگیر نمونه برداری شده و دانه بندی آن در شكل 1ازضمیمه 2 نشان داده شده است. باید توجه نمود كه این دانه بندی در تمام طول رودخانه یكسان نیست و به سمت پایاب مرتباً كوچكتر می شود به نحوی كه می توان رابطه زیر را برای آن در نظر گرفت. (9-3)- : یك قطر معروف در ابتدای رود به سیستان D: مقدار همان قطر در فاصله L از ابتدای رود سیستان L : مسافت : ضریبی كه با استفاده از مشخصات دانه بندی مصالح بستر رودخانه در پائین دست تعیین می گردد. (10-3)- بر اساس این مشخصات اصلی رسوبات بار بستر عبارتند از جدول 1[9] ابتدای رود سیستان بالا دست سد زهكمحدوده اندازه (mm) 1 تا 06/0 84/0 تا 06/0قطر متوسط 17/5 14/0قطر 50% 16/0 13/0قطر 135% 13/0 12/0قطر 90% 24/0 20/0 در جدول 2از ضمیمه 2 توزیع قطر ذرات بستر دربازه های مختلف آمده است.در مورد رسوبات معلق هم آزمایشات دانه بندی انجام نشده است اما با توجه به اینكه رسوباتی كه در مخازن چاه نیمه ته نشین شده رسوبات ریز دانه بار معلق رودخانه سیستان هستند می توان با این فرضیه دانه بندی رسوبات معلق را نیز به دست آورد.بطوریكه از دانه بندی رسوبات كف مخازن چاه نیمه اسنباط می شود میانگین قطر ذرات به غیر از چند مورد استثنائی زیر میكرون هستند. البته رسوبات نمونه برداری شده از مدخل دهانه كانال ورودی دارای اندازه بزرگتری هستند كه گمان می رود مربوط به بار بستر نیز باشند. همچنین نمونه برداری ها نشان داد كه قطر رسوبات موجود در مخازن شماره 2 و 3 و قسمت اعظم مخزن شماره یك در حد ماسه بادی می باشد كه قبلاً از طریق باد و در اثر فرسایش تپه های شنی ایجاد شده و یا در واقع ذراتی هستند كه قبل از بهره برداری از مخازن در این محل انباشته شده و بخصوص در دریاچه های 2 و 3 هنوز توسط رسوبات ریزتر حمل شده بوسیله آب پوشانده نشده اند. آبهای حاوی بار رسوبات معلق كانال ورودی علی الخصوص در برخورد با توده آب صاف محزن شماره یك و از بین رفتن سرعت جریان، ذرات معلق خود را در همین قسمت مخزن برجای می گذارند.شكل 2ازضمیمه2 نشان دهنده منحنی دانه بندی رسوبات معلق می باشد. (2-3)-روشهای محاسبه میزان رسوب(1-2-3)-تعاریف:بار بستر:به رسوباتی كه روی بستر كانال در حركت هستند بار بستر گوینددبی بار بستر:مقدار حجم بار بستر عبوری از یك سطح مقطع مشخص در واحدزمان و به آن قسمتی از دبی كل رسوب كه مشتمل بر ذراتی است كه در كف رودخانه یافت می شود دبی مواد بستر گوئیم. دبی مواد بستر معادل با ظرفیت حمل رسوب رودخانه است.بار مواد خیلی ریز با آبرفتی:قسمتی از دبی كل رسوب كه ریزتر از مواد كف بستر هستند و در آب معلقند.بار رسوب:رسوباتی كه توسط جریان در حركتند.دبی رسوب:مقدار حجم كل رسوباتی كه از واحد سطح در واخد زمان عبور می كنند. رسوبا ت حمل شده در سال:كل رسوب خارج شده از حوضه آبریز در سال.دبی كل رسوب:به مجموع بار معلق و بار بستر گویند.(2-2-3)-روشهای تعیین بار بستر:1- معادله دوبولیاین معادله فرض می كندكه رسوبات بستر به صورت لایه ای بر روی هم حركت می كنند كه در این حالت لایه رویی دارای بیشترین سرعت می باشد. رابطه دوبولی به صورت زیر است: (11-3)- (12-3)- : ضریب فرمول دوبولی بر حسب : بار بستر : سرعت لایه دوم : ضخامت هر لایه : تنش بررسی بحرانی برحسب : اندازه متوسط ذرات بر حسب mm2-رابطه کیسی:این روش بر مبنای داده های آزمایشگاهی استوار است. کیسی دو رابطه زیر را اراده كرد:1- بستر ماسه ای یكنواخت: (13-3)- (14-3)- : اندازه میانه ذرات رسوبی بر حسب mm3-رابطه شیلدز: شیلدز رابطه بدون بعدی به صورت زیر را ارائه كرد كه می توان از آن در هر سیستمی استفاده كرد. (15-3)- : اندازه متوسط ذرات : تنش برشی بستر : شیب خط انرژی : تنش برشی بحرانی كه از دیاگرام شیلدز به دست می آید : دبی جریان در واحد عرض كانال : بار بستر كه به صورت حجمی محاسبه می شود.این رابطه بر اساس داده های آزمایشگاهی به دست می آمد.4-رابطه میر – پیتر: (16-3)- : بر حسب فوت : بر حسب 5-معادله شوكلیچ:در این روش بجای استفاده از تنش برشی بحرانی از دبی استفاده شده است. دبی بحرانی دبی است كه تحت آن مواد بستر در آستانه حركت قرار می گیرند، این فرمول بیشتر برای رودخانه های شنی كاربرد دارد. شوكلیچ روابط زیر را ارائه كرد. الف:در سیستم انگلیسی: (17-3)- :‌اندازه ذرات رسوبی بر حسب فوت : درصدی از ذرات رسوبی به اندازه : دبی جریان در واحد عرض رودخانه بر حسب : بار بستر بر حسب : از فرمول زیر به دست می آید: (18-3)- اگر بخواهیم بار بستر را برای رودخانه ای به عرض B بر حسب تن در روز حساب كنیم از رابطه زیر استفاده می كنیم. (19-3)- ب:در سیستم متریك (20-3)- : بر حسب : بر حسب : بر حسب : 5-فرم تكمیل یافته میر – پیتر و مولر:این روش بر اساس مطالعات آزمایشگاهی بدست آمده و در رودخانه هایی استفاده می شود كه بار بستر دارند و بار معلق آنها ناچیز است. این رابطه به صورت زیر است. (21-3)- : نرخ انتقال بار بستر در واحد زمان، در واحد عرض آبراهه، دبی وزنی رسوب (ton/sec/m) : اندازه میانه ذرات : درصدی از ذرات كه دارای اندازه می باشند. : در این رابطه بخشی از شیب خط انرژی كل می باشد كه بر اثر مقاومت دانه ها در برابر جریان به وجود می آید و در حركت بار بستر مؤثر است و از رابطه زیر به دست می آید: R : شعاع هیدرولیكی (m)S : شیب خط انرژی : جرم مخصوص آب : به ترتیب وزن مخصوص رسوب و آب برای بدست آوردن از دیاگرام مودی استفاده می شود. رابطه میر – پیتر و مولر ارائه شده توسط bvBr: (22-3)- : نرخ انتقال بار بستر : دبی جریان آبكه حمل و نقل مواد بستر را تعیین می كند. : دبی كل جریان : عمق متوسط : شیب خط انرژی : توسط VSBR به صورت زیر معرفی شده است.الف:برای كانال های مستطیل شكل (23-3)- كه در آ‌ن (24-3)-( ب:برای كانال های ذوزنقه ای (24-3)- كه در آن (25-3)- در این روابط : ضریب زبری كل مقطع : ضریب زبری بستر : ضریب زبری بدنه رودخانه : شیب بدنه كانال 6-روش كالینسكی: كالینسكی با بدست آوردن رابطه زیر شكلی رسم کرد كه با توجه به آن مقادیر ، ، و می توان مقدار را بدست آورد. (26-3)- : از رابطه به دست می آید. : متوسط اندازه ذرات : سرعت برشی : دبی رسوب (بار بستر) در واحد عرض آبراههشكل 3ازضمیمه2 نشان دهنده معادله بار بستر كالینسكی می باشد. 7-روش چانگ، سایمونز و ریچاردسون:این دانشمنمدان در سال 1967 معادله بار بستر را به صورت زیر ارائه كردند: (27-3)- : ضریب ثابت : زاویه ایستایی دانه های رسوبی غوطه ور : ضریبی است كه بر اساس نتایج آزمایشگاهی به دست می آید و آنرا می توان از شكل 4ازضمیمه2 به دست آورد. بكار رفته در شكل 4ازضمیمه2 كمی بزرگتر از دانه های بستر است.8-رابطه دونات:دونات در سال 1929 با فرض یكسان بودن ضریب شزی در عمقهای نرمال و بحرانی رایطه زیر را ارائه كرد: (28-3)- : ضریب زبری شنزی : وزن مخصوص آب : به ترتیب سرعت متوسط و سرعت بحرانی در آستانه حركت :ضریب ثابتی است که از شکلهای ارائه شده توسط دونات بدست می اید ادامه خواندن مقاله بررسي و مقايسه مدلهاي رسوبي و انتخاب يك مدل رياضي براي رودخانه

نوشته مقاله بررسي و مقايسه مدلهاي رسوبي و انتخاب يك مدل رياضي براي رودخانه اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.