4973320149378

38862192263

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال ششم، شماره سوم، بهار 1396

بررسی میزان پس روی و حجم رسوب فرسایش پس رونده در مجاری با شیب تند

امیررضا سالمیان1، محمود شفاعی بجستان2*، امیر خسروجردی3، حسین بابازاده4 و حسین صدقی5

1( دانشجوی دکتری سازه های آبی؛ دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران؛ تهران؛ ایران
2*( استاد؛ گروه مهندسی آب؛ دانشگاه شهید چمران اهواز؛ اهواز؛ ایران
*نویسنده مسئول مکاتبات: m_shafai@yahoo.com
3و4( استادیار؛ گروه علوم و مهندسی آب؛ دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران؛ تهران؛ ایران
5( استاد؛ گروه علوم و مهندسی آب؛ دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران؛ تهران؛ ایران

1712976213396

تاریخ دریافت: 09/04/1395 تاریخ پذیرش: 30/05/1395

چکیده:
فرسایش پس رونده، در اثر یک تغییر ناگهانی در بستر آبراهه های با شیب تند شکل می گیرد و به سمت بالادست حرکت می کند. وقوع پدیده فرسایش پس رونده در آبراهه ها موجب گود افتادگی بستر و ناپایدار شدن سواحل خواهد شد، درنتیجه رودخانه تعریض شده و حاصل این پدیده انتقال حجم زیاد رسوب به پایین دست و مخزن سدها می باشد. در تحقیق حاضرتعداد پنج نمونه خاک چسبنده شامل رس و سیلت با درصد اختلاط متفاوت برای شیب بالادست 25 و پاییندست پنج درصد برای دبی ،سرعت و عمق های جریان مختلف مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت. میزان حجم رسوب تولید شده به صورت لحظه ای و متوسط و نرخ پس روی و نیز دبی رسوب اندازه گیری شد. از جمله پدیدههایی که در این تحقیق مشاهده شد و نقش مهمی در تولید حجم رسوب و نرخ پس روی داشت عبارتند از وقوع پرش هیدرولیکی در محل اتصال شیب تند به ملایم، در سطح خاک و افزایش شیب بستر در حین آزمایش به دلیل فرسایش بود .بر اساس نتایج به دست آمده تغییر سه پارامتر میزان درصد رس و سرعت جریان با حجم فرسایش و نیز افزایش نرخ مهاجرت رسوبات و سرعت پس روی رابطه مستقیم دارد. در حالت رس خالص با افزایش سرعت جریان به میزان 5/1 برابر، حجم متوسط فرسایش13درصد، سرعت پس روی 40 درصد و دبی رسوب 21 درصد افزایش یافت. با افزایش درصد رس به میزان 50 درصد، متوسط حجم فرسایش 12 درصد، سرعت پس روی 38 درصد و دبی رسوب 19 درصد افزایش یافت .

لغات کلیدی: حجم فرسایش؛ شیب تند؛ فرسایش پس رونده؛ فلوم؛ نرخ فرسایش

مقدمه:
فرسایش پس رونده یکی از انواع فرسایش بستر آبراه های با شیب تند می باشد که به دلیل تغییر ناگهانی بستر )وجود پرتگاه در بستر( و در زمان سیلابی اتفاق می افتد و باعث می شود تا پرتگاه به سمت بالادست حرکت کند که در نتیجه بستر آبراهه عمیق و در اثر ریزش سواحل عرض آبراهه نیز افزایش و حجم رسوب زیادی به پائین دست منتقل می شود. این نوع فرسایش با فرسایش آبکندی که بیش تر در سطح حوضه و در اثر تمرکز رواناب سطحی اتفاق می افتد متفاوت می باشد هر چند که میزان تولید رسوب در هر دو نوع فرسایش بسیار زیاد است. فرسایش آبکندی مورد مطالعه محققان مختلفی قرارگرفته است ولی در خصوص فرسایش پس رونده تحقیقات اندک می باشد.
فرسایش پس رونده )یا فرسایش خندقی( یکی از مشخص ترین انواع فرسایش در تلفات خاک است.
) 2002 ,Kukal et al.( و بیش از 60 درصد فرسایش ها در

68959078466780

سال
ششم

/

شماره
3

سال

ششم

/

شماره

3

آبراهه های با شیب تند از نوع فرسایش پس رونده
است )2002 ,.Alonso et al(. فرسایش آبکندی یکی از مهم ترین منابع تولید رسوب در مناطق خشک است ،به طوری که 50 تا 80 درصد رسوبات حاصل از فرسایش آبی را شامل می شود )2004 ,.Martinez et al(. این پدیده یک تغییر ناگهانی در ارتفاع یا شیب است که آبکند ها و دره هایی را ایجاد می کند و بسته به عوامل مختلف می توانند در محدوده ی ارتفاعی کم تر از یک اینچ تا چندین فوت تغییر نماید و به سمت بالادست حرکت کند )1960 ,Brush et al.(. جریان فوق بحرانی برای تشکیل و توسعه پدیده فرسایش پس رونده ضروری است )0991,Bryan(. Tarek Saafan وMohamed )2003( به بررسی آزمایشگاهی نرخ فرسایش آبشستگی بستر) Db( و فرسایش آبکندی (Dh) پرداختند. برای شبیه سازی فرسایش تحت جریان متمرکز از پنج نمونه خاک )لوم ،لوم رسی، لوم سیلتی، لوم ماسه ای و لوم رسی سیلتی( مختلف استفاده کردند .به منظور ایجاد تنش برشی(τ) بین مقدار کم) Pa 50/0( تا مقدار متوسط)Pa 50/2(، برای شیب های 50/1، 50/3 و 5 درصد، از نرخ جریان 78/3، 67/5، 65/7، 34/11، 12/15 لیتر بر دقیقه استفاده شد. مشاهده شد نرخ جدا شدن ذرات خاک، تابعی از شیب ،سرعت جریان، و تنش برشی است و نیز رگرسیون های غیرخطی توانی با استفاده از تنش برشی(τ)، به عنوان متغیر مستقل، در مقایسه با رگرسیون خطی ساده، پیش بینی کننده ی بهتری برای جدا شدن ذرات خاک هستند. مقدار آبشستگی بستر)Db(، برای تمام خاک ها در سرعت و جریان یکسان، حداقل چهار برابر بزرگ تر از فرسایش قهقرایی Db بود.stavi و همکاران) 2009( به بررسی اثرات شکل گیری آبکند و فرسایش پس رونده بر حاصلخیزی مراتع در بیابان های Boqer و Zipporim پرداختند. با نمونه برداری از پوشش گیاهی و تعداد گونه های گیاهی از این مناطق، دریافتند که به طور طبیعی تشکیل آبکند بر اثر تخریب اکوسیستم های خشک است و در نتیجه این فرایند، تولید اولیه پوشش گیاهی در کف دره کاهش می یابد )3002 ,Saafan and Mohamed(. Duarte و همکاران )2007( به بررسی فرسایش آبکندی در شمال شبه جزیره ایبری در )سنگ ماسه( پرداختند در مجموع 133 کانال دائمی با شواهدی مبنی بر فرسایش آبکندی در منطقه مورد مطالعه به مساحت 8/71 کیلومتر مربع در دامنه شمالی این رشته کوه نقشه برداری شده است. ناهمواری های زمین نسبتاً تند، با متوسط شیب 27 درجه است و سطح شیب تپه به طور کلی با پوشش گیاهی اقیانوس اطلس پوشیده شده است و تخریب نتیجه از بین رفتن پوشش گیاهی طبیعی پس از آتش سوزی جنگل است. پس از تحقیق دریافتند که همبستگی هایی قوی بین مورفومتری، ناهمواری و شدت فرسایش وجود دارد و نیز آبکند به شدت تحت تأثیر سنگ پوشش عمیق قرار دارد. اشکال فرسایش مشاهده شده و روابط توصیف شده نشان می دهد توسعه آبکند با فرآیندهای زمین لغزه همراه است، که در نهایت توسط حرکت آب زیر زمینی از طریق سنگ پوشش متخلخل کنترل می شود. نیروی بالاروی آب و جنگل زدایی، محتمل ترین علل فرسایش کانال و آبکند است.
Ndomba و همکاران) 2009(، سهم فرسایش آبکندی در نرخ رسوب دهی حوضه آبریز در تانزانیا را برای خاک های )ماسه ای لومی، ماسه ای رسی( برآورد کردند .مشاهده کلی نشان می دهد آبکندها از ویژگی های محلی برخوردارند و از لحاظ فضایی پیوسته نیستند و عمدتا در دامنه های کوهپایه قرار دارند. نرخ رسوب دهی برآورد شده فرسایش آبکندی 6800 تن در سال است که حدود 6/1 درصد نرخ رسوب دهی کلی بلند مدت حوضه آبریز است )2009 ,.Ndomba et al(. روش عناصر محدود خطی یک بعدی، پیش بینی های بسیار خوبی برای فرایندهای فرسایش ارائه می کند. این روش ابزاری برای توسعه بیش تر مدل پیش بینی فرسایش خاک می باشد )Yana et
2015 ,.al(. Soliemanpour و همکاران) 2008( به بررسی تولید رسوب بر اثر فرسایش آبکندی در خاک های )ماسه، رس و سیلت( جنوب غربی ایران، استان فارس پرداختند با انتخاب شش منطقه آبکندی با مساحت فرسایش یافته ی بیش از 5 کیلومتر مربع در مناطق مختلف آب و هوایی و بررسی حجم توسعه 15 آبکند با استفاده از شواهد تاریخی، نقشه های توپوگرافی، نقشه برداری و رصد میدانی و اندازه گیری فرسایش قهقرایی در آزمایشگاه مشاهده کردند که تولید رسوب به دلیل فرسایش آبکندی تحت تأثیر گرادیان شیب بالای قسمت فرسایش یافته پسرونده ،حداکثر بارش روزانه، شن و عامل شکل گیری قرار دارد .
مهم ترین عامل، شیب و کم اهمیت ترین عامل، عامل شکل گیری است .همان گونه که ملاحظه شد مطالعات آزمایشگاهی در خصوص فرسایش پس رونده بسیار محدود و تنها مطالعه آزمایشگاهی در یک آبراههی بدون شیب توسط عاشوریان و همکاران )1394( گزارش شده است. یکی از پارامترهای تأثیرگذار بر نرخ فرسایش که در این مطالعه گزارش شده است تشکیل ترکهای کششی بود. از طرفی با توجه به این که فرسایش پس رونده در آبراه های با شیب تند انجام می شود و مطالعه ای در این زمینه انجام نشده است، مطالعه حاضر انجام شدهاست. فرضیه این تحقیق بر این اصل استوار است که شیب آبراهه یکی از عوامل مهم و تأثیرگذار بر فرسایش پسرونده است، که میزان تأثیر آن در کنار عواملی چون بافت خاک و سرعت جریان، نقش به سزایی در توسعه فرسایش پس رونده دارند و مطالعه میزان تأثیر آن ها از اهداف این مطالعه است.

مواد و روش ها
برای رسیدن به اهداف این تحقیق از فلوم آزمایشگاهی به طول 12 متر، عرض و ارتفاع نیم متر در آزمایشگاه مؤسسه تحقیقات آب که مجهز به سیستم ورودی و خروجی آب و تجهیزات اندازه گیری دبی با دقت 1/0± لیتر برثانیه می باشد ،استفاده شد. طولی به مسافت سه متر به عنوان محدوده ی آزمایش مورد استفاده قرار گرفت. ابزار اندازه گیری هیدرولیکی شامل دبی جریان، سرعت جریان و عمق آب بوده است که از ابزار واسنجی شده ی آن مؤسسه استفاده گردید. ابزار اندازه گیری خصوصیات خاک نیز شامل تعیین بافت خاک و خصوصیات مکانیک خاکی نمونه ها نیز در آزمایشگاه مکانیک خاک همان مؤسسه انجام شد .ابزار اندازه گیری پروفیل بستر نیز متر لیزری بوده است که با دقت یک دهم میلی متر بوده است .البته به دلیل این که زمان فرسایش پس رونده بسیار سریع است از ابتدای هر آزمایش تا انتها با دوربین فیلم برداری می شد و سپس با استفاده از نرم افزار و دیجیتایز کردن ،تبدیل به فریم هایی در زمآن های خاصی می شد و از این طریق نیز هم زمان پس روی و میزان حجم فرسایشی و یا عمق آب نیز مجددا محاسبه می گردید. توضیح این که دیواره فلوم با استفاده از ورق های میلی متری شفاف پوشیده شده بود.
مصالح مورد استفاده رسکائولینیت و سیلت می باشند که برای سه طرح اختلاط رس خالص، رس50 درصد و سیلت 50 درصد و رس 30 درصد و سیلت 70 درصد در شیب های مختلف مورد آزمایش قرار گرفت. با تغییر میزان درصد رس در طرح اختلاط برای آزمایش ها ی مختلف تأثیر میزان چسبندگی بر فرسایش پس رونده روی شیب بررسی شد. بستر فلوم در بالادست محدوده آزمایشی به طول هشت متر توسط ذرات درشت شن پوشیده شد تا جریان تحت تأثیر زبری تا رسیدن به محدوده آزمایشی کاملاً متلاطم باشد .فلوم آزمایشگاهی در ابتدا مجهز به تلاطم گیر با بستر شنی بود.
4463398393628

سال

ششم
/

شماره

3
/
بهار

96

سال

ششم

/



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

پاسخ دهید