تحقیق در مورد اشاره ای بر اصول نظری گسترش سیلاب

اختصاصی از یاری فایل تحقیق در مورد اشاره ای بر 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 زاییدة سرعت زیاد آنها می باشد، چه مهمترین نیروی مخربة 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 (و فشار منتجه از آن)، و کار مایة جنبشی 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 و ظرفیت آن برای حمل رسوب 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.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.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 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 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 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 ، که در سال 1971  به وسیلة Yang عرضه شده بود، به دست آمده است (همان مرجع) .

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