سازندهای زمین شناسی و پیشرفت تکنولوژی

دانلود پایان نامه

3-1- اندازه‌گیری در مرحله برداشت
در این مرحله با استفاده از نصب پلات‌ها، پیکه‌های مخصوص و تغییرات پروفیل طولی و عرضی خندق‌ها، مقدار خاک شسته شده از هر بارندگی قابل اندازه‌گیری است. این روش مستلزم صرف هزینه زیادی بوده و لازم است اندازه‌گیری‌ها به‌طور مستمر و در مدت زمان طولانی انجام گیرد. همچنین با توجه به خصوصیات متنوع توپوگرافی، اقلیم، نوع سازند، خاک، پوشش گیاهی و شیوه بهره‌برداری از زمین در حوزه‌های آبخیز مقدار فرسایش در نقاط مختلف متفاوت است و باید اندازه‌گیری در هر بخش به طور جداگانه انجام گیرد. پلات‌ها معمولاً با ابعاد 8/1×22 متر روی دامنه‎ها نصب می‌گردد و در پایین آن یک مخزن تعبیه می‌شود و خاک فرسایش یافته پس از هر بارندگی که منجر به هرز آب می‌گردد به داخل مخزن هدایت می‌شود. سپس با توزین رسوب آن می‌توان میزان فرسایش سطحی و در برخی موارد شیاری همچنین میزان فرسایش در طول سال را محاسبه نمود. همچنین افزون بر این می‌توان با قرار دادن پیکه‌های مدرج در بخش‌های مختلف حوزه آبخیز، ارتفاع خاک شسته شده را پس از هر بارندگی و نیز در طول سال محاسبه نمود. برای بررسی تغییرات پروفیل طولی و عرضی آبراهه‌‌ها و خندق‌ها، پس از شناسایی و مشخص کردن خندق‎ها و آبراهه‎ها نقاطی به عنوان نقاط ثابت در مسیر آنها تعیین و پس از هر بارندگی از مقاطع عرضی و طولی آنها نقشه‌برداری می‌شود و از طریق مقایسه پروفیل‌های طولی و عرضی، قبل و بعد از هر بارندگی تغییرات حاصله و با لحاظ طول خندق‎ها یا آبراهه‎ها مقدار خاک فرسایش یافته محاسبه می‌شود.
3-2- اندازه‌گیری در مرحله انتقال
به‌طور کلی مواد فرسایش یافته به‌صورت محلول، معلق و بارکف در آبراهه‌ها و رودخانه اصلی حمل می‌شوند. موادی که قابلیت انحلال در آب دارند از قبیل املاح کلسیم، سدیم و منیزیم به‌صورت محلول در آب درآمده و حمل می‌گردند. منابع تأمین کننده این مواد به‌طور عمده تخریب شیمیایی و انحلالی بعضی از مواد سازندهای زمین شناسی، چشمه‌های معدنی و آلودگی‌های شهری، صنعتی و کشاورزی است. رسوبات معدنی غیر چسبنده بدون بار الکتریکی بوده و اندازه ذرات آنها از قلوه سنگ تا حدود 62 میکرون (شن ریز) متغیر است که به علت سنگینی در ارتباط با بستر جریان بوده و تشکیل بارکف را می‌دهند. در صورتی که رسوبات معدنی چسبنده دارای بار الکتریکی بوده و اندازه آنها از 62 میکرون تا حدود 2/0 میکرون است و به‌صورت ذرات معلق توسط آب انتقال می‌یابند که با توجه به چگونگی انتقال، تشکیل بار معلق را می‌دهند.
3-3- نمونه‌برداری از مواد معلق و تعیین دبی رسوبات معلق
به منظور دستیابی به آمار دبی رسوب می‌توان مستقیماً نسبت به نمونه‌برداری از مقطع جریان اقدام نمود، به این منظور، پس از بررسی فرم هندسی بستر، ایستگاه آب‌سنجی احداث شده و به وسیله مولینه سرعت آب در نقاط مختلف افقی و عمودی از سطح آب تا بستر جریان اندازه‌گیری می‎شود و از ارتباط نقاط هم سرعت به یکدیگر منحنی‌های هم سرعت جریان مشخص ‌شده و به این ترتیب نقاط مختلف جهت اندازه‌گیری سرعت جریان و نمونه‌گیری برای تعیین غلظت رسوبات مشخص می‌شود. نمونه‌گیری رسوبات باید به‌طور روزانه انجام گیرد و در مواقعی که به هر دلیل جریان از حالت ماندگار خارج شود نمونه‌برداری افزایش می‎یابد. مثلاً در دوره‌های سیلابی باید برای تهیه آمار لحظه‌ای دبی رسوب، با بالا آمدن سطح آب نمونه‌گیری و اندازه‌گیری سرعت انجام شود. به طوری که در زمان‌های مختلف شاخه صعودی و نزولی هیدروگراف و زمان اوج سیلاب‌ها اندازه‌گیری‌های لازم انجام می‎شود و لازم به توضیح است که در زمان بروز سیلاب‌ها، به ویژه در زمان وقوع رگبارهای شدید بهتر است از نمونه‌گیرهای خودکار استفاده شود. مزیت استفاده از این نوع نمونه‌گیرها به‌دست آوردن آمار دبی رسوب مربوط به سیلاب‌هایی است که در شب اتفاق می‌افتد و عملاً دسترسی به مقطع جریان به وسیله شخص نمونه‌گیر وجود ندارد. علاوه بر این نمونه‌گیرها خودکار به ازای هر 30 سانتیمتر در عمق جریان، به‌طور خودکار در هنگام بالا آمدن سطح آب (شاخه صعودی هیدروگراف) و پایین رفتن سطح آب (شاخه نزولی هیدورگراف) نمونه‌گیری را انجام و مقادیر را ثبت می‎نمایند.
3-4-نمونه‌برداری بارکف و تعیین مقدار آن
بارکف عبارت است از ذرات رسوبی نسبتاً درشت که در تماس و در امتداد کف رودخانه به حالت لغزش، غلطش یا جهش حرکت می‌کنند. اندازه‌گیری بارکف به سادگی اندازه‌گیری مواد معلق نیست و عملاً اندازه‎گیری آن به سهولت امکان پذیر نیست. در صورت فراهم بودن شرایط و امکانات لازم می‌توان با نمونه‌برداری‌های مختلف مانند استفاده از نمونه‌بردار زنبیلی، اختلاف فشاری، چاله‌ای و یا با استفاده از هیدروفون قطر ذرات جابجا شده و شمارش تعداد آنها در واحد زمان تعیین و یا با استفاده از ردیاب‌های رادیواکتیو اقدام به اندازه‎گیری بارکف نمود. به هر حال با توجه به مشکلات زیادی که در اندازه‌گیری بارکف از طریق نمونه‌برداری وجود دارد، معمولاً برای محاسبه مقدار آن از فرمول‌های تجربی استفاده می‌شود که مقدار آن تقریبی بوده و لازم است که از طریق تجزیه و تحلیل کارشناسی نتیجه را مشخص نمود. شایان ذکر است که اصول کلی این فرمول‌ها بر مبنای میزان بارکف در واحد عرض رودخانه و میزان نیروی تنش برشی جریان آب بوده است و چنانچه خصوصیات مواد بستر، تنش برشی و تنش بحرانی لازم برای جابجایی اولیه ذرات شناخته شـود، می‌تـوان بارکـف را محـاسبه نمود .
3-5-اندازه‌گیری رسوب در محل رسوب‌گذاری
در صورتی که در پایین دست حوزه آبخیز، سد، دریاچه، برکه و یا مخزنی وجود داشته باشد مواد رسوبی در آن ته‌نشین می‌شوند. در این حالت در صورتی که حجم اولیه مخزن مشخص باشد می‌توان با اندازه‌گیری آن در دوره‌های مشخص حجم رسوبات را محاسبه و برآورد نمود. به عبارت دیگر با بررسی تغییر ظرفیت مخزن در دو زمان مختلف از طریق مقایسه پروفیل‌های عرضی برداشت شده از نقاط ثابت در زمانهای متفاوت که به روش باتیمتریک معروف است می‎توان اقدام به اندازه‌گیری رسوبات نمود. به طور معمول، برداشت پروفیل‌های عرضی توسط قایق‌هایی که دارای دستگاه عمق‌یاب هستند انجام می‎شود و با پروفیل اولیه مخزن یا پروفیل‎های قبلی برداشت‌‌شده در همان ناحیه مقایسه می‎گردد. به این ترتیب با لحاظ عمق رسوب‌گذاری در محل هر یک از پروفیل‌ها و در نظر گرفتن سطح متوسط رسوب‌گذاری در هر یک از آنها سطح متوسط رسوب‌گذاری بین دو پروفیل عرضی محاسبه شده و سپس حجم رسوب‌گذاری محاسبه می‌گردد. گفتنی است که با این روش می‌توان حجم رسوب انباشته شده در مخازن سدها را نیز محاسبه نمود.
4- برآورد فرسایش و رسوب
اندازه‌گیری و تعیین مقدار فرسایش و رسوب در یک حوزه آبخیز نسبتاً پیچیده و دستیابی به نتیجه دقیق پرهزینه می‌باشد. از طرف دیگر مقادیر فرسایش و رسوب در بخش‌های مختلف یک حوزه آبخیز به دلیل متغیر بودن عوامل مؤثر در رخداد فرسایش و حمل رسوبات یکسان نیست، بنابراین در صورت وجود ایستگاه‌های اندازه‌گیری فقط می‌توان مقدار متوسط رسوب‌دهی حوزه بالا دست ایستگاه را محاسبه نمود. در صورتی که برای برنامه‌ریزی لازم است وضعیت فرسایش و عوامل مؤثر در رخداد و تشدید آن در نقاط مختلف یک حوزه آبخیز در دسترس باشد. با توجه به مشکلات بیان شده محققین تلاش نموده‌اند تا اقدام به ارائه روابط، فرمول‌ها و مدل‌های برای برآورد فرسایش رسوب نمایند.
بدیهی است هر یک از روابط، روش‌ها و مدل‌ها که نتیجه تلاش‌های تحقیقاتی انجام شده در نقاط مختلف جهان و حوزه‌های مختلف است به سادگی به دلیل شرایط مختلف و عدم همسانی آنها با شرایط محل آنها قابل تعمیم به حوزه‌های آبخیز مشابه نمی‌باشد. در نتیجه برای استفاده از آنها ضرورت دارد از شرایط مناطق و یا مناطقی که روابط، روش‌ها و یا مدل‌ها بر اساس آنها تبیین و ابداع شده‎اند به درستی آگاه بود. زیرا در غیر این صورت نتایج نمی‎تواند قابل اعتماد باشد. فرسایش نتیجه و حاصل تاثیر متقابل مجموعه عواملی است که بر حسب شرایط حاکم در یک منطقه موجب رخداد فرسایش می‎شود به طوری که ممکن است یک یا چند عامل به عنوان عامل اصلی و تعیین کننده در یک حوزه آبخیز باشد. بنابراین برای استفاده از مدل‌ها و روش‌های مختلف برآورد فرسایش رسوب به ویژه مدل‌ها و روش‌های تجربی لازم است علاوه بر شناخت شرایط و ضرایب و مقدار ثابت آنها، اطلاعات دقیقی از مشخصات و ویژگی‌های حوزه‎های آبخیز مورد مطالعه در دسترس باشد تا بر اساس آنها و با توجه به هدف مطالعات و امکانات موجود، مناسبترین روش یا مدل که بیشترین تطبیق را با منطقه دارد انتخاب و به کار گرفته شود. بدیهی است در صورت رعایت نکات مذکور می‎توان مقدار فرسایش و یا رسوب یا حوزه آبخیز را برآورد نمود.
4-1- طبقه‎بندی انواع مدل‌های برآورد فرسایش و رسوب
مدل‌ها ما را در فهم و توصیف بهتر پدیده‎های طبیعی یاری می‎کنند و ما در تحت شرایط مختلف می‎توانیم پیش‎بینی‎های قطعی و اجتماعی انجام دهیم. زمانی ما می‎توانیم یک پدیده را درک کنیم که توصیف علمی آن را داشته باشیم (همپل 1963). به طور کلی سه ساختار برای برآورد فرسایش و رسوب ذکر شده است:
1ـ جعبه سیاه : در این مدل‌ها بین بارندگی یا رواناب و تولید رسوب رابطه برقرار می‎شود. از خصوصیات این مدل‌ها این است که در مورد چگونگی فرآیند فرسایش اطلاعی بدست نمی‎دهند و عوامل موثر در فرسایش در آنها دخالت داده نشده است. همچنین دقت آنها مورد تردید می‎باشد.
2ـ مدل جعبه سفید : در این مدل‌ها کلیه فرایندهای داخل سیستم قابل مشاهده و اندازه‎گیری است و تمامی فرایندها شناخته شده می‎باشد. مشکل این مدل‌ها نبود آمار کافی و صرف هزینه و زمان زیاد برای اجرای آنها می‎باشد

این مطلب مشابه را هم بخوانید :   حمل و نقل عمومی و معماری پایدار

3ـ مدل جعبه خاکستری : در این مدل‌ها برخی فرآیندهای سیستم فرسایش و رسوب شناخته شده و قابل اندازه‎گیری هستند و برخی دیگر شناخته شده نیستند. این مدل‌ها بیشترین کاربرد را در برآورد فرسایش و رسوب دارند و مدل‌های تجربی غالباً از این نوع هستند.
در یک طبقه بندی کلی انواع مدل‌های مورد استفاده به پنج دسته تقسیم می‎شوند:
1ـ مدل‌های تجربی : این مدل‌ها بر اساس مشاهده و اندازه‎گیری و برقراری روابط بین عوامل مختلف توسعه یافته‎اند و تنها در شرایطی که بر اساس آن شرایط تهیه شده‎اند جواب منطقی می‎دهند و در شرایط جدید باید واسنجی شوند.
2ـ مدل‌های مفهومی : این مدل‌ها براساس رابطه پیوستگی آب و رسوب توسعه می‎یابند. عوامل این مدل‌ها هم به صورت متوسط بیان می‎شوند و تغییرات مکانی در آنها تا حدودی در نظر گرفته می‎شود.

3ـ مدل‌های فیزیکی : در این مدل‌ها قوانین فیزیکی حاکم بر فرآیندها مثل قانون بقای جرم و قانون بقای انرژی به‌کار گرفته می‎شوند. واکنش‌های بین عوامل مختلف به طور دقیق در نظرگرفته شود و تغییرات مکانی و زمانی مورد توجه است. در این مدل‌ها معمولاً فرایندهای طبیعی در آزمایشگاه شبیه‎سازی شده و بعد از بررسی به طبیعت تعمیم داده می‎شوند.
4ـ مدل‌های ریاضی : این مدل‌ها سعی می‎کنند روابط بین عوامل مختلف دخیل در فرسایش و رسوب را با روابط ریاضی توجیه کنند. با پیشرفت تکنولوژی و انجام محاسبات پیچده این مدل‌ها توسط کامپیوتر، استفاده از این مدل‌ها رو به افزایش است.