پژوهش: دانلود پروژه رشته محیط زیست درمورد وقوع سيلاب و آثار مخرب آن – قسمت اول

ساليان متمادي می باشد بشر در تقابل با پديده هاي طبيعي بوده و همواره در معرض خطرات ناشي از وقوع پديده هاي زيانباري نظير سيل قرار داشته می باشد. در حال حاضر نيز سالانه خسارات مالي و جاني فراواني بر اثر بروز سيلابهاي عظيم به مردم وارد مي گردد. به گونه مثال وقوع سيلاب در 12 استان كشور طي بهمن ماه سال 1371 باعث قرباني شدن بيش از 220 نفر و خساراتي بالغ بر دهها ميليارد ريال گرديد (1).

مسئله مهم ديگري كه همزمان با حركت آب و وقوع سيلابها رخ مي دهد. حركت ذرات خاك از سطح حوضه هاي آبخيز و ورود اين ذرات به مجاري طبيعي همچنين جابه جايي اين ذرات در طول
رودخانه ها از نقطه اي به نقطه ديگر مي باشد كه اثرات جنبي و مضاعف بروز سيلابها محسوب گرديده و موجب روبگذاري يا فرسايش و تغيير در تراز بستر رودخانه و در نتيجه تغيير در تراز سطح آب مي گردد. افزايش تراز بستر و بالا آمدن كف منجر به كاهش ظرفيت مجاري طبيعي شده. همچنين پر شدن مخازن سدها و كانالهاي آبياري از رسوب از ساير عوارض آن مي باشد. بنابراين پيش بيني تراز سطح آب با در نظر گرفتن مسئله رسوب در مجاري طبيعي از اهميت خاصي برخوردار می باشد. تغييرات بستر رودخانه ها كه به دو صورت بالا آمدن بستر (Aggradation) و كف كني (Degradation) می باشد يكي از پديده هاي مهم مهندسي رودخانه مي باشد. اين امر زماني بوجود
مي آيد كه كه وضعيت تعادلي پارامترهاي مختلف رودخانه تحت شرايطي بهم بخورد. مقصود از پارامترهاي مذكور، دبي جريان، دبي رسوبات، مقطع و سيب رودخانه و اندازه مواد بستر مي باشد. شرايطي كه باعث بهم زدن اين تعادل مي باشد ممكن می باشد طبيعي و يا توسط بشر باشد. مسائل فوق علاوه بر اينكه باعث تغيير رژيم رودخانه مي گردد سبب خواهد گردید تا سازه هاي هيدروليكي اطراف رودخانه نيز در مخاطره قرار گيرند.

پيش بيني شرايطي كه تحت آن شرايط، بالا آمدن يا كف كني بستر رودخانه به وجودمي آيد. همچنين تعيين ميزان آن، در نتيجه چگونگي تاثير آن بر شرايط هيدروليكي رودخانه موضوعي می باشد كه از ديرباز مورد توجه مهندسين هيدورليك قرار گرفته می باشد. روشهاي مختلفي نيز پيشنهاد گرديده می باشد. تعدادي از اين روشها با بهره گیری از فرضيات متعدد و بكار گيري اصول حاكم بر حركت نخستين ذره (Incepient Motion) به وجودآمده اند و روابط جبري نسبت ساده اي را تشكيل مي دهند كه در آن پروفيل نهايي بستر را بدست مي دهند. تعداد ديگري از روشها با بكار بردن فرضيات كمتري و بكار بردن معادله پيوستگي رسوب منجر به پيدايش معادله اي مي گردد كه با حل آن مي توان تغييرات بستر رودخانه را نسبت به زمان پيش بيني نمود.

بطور كلي روابط حاكم بر حركت جريانهاي سيلابي و جريان در مجاري فرسايش پذير معادلات جريان غير ماندگار موسوم به معادلات Saint Venant مي باشند. از آنجا كه تاثير متقابلي بين تغييرات بستر و شرايط هيدورليكي جريان هست در رودخانه هاي آبرفتي علاوه بر حل همزمان معادلات مذكور شامل: 1- معادله پيوستگي جريان (معادله بقاء جرم سيال)                   Continuity Equation            

2- معادله ممنتم (معادله بقاء اندازه حركت)                                      Mcmentum Equation

لازم می باشد معادله پيوستگي رسوب (Sediment Continuity Eqution) نيز حل گردد. همچنين به دو معامله كمكي جهت برآورد ظرفيت حمل رسوب رودخانه و تعيين شيب خط انرژي نياز مي باشد. از قديميترين مدلهايي كه در اين ارتباط به وجودآمده مدل HEC-6 مي باشد كه در سال 1977 توسط اداره مهندس ارتش امريكا تهيه گرديده می باشد. در اين مدل آغاز پروفيل سطح آب با بهره گیری از معادله انرژي محاسبه مي گردد ( در اين قسمت مدل رياضي پيش بيني پروفيل سطح آب بر اساس جريان متغير تدرجي براي كانالهاي غير فرسايشي موسوم به HEC-2 مي باشد) و براي هر فاصله زماني با بكار بردن معادله پيوستگي رسوب و يك ارتباط تجربي براي محاسبه ميزان رسوب حمل شده، پروفيل بستر را محاسبه مي كند. مدلهاي ديگري هم سپس از آن به وجودآمده اند كه اكثراً به صورت
بسته هاي نرم افزاري به بازار عرضه شده اند.

مدل تهيه شده در اين پايان نامه يك مدل رياضي يك بعدي غير ماندگار براي كانالهاي فرسايش و غير فرسايشي می باشد كه معادلات كامل جريان غير ماندگار و معادله پيوستگي رسوب را بطور همزمان و با بهره گیری از روش عددي حل مي نمايد.

روشهاي عددي شامل روش تقاضاي محدود و روش المانهاي محدود می باشد ولي روش تقاضاهاي محدود كاربرد بيشتري دارد. در روش تقاضاهاي محدود. معادلات ديفرانسيل جزيي حاكم با بهره گیری از
شم هاي (Schemes) ديفرانسيل به معادلات جبري تبديل مي شوند. اين شم ها متفاوت بوده و كاربرد آن ها در يك مسئله خاص ممكن می باشد مزايا و معايبي را به همراه داشته باشد.

مسئله مهمي كه در حل معادلات حاكم هست مسئله كوپلينگ (Couqling) بين معدلات جريان و رسوب می باشد. مقصود از كوپلينگ در نظر گرفتن تغييرات در كليه متغيرها در محاسبه مقدار نهايي هر متغير وابسته می باشد و اين كار با بهره گیری از شم دو مرحله اي پيش بيني و تصحيح ميسر شده می باشد. در هر مرحله معادلات مذكور بطور همزمان حل مي شوند. به عبارت ديگر در صورتي كه معادله پيوستگي رسوب بعد از حل كامل معادلات جريان حل مي گردید كوپلينگ ايجاد نمي گرديد. بنابراين مدل حاضر يك مدل كوپل شده مي باشد. ضمناً كوپلينگ بين معادلات باعث افزايش پايداري مدل نيز مي گردد. كاربرد روشهاي كوپل نشده در شرايطي كه شيب كف زياد باشد منجر به بروز ناپايداري عددي
مي گردد و جهت ايجاد پايداري بايستي از عمليات سعي و خطا در هر گام زماني بهره جست ولي در مدل حاضر نيازي به سعي و خطا نيست و مدل از پايداري خوبي برخوردار می باشد و همين امر زمان اجراي مدل را به شدت كاهش مي دهد. همچنين كاربرد شم صريح مك.

تعاريف

  • جريانهاي ماندگار و غير ماندگار (Steady And Unsteady Flow):

جرياني ماندگار ناميده مي گردد كه عمق، دبي و سرعت متوسط جريان در هر مقطع نسبت به زمان تغيير نكند و در صورتي كه پارامترهاي مذكور نسبت به زمان تغيير نمايند جريان غير ماندگار ناميده مي گردد. به عبارت ديگر مشخصات جريان هاي پايدار بصورت زير مي باشد:

                        و            و      

h : عمق

v : سرعت

q : دبي

2-3-مدل سازي (Modelling ) :

به مقصود شبيه سازي پديده هاي طبيعي اقدام به تهيه مدل مي گردد. هدف از ايجاد مدلها، فراهم کردن امكان مطالعه و بررسي پديده هاي مهندسي می باشد. چرا كه غالباً مطالعات بخاطر پيش بيني و بيان كميت و رفتار يك پديده می باشد. مثلاً پيش بيني تاثيرات سيلاب به لحاظ افزايش تراز سطح آب در رودخانه ها يا تغييرات پروفيل بستر رودخانه اثر فرسايش يا رسوبگذاري در شرايط اجراي طرح اهميت داشته و قبل از اجراي طرح بايستي انجام گيرد.

2-3-1- انواع مدلها:

مدلها بر دو نوع هستند:

  • مدلهاي فيزيكي
  • مدلهاي رياضي

بطور كلي به علت هزينه هاي سنگين و مشكلات تهيه مدلهاي فيزيكي، همچنين به دليل قابليت زياد و امكان بررسي حالات متعدد توسط مدلها رياضي، سعي مي گردد تا حد امكان با بهره گیری از مدلهاي رياضي كار پيش بيني انجام پذيرد، البته در شرايط خاص و بسته به اهميت پروژه ممكن می باشد تهيه مدل فيزيكي نيز ضرورت يابد.

2-3-2- مدلهاي رياضي :

مدل رياضي مجموعه اي از عبارات رياضي می باشد كه در برگيرنده اصول فيزيكي حاكم بر پديده مي باشد. بطور مثال مدل رياضي در هيدروليك داراي عبارات رياضي می باشد كه بر اساس شرايط تعادلي نيروها و قانون بقاء انرژي و جرم و غيره نوشته شده اند. عبارات رياضي ممكن می باشد تحت شرايط خاص ساده شوند. كه در آن صورت، آن مدل فقط تحت همان شرايط كاربرد دارد.

مدلهاي رياضي توليد شده بسته به ميزان فرضياتي كه در ايجاد آنها بكار رفته می باشد به دو شكل شاده و پيچيده در خواهند آمد.

فرضيات كم

فرضيات زياد

حل مدلهاي ريپاي پيچيده غیر از از طريق روشهاي عددي و در اختيار داشتن كامپيوترهاي با سرعت زياد ميسر نمي گردد، ولي حل مدلهاي رياضي ساده، اگر چه حل معادلات دقيق مي باشد ولي جواب همراه با تقريب زياد و از دقت كمي برخوردار می باشد. بنابراين براي حل مدلهاي رياضي دو راه حل پيشنهاد شده می باشد.

2-4-3- انواع راه حلهاي رياضي:

1- راه حلهاي تحليلي                       Analy Tical   Soluion

2- راه حلهاي عددي                        Numical Solution

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

در راه حلهاي تحليلي معادلات ديفرانسيل پس از ساده شدن بطور مستقيم حل مي گردند ولي در راه حلهاي عددي، به علت پيچيدگي معادلات دسفرانسيل حاكم، امكان حل مستقيم معادلات وجود ندارد. معادلات حاكم بر حركت آب و رسوب در رودخانه ها شامل: سه معاله پيوستگي، حركت آب و پيوستگي جرم رسوب، مجموعه اي از معادلات ديفرانسيل جزيي و هذلولولي غير خطي

(Differential equaticns Non linear Hyperbolic Partial ) هستند و راه حلهاي عددي معادلات مذكور شامل: روشهاي عددي مستقيم (Direct Numerical Methods) و روشهاي مشخصه

(Chracteristic Methods) مي باشد. در روشهاي مشخصه، معادلات ديفرانسيل جزيي آغاز به صورت معادلات ديفرانسيل كامل درآمده سپس با بهره گیری از يكي از تكنيكهاي عددي حل مي شوند.

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

 


2-4-روش خطوط مشخصه (Characteristic Metod):

روش خطوط مشخصه يكي از روشهاي هيدروليكي حل معادلات حاكم بر جريانهاي غير ماندگار
مي باشد. اين روش از سال 1960 مورد بهره گیری قرار گرفته می باشد. در اين روش معادلات ديفرانسيل جزيي حاكم بر حركت آب آغاز به صورت معادلات ديفرانسيل كامل درآمده و سپس با بهره گیری از روش عددي تقاضاي محدود صريح حل.

رونديابي رسوب:

بسياري از تمدنهاي بشري بر روي دشتهاي حاصلخيز و آبرفت رودخانه هاي بزرگ به وجودآمده اند. از آن جمله تمدن دره نيل در مصر، تمدن بين النهرين در امتداد رودخانه هاي دجله و فرات و همچنين در امتداد رودخانه زرد چين را مي توان برشمرد. البته اين تمدنها همواره با مسائل خاص سيلاب و كنترل آن مواجه بودند، بنابراين فكر بشر به شناخت اين مسئله و راه هاي مقابله با آن متوجه گرديد و در مقاطع زماني مختلف و در حد توانايي خود براي اين مسئله چاره انديشي كرده می باشد. اين مسائل زماني پيچيده تر مي گردد كه توجه گردد جريان آب رودخانه ها در بيشتر حالات در ميان مواد س جاري بوده و جريان آب بخشي از اين مواد را با خود حمل مي كند. البته به اين نكته بايستي توجه نمود كه وقوع باران بر اراضي سطح حوضه هاي آبخيز نيز يكي از عوامل اصلي پاشيدگي خاكدانه ها و جدا شدن بخشهايي از پوسته جامد سطح زمين مي باشد. كه با تداوم بارندگي و حركت رواناب سطحي، اين مواد نيز تحت تاثير نيروي آب و ثقل به سمت مجاري طبيعي حركت نموده و وارد رودخانه ها مي كردند. بنابراين مسئله جابه جايي ذرات جامد همراه با حركت جريان آب امري مسلم مي باشد. حركت اين مواد در رودخانه ها به دو صورت اصلي مي باشد:

1- حركت به صورت غلطيدن و لغزشي – بار بستر                              Bed   load              

2- حركت به صورت معلق و غوطه ور – بار معلق                      Suspended load

برای دانلود فایل ورد متن کامل اینجا کلیک کنید

در نتيجه مشخص مي گردد كه كل بار رسوبي در حال حركت در مجاري طبيعي از حاصل جمع باربستر و بار معلق بدست مي آيد. روشهاي مختلفي براي برآورد و تعيين براي بستر و بار معلق هست كه در ادامه بحث ارائه مي گردد.

3-1-پديده كف كني و علل پيدايش آن:

زماني بستر يك رودخانه پايدار می باشد كه مشخصات هندسي و ابعاد سطح مقطع آن نسبت به زمان ثابت باشد. ظرفيت حمل رسوب يك رودخانه اصطلاحاً

3-1-1- اثرات كف كني (Effect of degradation):

پديده كف كني داراي اثرات مفيدي می باشد و اين در حالي می باشد كه ضررهاي آنرا نيز نبايستي از نظر دور داشت. بخاطر اختصار فقط به يك مزيت و يك ضرر اين پديده ذيلاً تصریح شده می باشد:

1- مزيت:

كاهش تراز بستر رودخانه بوسيله كف كني، معمولآً باعث افزايش ظرفيت و دبي جريان رودخانه جهت حمل سيلاب مي گردد.

2- ضرر:

براي يك دبي مشخص، بعلت كف كني در پايين دست سدهاي انحرافي، سطح آب ( Tail water ) پايين محدود و بعلت كاهش تراز T.W. ، جهش آبي تشكيل شده در پايين دست سد به سمت پايين دست و بيرون از حوضه آرامش حركت نموده و در بدترين حالت پرش هيدروليكي تشكيل نشده و آب با سرعت زياد وارد رودخانه شده و سلامت حوضچه آرامش كف بند و خود سد به مخاطره مي افتد.

دیدگاهتان را بنویسید