مطالعه صحرائی تغییرات مکانی ضریب مسلح شدگی رودخانه های شنی و تأثیر پارامترهای هیدرولیکی بر آن

یکی از پارامترهای موثر در مطالعه و شناخت رودخانه های با بستر شنی، اندازه ذرات رسوبی بستر می باشد. بررسی و آگاهی از ساختار بستر این گونه از آبراهه ها و لایه های تشکیل دهنده آن که طیف های مختلفی از اندازه ذرات را شامل می شود، لازمه فهم پدیده مسلح شدگی بستر در رودخانه های شنی است. توسعه مسلح شدگی که به صورت اختلاف اندازه ذرات سطحی و زیرسطحی بستر مطرح می شود، عاملی کنترل کننده در انتقال رسوب و فرسایش بستر این گونه آبراهه ها در نظر گرفته می شود. از همین رو در این پایان نامه با بررسی های میدانی بر روی تعدادی از رودخانه های کشور در دو استان خوزستان و چهارمحال و بختیاری، در مجموع از 24 ایستگاه هیدرومتری در بازه های شنی 17 رودخانه نمونه برداری جهت رسیدن به دانه بندی ذرات رسوب بستر به انجام رسیده است. با توجه به ساختار بسترهای شنی، کار برداشت مواد رسوبی با استفاده از روش های نمونه برداری سطحی و حجمی با تفکیک رسوبات در سه بخش ذرات سطح بستر، لایه مسلح و لایه زیرمسلح به انجام رسیده است. دانه بندی مواد برداشت شده سطح بستر با اندازه گیری قطر متوسط ذرات و رسم توزیع فراوانی ذرات به دست آمد. برای نمونه های حجمی نیز منحنی دانه بندی با انجام آزمایش دانه بندی با الک مشخص گردید. با تقسیمd50 ذرات لایه مسلح به زیرمسلح برای هر ایستگاه مقدار ضریب مسلح شدگی محاسبه شده است که در منطقه مورد مطالعه مقداری بین 7/1 تا 9 با متوسط 81/3 بدست آمده است. تغییرات مکانی، میزان مسلح شدگی از بالادست به سمت پایین دست در امتداد آبراهه روند کاهشی داشته که نشان می دهد اختلاف اندازه ذرات رو و زیر بستر در مناطق کوهستانی و مرتفع تر بیشتر است. ضریب مسلح شدگی علاوه برآن که معرف میزان توسعه پدیده مسلح شدگی است در واقع معرف نسبت تنش برشی بحرانی برای لایه مسلح نسبت به تنش برشی بحرانی ذرات لایه زیرمسلح می تواند تعریف شود. با محاسبه دبی بحرانی ذرات در هر لایه از بستر و تعیین مقدار تداوم آن در سال با استفاده از منحنی تداوم جریان، شرایط آستانه حرکت ذرات بررسی شده است. شرط شروع فرسایش و ترازکاهی بستر رسیدن دبی جریان به حد بحرانی حرکت ذرات لایه مسلح می باشد. با محاسبه دبی لب پر برای هر مقطع و مقایسه آن با دبی های بحرانی، مشخص گردید که شرایط شکست لایه مسلح تقریباً در زمان وقوع دبی لب پر محقق می شود؛ لذا می توان دبی لب پر را به عنوان دبی غالب در نظر گرفت. بررسی پایداری مقاطع با استفاده از مفهوم هندسه هیدرولیکی موضعی و استفاده از دیاگرام b-f-m، نشان داد مقاطع عمدتاً دارای شرایط پایداری دینامیک می باشند. روابط رژیم چگونگی تغییرات مشخصات مقطع را تحت تأثیر پارامترهای مختلف بهتر نشان می دهد. روابط تجربی رژیم از نوع روابط توانی بوده که با استفاده از رگرسیون غیرخطی برآورد شده است. این روابط به ترتیب با افزایش پارامترهای مستقل از دو تا چهار پارامتر به دو صورت بابعد و بی بعد محاسبه شده است. تفاوت روابط حاصله در این مطالعه با دیگر روابط موجود از مطالعات دیگر در تفکیک ذرات در سطح بستر، لایه مسلح و زیرمسلح به صورت جداگانه و همچنین منظور کردن ضریب مسلح شدگی در این روابط بوده است. نتیجه کار نشان داد که مبنا قرار دادن ذرات در لایه زیرمسلح و همچنین منظور کردن ضریب مسلح شدگی در روابط، میزان ضریب تعیین روابط رژیم برای عرض، عمق و یا شیب آبراهه را افزایش می دهد.