تحقیق اشاره ای بر اصول نظری گسترش سیلاب 68 ص

دسته بندي : دانش آموزی و دانشجویی » دانلود تحقیق
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل :  word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 69 صفحه

 قسمتی از متن word (..doc) : 
 

‏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 ‏. impulse force‏ نیرویی است که زمان اثر آن کوتاه باشد، چون برخورد و انفجار، تعریف فیزیکی نیروی ضربه ای ‏است، که در آن F‏ نیرو برحسب نیوتن (N‏ )، کیلوگرم متر 2- ثانیه)، m‏ جرم بر واحد زمان (کیلوگرم بر ثانیه)، و V‏ سرعت برحسب متر بر ثانیه می باشد. تبدیل بدة جریان (Q‏) به m‏بدین ترتیب است :
Williams Shortley m = Qm3 S-1×1000kgm-3=1000Qkgs-1‏، 1961 ، ص ص 139 ‏–‏ 138) . فشار منتجه از این نیرو، ‏ ، محل برخورد آن با اجسام، مثلاً بندهای انحرافی وارد شده و پایداری آنها را به مخاطره می اندازه. تولید کار مایه به وسیلة مولدهای برق آبی نیز با استفاده از همین نیرو تحقق می یابد.
‏ (و فشار منتجه از آن)، و کار مایة جنبشی‏ ‏. Kinetic Enegry‏ قابلیت انجام کار در اجسام متحرک بوده و تابعی از جرم و توان دوم سرعت جسم مورد نظر می باشد، به دیگر عبارت، ‏، که در آن E‏ کار مایه برحسب ژول (کیلوگرم متر ثانیه) ، m‏ جرم بر حسب کیلوگرم، و V‏ سرعت برحسب متر بر ثانیه است. ثابت نماندن جرم سیالاتی که مطالعة اثرشان منظور نظر است سبب می گردد که تنها جرم مقداری معین از آنها در واحد زمان مورد توجه قرار گیرد. یکسان نبودن سرعت کلیة اجزاء در جرم مزبور نیز دشواری دیگر کاربرد رابطة کارمایة جنبشی است. Brater‏ و King‏ (1976 ، ص ص 9-5 : 3) ضریب تصحیح کارمایة جنبشی ، a‏ ، را برای نهرهای روباز و جریان همرو ‏ پیشنهاد کرده، لکن انتخاب آن را برابر واحد برای مسائل عملی بلامانع دانسته اند. چنانچه بدة جریان (حجم بر واحد زمان) به جرم بر واحد زمان تبدیل، و میانگین سرعت به جای V‏ به حساب آورده شود، نتیجه به صورت کارمایه بر واحد زمان، یا توان (power‏) درخواهد آمد، که واحد آن وات می باشد.
‏ 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 . Competency
‏ و ظرفیت آن برای حمل رسوب‏ . Capacity
‏ 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. ‏ ‏. همبستگی سرعت بحرانی کف نهر، که در آن دانه های سازندة بستر از جا کنده می شوند و توان ‏ وزن غوطه ور دانه ها را نخستین بار Brahms‏ ، در سال 1753، عنوان کرده است ( Graf‏، 1971 ، ص ص 14 و 86 ، به نقل از Forchheimer‏ ) .
‏ ‏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.‏ ‏. اندازة تنش برشی در محل برخورد سطح بالایی آب و بدنه های نهر، صفر، در کف نهر برابر با WDS‏ ، و در بدنه ها معادل 75/0 مقدار آن در کف نهر می باشد (Graf‏ ، 1971 ، ص 107). ظاهراً تنش لازم برای جداسازی ذرات در بدنه ها، به دلیل شیب زیاد آنها و کمک نیروی جاذبه به غلتاندن دانه ها، کمتر از همگامی است که فرسایش در کف نهر صورت می گیرد.
‏ 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 ‏ ‏. نگاه کنید به : ‏«‏تابع بار متحرک بستر برای حمل رسوب در نهرهای روباز‏»‏، تألیف H.A.Einstein‏ ، 1950، و مجموعه رسوبگذاری به ویراستاری Shen‏ ، 1972.
‏ 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 ‏ ‏. افزایش ضریب خشونت از طریق شیار زدن اراضی به موازات خطوط تراز در زراعت سیلابی، و توسعة گیاهان علوفه ای و درختکاری در مراتع، صورت می پذیرد.
‏ 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 :