امروز: پنجشنبه 22 آذر 1397
دسته بندی محصولات
بخش همکاران
بلوک کد اختصاصی

بررسی سیل و خسارات ناشی از آن

بررسی سیل و خسارات ناشی از آن دسته: محیط زیست
بازدید: 6 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 64 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 47

سالیان متمادی است انسان در تقابل با پدیده های طبیعی بوده و همواره در معرض خطرات ناشی از وقوع پدیده های زیانباری نظیر سیل قرار داشته است در حال حاضر نیز سالانه خسارات مالی و جانی فراوانی بر اثر بروز سیلابهای عظیم به مردم وارد می شود به طور مثال وقوع سیلاب در 12 استان كشور طی بهمن ماه سال 1371 باعث قربانی شدن بیش از 220 نفر و خساراتی بالغ بر دهها می

قیمت فایل فقط 16,500 تومان

خرید

سالیان متمادی است انسان در تقابل با پدیده های طبیعی بوده و همواره در معرض خطرات ناشی از وقوع پدیده های زیانباری نظیر سیل قرار داشته است. در حال حاضر نیز سالانه خسارات مالی و جانی فراوانی بر اثر بروز سیلابهای عظیم به مردم وارد می شود. به طور مثال وقوع سیلاب در 12 استان كشور طی بهمن ماه سال 1371 باعث قربانی شدن بیش از 220 نفر و خساراتی بالغ بر دهها میلیارد ریال گردید (1).

مسئله مهم دیگری كه همزمان با حركت آب و وقوع سیلابها رخ می دهد. حركت ذرات خاك از سطح حوضه های آبخیز و ورود این ذرات به مجاری طبیعی همچنین جابه جایی این ذرات در طول
رودخانه ها از نقطه ای به نقطه دیگر می باشد كه اثرات جنبی و مضاعف بروز سیلابها محسوب گردیده و موجب روبگذاری یا فرسایش و تغییر در تراز بستر رودخانه و در نتیجه تغییر در تراز سطح آب می گردد. افزایش تراز بستر و بالا آمدن كف منجر به كاهش ظرفیت مجاری طبیعی شده. همچنین پر شدن مخازن سدها و كانالهای آبیاری از رسوب از سایر عوارض آن می باشد. بنابراین پیش بینی تراز سطح آب با در نظر گرفتن مسئله رسوب در مجاری طبیعی از اهمیت خاصی برخوردار است. تغییرات بستر رودخانه ها كه به دو صورت بالا آمدن بستر (Aggradation) و كف كنی (Degradation) است یكی از پدیده های مهم مهندسی رودخانه می باشد. این امر زمانی بوجود
می آید كه كه وضعیت تعادلی پارامترهای مختلف رودخانه تحت شرایطی بهم بخورد. منظور از پارامترهای مذكور، دبی جریان، دبی رسوبات، مقطع و سیب رودخانه و اندازه مواد بستر می باشد. شرایطی كه باعث بهم زدن این تعادل می باشد ممكن است طبیعی و یا توسط بشر باشد. مسائل فوق علاوه بر اینكه باعث تغییر رژیم رودخانه می شود سبب خواهد شد تا سازه های هیدرولیكی اطراف رودخانه نیز در مخاطره قرار گیرند.

پیش بینی شرایطی كه تحت آن شرایط، بالا آمدن یا كف كنی بستر رودخانه بوجود می آید. همچنین تعیین میزان آن، در نتیجه چگونگی تاثیر آن بر شرایط هیدرولیكی رودخانه موضوعی است كه از دیرباز مورد توجه مهندسین هیدورلیك قرار گرفته است. روشهای مختلفی نیز پیشنهاد گردیده است. تعدادی از این روشها با استفاده از فرضیات متعدد و بكار گیری اصول حاكم بر حركت نخستین ذره (Incepient Motion) بوجود آمده اند و روابط جبری نسبت ساده ای را تشكیل می دهند كه در آن پروفیل نهایی بستر را بدست می دهند.  تعداد دیگری از روشها با بكار بردن فرضیات كمتری و بكار بردن معادله پیوستگی رسوب منجر به پیدایش معادله ای می شود كه با حل آن می توان تغییرات بستر رودخانه را نسبت به زمان پیش بینی نمود.

بطور كلی روابط حاكم بر حركت جریانهای سیلابی و جریان در مجاری فرسایش پذیر معادلات جریان غیر ماندگار موسوم به معادلات Saint Venant  می باشند. از آنجا كه تاثیر متقابلی بین تغییرات بستر و شرایط هیدورلیكی جریان وجود دارد در رودخانه های آبرفتی علاوه بر حل همزمان معادلات مذكور شامل:

1- معادله پیوستگی جریان (معادله بقاء جرم سیال)      Continuity Equation           

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

لازم است معادله پیوستگی رسوب (Sediment Continuity Eqution) نیز حل شود. همچنین به دو معامله كمكی جهت برآورد ظرفیت حمل رسوب رودخانه و تعیین شیب خط انرژی نیاز می باشد. از قدیمیترین مدلهایی كه در این رابطه بوجود آمده مدل HEC-6 می باشد كه در سال 1977 توسط اداره مهندس ارتش امریكا تهیه گردیده است. در این مدل ابتدا پروفیل سطح آب با استفاده از معادله انرژی محاسبه  می شود ( در این قسمت مدل ریاضی پیش بینی پروفیل سطح آب بر اساس جریان متغیر تدرجی برای كانالهای غیر فرسایشی موسوم به HEC-2 می باشد) و برای هر فاصله زمانی با بكار بردن معادله پیوستگی رسوب و یك رابطه تجربی برای محاسبه میزان رسوب حمل شده، پروفیل بستر را محاسبه می كند. مدلهای دیگری هم سپس از آن بوجود آمده اند كه اكثراً به صورت
بسته های نرم افزاری به بازار عرضه شده اند.

مدل تهیه شده در این پایان نامه یك مدل ریاضی یك بعدی غیر ماندگار برای كانالهای فرسایش و غیر فرسایشی است كه معادلات كامل جریان غیر ماندگار و معادله پیوستگی رسوب را بطور همزمان و با استفاده از روش عددی حل می نماید.

روشهای عددی شامل روش تقاضای محدود و روش المانهای محدود است ولی روش تقاضاهای محدود كاربرد بیشتری دارد. در روش تقاضاهای محدود. معادلات دیفرانسیل جزیی حاكم با استفاده از
شم های (Schemes) دیفرانسیل به معادلات جبری تبدیل می شوند. این شم ها متفاوت بوده و كاربرد آن ها در یك مسئله خاص ممكن است مزایا و معایبی را به همراه داشته باشد.

مسئله مهمی كه در حل معادلات حاكم وجود دارد مسئله كوپلینگ (Couqling) بین معدلات جریان و رسوب است. منظور از كوپلینگ در نظر گرفتن تغییرات در كلیه متغیرها در محاسبه مقدار نهایی هر متغیر وابسته است و این كار با استفاده از شم دو مرحله ای پیش بینی و تصحیح میسر شده است. در هر مرحله معادلات مذكور بطور همزمان حل می شوند. به عبارت دیگر در صورتی كه معادله پیوستگی رسوب بعد از حل كامل معادلات جریان حل می شد كوپلینگ ایجاد نمی گردید.  بنابراین مدل حاضر یك مدل كوپل شده می باشد. ضمناً كوپلینگ بین معادلات باعث افزایش پایداری مدل نیز می گردد. كاربرد روشهای كوپل نشده در شرایطی كه شیب كف زیاد باشد منجر به بروز ناپایداری عددی
می شود و جهت ایجاد پایداری بایستی از عملیات سعی و خطا در هر گام زمانی بهره جست ولی در مدل حاضر نیازی به سعی و خطا نیست و مدل از پایداری خوبی برخوردار است و همین امر زمان اجرای مدل را به شدت كاهش می دهد. همچنین كاربرد شم صریح مك.

تعاریف

-       جریانهای ماندگار و غیر ماندگار (Steady And Unsteady Flow):

جریانی ماندگار نامیده می شود كه عمق، دبی و سرعت متوسط جریان در هر مقطع نسبت به زمان تغییر نكند و در صورتی كه پارامترهای مذكور نسبت به زمان تغییر نمایند جریان غیر ماندگار نامیده می شود. به عبارت دیگر مشخصات جریان های پایدار بصورت زیر می باشد:

                        و             و       

h : عمق

v : سرعت

q : دبی

2-3-مدل سازی (Modelling ) :

 به منظور شبیه سازی پدیده های طبیعی اقدام به تهیه مدل می گردد. هدف از ایجاد مدلها، فراهم نمودن امكان مطالعه و بررسی پدیده های مهندسی است. چرا كه غالباً مطالعات بخاطر پیش بینی و بیان كمیت و رفتار یك پدیده است. مثلاً پیش بینی تاثیرات سیلاب به لحاظ افزایش تراز سطح آب در رودخانه ها یا تغییرات پروفیل بستر رودخانه اثر فرسایش یا رسوبگذاری در شرایط اجرای طرح اهمیت داشته و قبل از اجرای طرح بایستی انجام گیرد.

2-3-1- انواع مدلها:

مدلها بر دو نوع هستند:

1- مدلهای فیزیكی

2- مدلهای ریاضی

بطور كلی به علت هزینه های سنگین و مشكلات تهیه مدلهای فیزیكی، همچنین به دلیل قابلیت زیاد و امكان بررسی حالات متعدد توسط مدلها ریاضی، سعی می شود تا حد امكان با استفاده از مدلهای ریاضی كار پیش بینی انجام پذیرد، البته در شرایط خاص و بسته به اهمیت پروژه ممكن است تهیه مدل فیزیكی نیز ضرورت یابد.

2-3-2- مدلهای ریاضی :

مدل ریاضی مجموعه ای از عبارات ریاضی است كه در برگیرنده اصول فیزیكی حاكم بر پدیده می باشد. بطور مثال مدل ریاضی در هیدرولیك دارای عبارات ریاضی است كه بر اساس شرایط تعادلی نیروها و قانون بقاء انرژی و جرم و غیره نوشته شده اند. عبارات ریاضی ممكن است تحت شرایط خاص ساده شوند. كه در آن صورت، آن مدل فقط تحت همان شرایط كاربرد دارد.

مدلهای ریاضی تولید شده بسته به میزان فرضیاتی كه در ایجاد آنها بكار رفته است به دو شكل شاده و پیچیده در خواهند آمد.

فرضیات كم

فرضیات زیاد

حل مدلهای ریپای پیچیده جز از طریق روشهای عددی و در اختیار داشتن كامپیوترهای با سرعت زیاد میسر نمی گردد، ولی حل مدلهای ریاضی ساده، اگر چه حل معادلات دقیق می باشد ولی جواب همراه با تقریب زیاد و از دقت كمی برخوردار است. بنابراین برای حل مدلهای ریاضی دو راه حل پیشنهاد شده است.

2-4-3- انواع راه حلهای ریاضی:

1- راه حلهای تحلیلی            Analy Tical    Soluion

2- راه حلهای عددی             Numical Solution

در راه حلهای تحلیلی معادلات دیفرانسیل پس از ساده شدن بطور مستقیم حل می گردند ولی در راه حلهای عددی، به علت پیچیدگی معادلات دسفرانسیل حاكم، امكان حل مستقیم معادلات وجود ندارد. معادلات حاكم بر حركت آب و رسوب در رودخانه ها شامل: سه معاله پیوستگی، حركت آب و پیوستگی جرم رسوب، مجموعه ای از معادلات دیفرانسیل جزیی و هذلولولی غیر خطی

(Differential equaticns Non linear Hyperbolic Partial ) هستند و راه حلهای عددی معادلات مذكور شامل: روشهای عددی مستقیم (Direct Numerical Methods) و روشهای مشخصه

(Chracteristic Methods) می باشد. در روشهای مشخصه، معادلات دیفرانسیل جزیی ابتدا به صورت معادلات دیفرانسیل كامل درآمده سپس با استفاده از یكی از تكنیكهای عددی حل می شوند.

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

روش خطوط مشخصه یكی از روشهای هیدرولیكی حل معادلات حاكم بر جریانهای غیر ماندگار
می باشد. این روش از سال 1960 مورد استفاده قرار گرفته است. در این روش معادلات دیفرانسیل جزیی حاكم بر حركت آب ابتدا به صورت معادلات دیفرانسیل كامل درآمده و سپس با استفاده از روش عددی تقاضای محدود صریح حل.

روندیابی رسوب:

بسیاری از تمدنهای بشری بر روی دشتهای حاصلخیز و آبرفت رودخانه های بزرگ بوجود آمده اند. از آن جمله تمدن دره نیل در مصر، تمدن بین النهرین در امتداد رودخانه های دجله و فرات و همچنین در امتداد رودخانه زرد چین را می توان برشمرد. البته این تمدنها همواره با مسائل خاص سیلاب و كنترل آن مواجه بودند، بنابراین فكر بشر به شناخت این مسئله و راه های مقابله با آن متوجه گردید و در مقاطع زمانی مختلف و در حد توانایی خود برای این مسئله چاره اندیشی كرده است. این مسائل زمانی پیچیده تر می شود كه توجه شود جریان آب رودخانه ها در بیشتر حالات در میان مواد س جاری بوده و جریان آب بخشی از این مواد را با خود حمل می كند. البته به این نكته بایستی توجه نمود كه وقوع باران بر اراضی سطح حوضه های آبخیز نیز یكی از عوامل اصلی پاشیدگی خاكدانه ها و جدا شدن بخشهایی از پوسته جامد سطح زمین می باشد. كه با تداوم بارندگی و حركت رواناب سطحی، این مواد نیز تحت تاثیر نیروی آب و ثقل به سمت مجاری طبیعی حركت نموده و وارد رودخانه ها می كردند. بنابراین مسئله جابه جایی ذرات جامد همراه با حركت جریان آب امری مسلم می باشد. حركت این مواد در رودخانه ها به دو صورت اصلی می باشد:

1- حركت به صورت غلطیدن و لغزشی - بار بستر           Bed   load      

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

در نتیجه مشخص می شود كه كل بار رسوبی در حال حركت در مجاری طبیعی از حاصل جمع باربستر و بار معلق بدست می آید. روشهای مختلفی برای برآورد و تعیین برای بستر و بار معلق وجود دارد كه در ادامه بحث ارائه می گردد.

3-1-پدیده كف كنی و علل پیدایش آن:

زمانی بستر یك رودخانه پایدار است كه مشخصات هندسی و ابعاد سطح مقطع آن نسبت به زمان ثابت باشد. ظرفیت حمل رسوب یك رودخانه اصطلاحاً

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

پدیده كف كنی دارای اثرات مفیدی است و این در حالی است كه ضررهای آنرا نیز نبایستی از نظر دور داشت. بخاطر اختصار فقط به یك مزیت و یك ضرر این پدیده ذیلاً اشاره شده است:

1- مزیت:

كاهش تراز بستر رودخانه بوسیله كف كنی، معمولآً باعث افزایش ظرفیت و دبی جریان رودخانه جهت حمل سیلاب می گردد.

2- ضرر:

برای یك دبی مشخص، بعلت كف كنی در پایین دست سدهای انحرافی، سطح آب ( Tail water ) پایین محدود و بعلت كاهش تراز T.W. ، جهش آبی تشكیل شده در پایین دست سد به سمت پایین دست و بیرون از حوضه آرامش حركت نموده و در بدترین حالت پرش هیدرولیكی تشكیل نشده و آب با سرعت زیاد وارد رودخانه شده و سلامت حوضچه آرامش كف بند و خود سد به مخاطره می افتد.

3-1-2- تاثیر تركیب و اندازه مواد بستر بر پدیده كف كنی:

اندازه و تركیب مواد بستر و تغییرات این مواد نسبت به عمق تاثیر بسیار مهمی روی این پدیده دارد. مشخصات هیدرولیكی رودخانه نظیر شیب و عمق آن قابلیت حمل مواد رسوبی را تعیین می كند، در صورتیكه اندازه رسوبات، مقاوت در مقابل جابه جایی و حمل مواد را مشخص می نماید.

بطور مثال رودخانه ای با شیب زیاد در نظر بگیرید كه مواد بستر آن تقریباً یكنواخت می باشد. در حین انجام پروسه كف كنی، مواد بیشتری از قسمتهای بالا دست یعنی نزدیكی های سد و مواد كمتری از قسمتهای پایین دست برداشته می شود. در اثر این عمل شیب رودخانه كاهش می یابد. كاهش شیب تحت تاثیر نقطه كنترل در پایین دست می باشد، این نقطع ممكن است یك سد انحرافی باشد. كاهش تدریجی شیب بستر رودخانه باعث می شود تا پدیده كف كنی متوقف شود.

حال چنانچه مواد بستر غیر یكنواخت باشند، در ابتداء كه شیب زیاد است، احتمالاً تمام ذرات بستر در حركت خواهند بود. از آنجائیكه تنش برشی در بستر رودخانه تابعی از شیب بستر
می باشد. با كاهش شیب تنش برشی به حدی خواهد رسید كه از تنش برشی بحرانی برای ذرات D90 یا D80 كمتر شده، در نتیجه این ذرات در بستر باقی خواهند ماند كه تقریباً تمام سطح بستر را
می پوشانند. این كار با گذشت زمان و تجمع تدریجی ذرات درشت تر در سطح كف رودخانه بوقوع می پیوندد. كه این امر باعث توقف عمل كف كنی گردیده و همانطور كه خواهیم دید این لایه درشت دانه را ( Armor Coat) نامند.

قیمت فایل فقط 16,500 تومان

خرید

برچسب ها : سیل , خسارات ناشی از سیل , روندیابی رسوب , پدیده کف کنی

نظرات کاربران در مورد این کالا
تا کنون هیچ نظری درباره این کالا ثبت نگردیده است.
ارسال نظر