تنش برشی

پدیده فرسایش و انتقال رسوب از جمله فرآیندهای هیدرودینامیکی مهمی است که بسیاری از سیستم های هیدرولیکی نظیر حو ضه های آبریز، رودخانه ها، سواحل و بنادر، سدها، پل ها، جاده ها، کشتزارها و تأسیسات عمرانی را متأثر می سازد. در این مقاله برای بررسی فرسایش کرانه رودخانه گلالی قروه به عنوان یک رودخانه ناپایدار، از نقشه برداری میدانی و گوگل ارث استفاده شد و پارامترهای مورفولوژی مجرا و میزان فرسایش کرانه رودخانه بر اساس شاخص تنش برشی نزدیک کرانه رودخانه  (NBS) راسگن، بدست آمد. ارزیابی فشار برشی نزدیک کرانه در پیش بینی فرسایش بسیار با اهمیت است طوری که نشان دهنده توزیع انرژی جریان در مقطع عرضی مجرا بویژه کرانه مجرا می باشد و  این توزیع نامتناسب انرژی جریان می تواند منجر به فرسایش کرانه شود. برای تخمین NBS  از سه روش نسبت شعاع انحناء به عرض دبی لبالبی(R c/W bkf) ، نسبت حداکثر عمق نزدیک کرانه به متوسط عمق دبی لبالبی(d nb/d bkf) و نسبت تنش برشی نزدیک کرانه به تنش برشی دبی لبالبی(t nb/t bkf) استفاده شد. نتایج نشان داد که در روش(R c/W bkf) ، میزان فرسایش پذیری کرانه در اکثر  مقاطع، متوسط تا خیلی کم بوده، در روش(d nb/d bkf) در اکثر مقاطع فرسایش پذیری کرانه ها در حد کم بوده و در روش  (t nb/t bkf) خیلی زیاد است که نهایتآ روش نسبت حداکثر عمق نزدیک کرانه به متوسط عمق دبی لبالبی(d nb/d bkf) با توجه به واقعیت صحت بیشتری نسبت به روش های نسبت شعاع انحناء به عرض دبی لبالبی(R c/W bkf) و نسبت تنش برشی نزدیک کرانه به تنش برشی دبی لبالبی(t nb/t bkf) دارند و  برای رودخانی گلالی مناسب ترند.

مدیریت و حفاظت از کرانه رودخانه ها از اهداف اساسی توسعه منابع آب بشمار می رود. در این میان مطالعه ناپایداری کرانه رودخانه جهت فعالیت مهندسی به منظور پایدارسازی کرانه در مقابل فرسایش از اقدامات لازم و ضروری است. لذا در این مقاله، ضریب ناپایداری رودخانه گلالی قروه و راهکار مهندسی جهت پایدار سازی کرانه آن با استفاده از روش تنش برشی لین مورد تحقیق قرار گرفت. بدین منظور کلیه پارامترهای مورد نیاز با استفاده از بررسی میدانی و تصاویرگوگل ارث اندازه گیری و در نهایت شیب، تنش برشی، زاویه شیب بدنه، ضریب پایداری ذره، زاویه انحراف خطوط جریان، عدد پایداری شیب بدنه ذره، زاویه حرکت ذره بستر، ضریب پایداری و سپس اندازه پاره سنگ موثر جهت سنگ چینی بدست آمد. بر این اساس مقاطع 1 و 5 دارای بیشترین و مقاطع 2، 4 و 3 به ترتیب دارای کمترین ضریب ناپایداری هستند و اندازه پاره سنگ موثر برای پایدارسازی مقاطع 1 تا 5 به ترتیب برابر با  42، 26، 20، 22 و 60 سانتی مترتخمین زده شد.

یکی از مهمترین مخاطرات طبیعی، فرسایش کناره رودخانه می باشد که سالانه باعث خسارات اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی بسیاری می شود. لذا در این تحقیق از مدل  BSTEM در جهت شناسایی و برآورد فرسایش کناره رودخانه کوتر مهاباد استفاده شده است. به این منظور مسیری به طول 3 کیلومتر از رودخانه کوتر انتخاب شده و سه بازه برای مدل BSTEM در نظر گرفته شد. در این مدل به شبیه سازی جریان عادی و سیلابی و پیامد آن بر فرسایش پای کناره و پایداری کناره رودخانه کوتر پرداخته شد. پسروی محاسبه شده کناره بر اساس مدل BSTEM در سناریوهای مختلف بازه های رودخانه کوتر متغیر بوده است. کل مساحت فرسایش یافته سناریو اول در بازه های اول، دوم و سوم به ترتیب040/ ، 028/0 و 188/0  متر مربع بوده است. در حالی که در سناریو دوم کل مساحت فرسایش یافته در بازه ها به ترتیب 347/0، 132/0 و 728/0  متر مربع برای بازه اول، دوم و سوم به دست آمده است. از این نتایج می توان چنین نتیجه گرفت که میزان فرسایش پذیری در بازه دوم نسبت به دو بازه سوم و اول کمتر بوده است. در بازه سوم میزان تنش برشی حدود 64 پاسکال به دست آمده و بیشترین میزان را به نمایش گذاشت. بر این اساس بیشترین مساحت فرسایش یافته بستر نیز به این بازه اختصاص یافت. میزان ضریب ایمنی نیز در این بازه معادل 55/0 بوده و بار رسوبی تولیدی نیز معادل 674/22 تن برآورد گردید.

امروزه مصالح حاصل از رودخانه ها در زندگی بشر و به ویژه فعالیت های عمرانی و صنعتی بسیار حیاتی بوده و از اهمیت بسزایی برخوردار است. برداشت بی رویه و خارج از ظرفیت شن و ماسه موجب تغییر مورفولوژی رودخانه ها می شود که واکنش رودخانه در جهت برقراری موازنه جدید را به دنبال دارد. در این تحقیق بخشی از رودخانه خشکه رود واقع درشهرستان فارسان (استان چهارمحال و بختیاری) که تحت برداشت بی رویه شن و مصالح است مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه اثرات برداشت مصالح در پائین دست رودخانه در شرایط قبل و بعد از برداشت مصالح با استفاده از مدل HEC-RAS و 7 روش انتقال رسوب در شرایط سیلاب با دوره بازگشت های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد در فاصله شرایط قبل و بعد از برداشت (از سال1381 تا 1388) بستر رودخانه با متوسط 02/2 متر از حداقل 05/0 متر تا حداکثر 4 متر کف کنی داشته است. همچنین حجم خروجی رسوب از مقطع آخر در شرایط بعد از برداشت نسبت به شرایط قبل از برداشت 12/0 درصد کاهش و مقدار تنش برشی26/0 درصد افزایش داشته است. بطورکلی نتایج این پژوهش نشان داد که رودخانه خشکه رود فارسان به سمت یک تعادل نسبی از نظر فرسایش و رسوبگذاری پیش می رود و لازم است از برداشت بی رویه مصالح شن و ماسه جلوگیری به عمل آید.

رودها در مسیر خود الگوهای متفاوتی دارند و شناخت این الگوها به پژوهشگران در درک و پیش بینی واکنش های ناشی از فعالیت های انسانی و عوامل طبیعی رودخانه کمک می کند؛ به علاوه در تجزیه وتحلیل های مورفولوژیکی، قدرت جریان، از مهم ترین عوامل محسوب می شود؛ بنابراین هدف این پژوهش، تحلیل شکل مجرا و ارزیابی قدرت رودخانه در دوره های بازگشت مختلف و همچنین برآورد تنش برشی در رودخانه گیوی چای با استفاده از تصویر لندست هشت، نقشه های توپوگرافی، زمین شناسی، داده های هیدرولوژیکی و میدانی است. برای دستیابی به اهداف، از شاخص های مورفولوژیکی و روش های تحلیل قدرت کل، قدرت مخصوص رودخانه و تنش برشی موجود استفاده شد. محاسبه مقدار ضریب خمیدگی نشان داد الگوی رودخانه در بازه اول و سوم به صورت سینوسی و در بازه دوم به صورت پیچان رودی است و با توجه به مشخصه های زاویه مرکزی، بازه اول و دوم به صورت پیچان رود بسیار توسعه یافته و بازه سوم به صورت پیچان رود توسعه یافته است؛ همچنین با توجه به نتایج پژوهش، بیشترین میزان قدرت کل رودخانه در بازه اول و در مقاطع 4، 5 و 6 است و قدرت مخصوص رودخانه در مقاطع بازه سوم و مقاطع 2، 1، 5 و 6 زیاد است؛ در حال حاضر نیز به علت مقاومت کم سازندهای لیتولوژی در این مقاطع، فرسایش بستر و کنار رودخانه مشهود است. کمترین قدرت مخصوص رودخانه به دلیل وجود عرض زیاد رودخانه و شیب کم بستر در مقاطع 12 و 13 بوده است. بیشترین میزان تنش برشی موجود نیز، در بازه اول و در مقاطع 5، 6 و 2 و کمترین مقدار تنش برشی در مقاطع 12 و 13 است. در حالت کلی، شکل گیری الگو و دینامیک مجرا در گیوی چای متأثر از دبی، مقاومت لیتولوژیکی بستر و کناره رودخانه و دخالت های انسانی (مانند تجاوز به حریم بستر رود، احداث پل ها و ریختن زباله ها و نخاله های ساختمانی) است.

فرسایش کناره ای رودخانه یک فرایند پیچیده طبیعی است که در مقیاس کانال عمل می کند. هدف پژوهش حاضر، بررسی وضعیت فرسایش کناره ای مناطق آسیب پذیر و عوامل ایجاد و تشدید فرسایش کناره ای رودخانه است؛ بر این اساس 11 کیلومتر از رودخانه هفت چشمه در محدوده روستای رزجرد تا روستای شینقر با الگوی سینوسی مطالعه شد. در این پژوهش با توجه به مورفولوژی رودخانه، محدوده پژوهش به 4 بازه و 10 مقطع تقسیم شد؛ از بازه های مطالعه شده در چند نوبت بازدید میدانی شد تا داده های مدنظر جمع آوری و نیمرخ عرضی کانال تهیه شد. برای بررسی فرسایش کناره این رودخانه از مدل تنش نزدیک کناره استفاده شد. نتایج به دست آمده در این پژوهش حاکی است در نسبت شعاع انحنا به عرض دبی لبالبی تمامی مقاطع به استثنای مقطع 9 فرسایش شدید دارند؛ در نسبت حداکثر عمق نزدیک کناره به عمق دبی لبالبی بیشتر مقاطع فرسایش کم تا متوسط داشته اند؛ به جز مقطع 9 و 10 در کرانه چپ که فرسایش زیاد و شدید داشته اند. در نسبت تنش برشی نزدیک کناره به تنش برشی دبی لبالبی تمامی مقاطع فرسایش خیلی کم و کم داشته اند. درنهایت با توجه به بازدیدهای میدانی مشخص شد سطح اول مدل یعنی نسبت شعاع انحنا به عرض دبی لبالبی با ویژگی های منطقه تناسب بیشتری دارد و با واقعیت منطقه منطبق است.