مطالعات رسوب شناسی و برآوردمتوسط با معلق سالانه رودخانه زولاچای (سلماس)

متن اصلی:
     برای انجام این تحقیق کل حوضه را به 18 زیر حوضه تفکیک نموده و پس از محاسبه پارامترهای فیزیوگرافی نتایج حاصل مورد بررسی وتجزیه و نحلیل قرار گرفته اند. جهت مطالعات رسوبشناسی بیش از 84 نمونه رسوب در طول تمامی انشعابات اصلی و به فاصله 1 تا 2 کیلومتر از بستر رودخانه برداشت شده است. نمونه ها پس از آماده سازی به روش خشک مرطوب و نیز هیدرومتری , دانه سنجی و سپس پارامترهای بافتی آنها (Tuker, 1989; Simon & Kenneth, 2001) محاسبه شده است. ضمناً میزان بار معلق رودخانه (Yang, 1996) و نسبت حمل رسوب هر یک از زیر حوضه ها با استفاده از روش های تجربی(Ouyang & Bartholic, 1997) محاسبه شده است.


فیزیوگرافی حوضه آبریز رودخانه زولاچای
تاثیرشکل حوضه بر رواناب سطحی و هیدروگراف سیل خروجی و در نتیجه میزان رسوب حاصله از حوضه قابل توجه است(Walling & Webb, 1983). در حوضه های گرد دبی حداکثر سیلاب با مساوی بودن سایر شرایط فیزیکی بیشتر از حوضه های کشیده است. برای تعیین شکل حوضه و مقایسه زیر حوضه های مختلف با یکدیگر, از ضرایب گراولیوس(Gra.) , گردوارگی(Rc) و نسبت طول به عرض مستطیل معادل (L/B) استفاده شده است که به همراه میزان تراکم زهکشی(Dd) هر یک از زیر حوضه ها در جدول شماره 1 آمده است. میزان تراکم زهکشی در یک حوضه , می تواند نشان دهنده بزرگی رواناب و میزان فرسایش در قسمت های مختلف آن باشد (مهدوی 1381) مسیل زیاد, بر مقدار دبیزیادتر و ضعیف بودن سنگ بستر در مقابل فرسایش گواهی می دهد (نجمائی, 1369)
نسبت حمل رسوب:(Sediment Delivery Ratio: SDR(0-100%))
هنوز روش دقیقی جهت برآورد SDR وجود ندارد,گر چه USDA در کتابچه ای با توجه به وابستگی SDRبا مساحت حوضه زهکشی روابطی را منتشر کرده است(USDA SCS, 1972).


مدل های متعددی جهت تخمین نسبت حمل رسوب (SDR) ارائه شده است اما بعلت طبیعت پیچیده حمل رسوب , اطمینان به صحت و دقت تخمین SDR با بکارگیری تنها یک مدل و یا تنها درجدول (1) مهمترین نسبت حمل رسوب مدل مورد می شود(Ouyang & bartholic, 1997) مدلهای مرد استفاده عبارتند از:
الف ـ مدل هایی که بر اساس مساحت حوضه زهکشی و SDR استوارند:
این گونه از مدل ها که به منحنی های SDRمعروفند بر اساس همبستگی مساحت حوضه به SDRو اندازه گیری واقعی میزان سوبدهی حوضه ها بدست آمده اند. سه نوع از این مدل ها عبارتند از(Ouyang & bartholic, 1997):
Log (SRD) =1.7935-0.14191 Log (A) R2=0.92 (1)
مساحت زهکشی A=(Km)2
SDR=0.42 A-0.125 (2)
SDR=0.51 A-0.11 (3)
در مدلهای (2و3)A , مساحت زهکشی بر حسب مایل مربع است.
ب ـ مدل هایی که بر اساس شیب (Slope), و نسبت برجستگی به طول (relief - length - ratio) استوارند:
خصوصیات توپوگرافی حوضه بر SDRتاثیر می گذارد. حوضه با دامنه های کوتاه و تند رسوب بیشتری از یک حوضه با دامنه کمشیل و طویل بهکانال تحویل خواهد داد. شکل حوضه همچنین بر SDR اثر می گذارد. حوضه های باریک SDR بالاتری دارند. خصوصیت شکل حوضه را می توان با نسبت برجستگی به طول بیانکرد. دو نوع از این مدل ها در زیر آمده است(Ouyang & bartholic, 1997)
SDR=0.627 SLP0.403 (4)
شیب کانال اصلی رودخانه برحسب درصد: SLP
Log(SDR)-2.94259 + 0.82362 Log (R / L) R2-0.97 (5)
R: برجستگی حوضه , که عبارت از اختلاف ارتفاع , بین ارتفاع متوسط حوضه و خروجی حوضه می باشد. L برابر طول حوضه آبریز بر حسب کیلومتر و یا متر است.
R/L : نسبت برجستگی به طول (بدون بعد)
در جدول(3) مقادیر SDRهر یک از زیر حوضه ها به همراه میانگین این مقادیر قید شده است. با توجه به جداول (2و3) می توان چنین بیان نمود که هر چه مساحت حوضه بزرگتر , شیب کانال اصلی و نسبت برجستگی به طول کمتر باشد نسبت حمل رسول پایین تر خواهد بود. اما با توجه به متفاوت بودن وضعیت پوشش گیاهی و عوامل فیزیوگرافی هر یک از زیر حوضه ها و نبود اطلاعات و آمار هیدرولوژی , اعتماد به صحت و دقت این مدل ها مشکل است. اما میانگین مدل ها (جدول2) به نتایج قابل قبول تقریباً نزدیک می باشد. چون اولاً همانطوریکه پارامترهای رسوب شناسی نشان خواهند داد زیر حوضه شماره 4 علاوه بر نزدیکی به کانال اصلی دارای شیب بالایی بوده و بیشترین تاثیر را بر روی میانگین اندازه ذرات رسوبی گذاشته اند. از طرف دیگر زیر حوضه شماره5 نسبت به زیرحوضه شماره4 علاوه بر نزدیکی به کانال اصلی دارای شیب بالایی بوده و در نتیجه نسبت حمل رسوب بیشتری نسبت به زیر حوضه 4 خواهد داشت. . ثانیاً زیر حوضه شماره9 از یک طرف بیشترین فاصله را نسبت به مخزن سد داشته (شکل1) و از طرف دیگر دارای کمترین شیب و نسبت برجستگی به طول در بین زیر حوضه های رودخانه زولاچای می باشد (جدول2) . این اولویت بندی تقریباً از میانگین مدلها قابل استنتاج می باشد. ثالثاً با توجه به ماکزیمم شیب کانال اصلی و نسبت برجستگی به طول زیر حوضه 14, دارا بودن حداکثر مقدارSDR قابل توجیه است.
رسوب شناسی
یکی از خصوصیات رودخانه های با بستر گراولی کاهش اندازه دانه ها به سمت پایین دست جریان می باشد که به موجب آن درصد ذرات ریز تشکیل دهنده مواد بستر(bed material) به سمت پایین افزایش پیدا می کند. عواملی که در این فرایند مشارکت دارند عبارت است از: سایش و انتقال انتخابی اندازه و متفاوت بودن لیتولوژی(Church & Kellerhals, 1978).
(1978) Church & Kellerhals, دریافتند که روند نمایی (exponential) کاهش اندازه ذرات به سمت پایین (قانون استرنبرگ) در بعضی از مواقع اغلب با ورود رسوبات درشت از طریق شاخه های فرعی , همینطور با تغییرات لیتولوژی مواد بستر و میزان انرژی رودخانه متوقف (interrupted) می شود. در این مقاله بطور اختصار تغییرات بافتی رسوبات رودخانه زولاچای به شرح ذیل از بالا دست به پایین دست جریان مورد بررسی قرار گرفته است.




روند تغییرات جورشدگی (انحراف معیار) نسبت به فاصله:
جور شدگی رسوبات ضعیف و بسیار ضعیف بوده و در محدوده (56/1 فی) الی (96/1 فی) تغییر می کند. هر چه از سرچشمه و مناطق بالا دست رودخانه بطرف پایین دست پیش می رویم میزان جور شدگی بهتر میشود (شکل2) و معادله ارائه شده در شکل مذکور قابل استنباط است. در این معادله بیانگر جورشدگی رسوبات و L مشخص کننده فاصله از منشاء برحسب کیلومتر است.
روند تغییرات میانگین اندازه ذرات نسبت به فاصله:
مقدار میانگین اندازه ذرات(Mean) از مناطق بالادست رودخانه به طرف پایین دست آن افزایش می یابد. افزایش مقدار میانگین اندازه ذرات به صورت افزایش نمایی است (شکل3). افزایش مقدار میانگین اندازه ذرات به سمت پایین دست احتمالاً نقش قابل توجه ورود رسوبات از طرف شاخه های فرعی به درون کانال اصلی را نشان می دهد. شاخه های فرعی بدلیل داشتن شیب بستر بالا قادر به حمل رسوبات دانه درشت تر هستند.این رسوبات وقتی وارد کانال اصلی می شوند بر نحوه تغییر میانگین اندازه ذرات اثر می گذارند, بطوریکه باعث تغییرات ناگهانی در روند تغییرات اندازه ذرات شده اند شکل (4) که موقعیت آنها با محل ورود شاخه های فرعی مطابقت دارد. سه تغییر ناگهانی واضح در اندازه ذرات وجود دارد. اولین تغییر (نقطه A) مربوط به زیرحوضه شماره 6 که به اندازه (66/1 میلی متر) دومین تغییر ناگهانی (نقطهB) مربوط به زیرحوضه شماره 5 که به اندازه (12/2 میلیمتر) و سومین تغییر ناگهانی (نقطهC) مربوط به زیر حوضه های 3 و 4 که به اندازه (3 میلیمتر ) اندازه میانگین ذرات را تحت تاثیر قرار داده اند. میزان تاثیر تغییرات اندازه میانگین ذرات نشان می دهند که بیشترین تغییر مربوط به زیر حوضه های شماره 3 و 4 می باشد که حاکی از دبی سیلابی بالای زیرحوضه های مذکور نسبت به زیر حوضه های شماره5 و6 می باشد . شکل های شماره(7,6,5) دبی سیلابی بالای زیرحوضه های شماره(5,4,3) را تایید می نمایند. پس می توان نتیجه گرفت که در مورد زیر حوضه های فاقد آمار دبی سیلابی با استفاده از مطالعات رسوب شناسی می توان به نتایج قابل قبولی در مورد دبی سیلابی زیرحوضه ها دست یافت.
لازم به یاد آوری است که روند تغییرات میانگین اندازه ذرات از روند مورد انتظار چنین محیط های پیروی نمی کند. این امر به دلیل ورود شاخه های فرعی , تغییر لیتولوژی و تغذیه رودخانه از طریق ریزش های کناری در اثر شیب تند کناره های پر شیب کانال در طول مسیر رودخانه قابل توجیه است. در شکل 59 دید در خلاف جهت جریان رودخانه است.












روند تغییرات کج شدگی رسوبات نسبت به فاصله:
کج شدگی رسوبات بهطرف پایین دست جریان دارای تغییرات متفاوتی است (شکل8) نمونه های رسوبی مطالعه شده کج شدگی مثبت نشان می دهند و در محدوده (44/0 الی 55/1) تغییر مینمایند. کج شدگی مثبت در محیط های رودخانه ای امری طبیعی است و عدم فرصت کافی برای شستشوی ذرات دانه ریز توسط جریان آب را نشان می دهد. به عبارت دیگر تغییر در رژیم جریان و عدم یکنواختی در قدرت وشدت جریاناز چنین وضعیتی قابل استنباط است. از طرف دیگر در جاهائیکه کج شدگی بالای رسوبات فراهم شده است ناشی از پوشش گیاهی درختی حاشیه رودخانهاست که با کاهش انرژی و سرعت جریان آب باعث به تله افتادن رسوبات دانه ریز در بین رسوبات دانه درشت گشته اند و در نتیجه بر خلاف انتظار معمول در این محل ها نسبت به نمونه های قبلی با کج شدگی بالای رسوبات مواجه می شویم.
روند تغییرات جورشدگی درمقابل میانگین اندازه ذرات:
با افزایش میانگین اندازه ذرات مقدار عددی پارامتر جورشدگی کاهش یافته و لذا رسوبات جورشده تر می شوند شکل(9)



منحنی های تداوم جریان و سنجه رسوب
یکی از ابزارهای متداول جهت برآورد دبی رسوب یک رودخانه , منحنی سنجه رسوب (Sediment Rating Curve)است.منحنی سنجه رسوب به همراه منحنی تداوم جریان (Flow Duration Curve) را می توان برای تعیین متوسط دراز مدت با رسوب یا رسوب ورودی به یک مخزن بکار برد.برای این منظور روش گام به گامی برای مهندسین ارائه شده است.در گام اول مقادیر بار رسوب معلق اندازه گیری شده را نسبت به مقادیر دبی جریان آب اندازه گیری شده در یک ایستگاه اندازه گیری رودخانه , بر روی یککاغذ تمام لگاریتمی رسم کنید و در صورت لزوم باید داده ها را بر طبق انواع مختلف رواناب دسته بندی کرد (شکل10) در گام دوم با استفاده از آمار موجود جریان رودخانه ,منحنی تداوم جریان را برای دوره ها یا وقایع تحت پوشش منحنی سنجه رسوب تشکیل دهید (شکل11) . در گام سوم مقدار رسوبدهی (Sediment yield) را با استفاده از نتایج گام های 1 و 2 برای هر دوره در طول یک سال محاسبه کنید. مجموع این مقدار , متوسط رسوبدهی با معلق رودخانه زولاچای را محاسبه و نتایج در جدول شماره (4) آمده است.