معلق شدن فراگیر دانهها
سومر و همکاران-۱۹۹۶( Sumer et al)
V*2/(Gs-1)gDs>1
۰٫۱۳<Ds<3mm
درحالی که نرخ انتقال بار معلق بستری تابع شرایط هیدرولیکی جریان میباشد، بار شسته از این ویژگی مستثنی بوده و جریان آب قادر است بار شسته را به هر مقدار که وارد رودخانه شود به صورت معلق حمل نماید .علت این پدیده تشکیل پیوند یونی بین دانه های رسوب و ملکولهای آب میباشد که در مقابل نیروی وزن دانهها مقاومت نموده و از ترسیب آنها ممانعت مینماید . این ویژگی همچنین عامل اصلی وقوع جریانهای با غلظت بالا و جریانهای گلی در رودخانهها میباشد. راهکار عملی برای تعیین بار شسته، نمونه برداری و تعیین غلظت در ایستگاههای آب سنجی و رسوب سنجی میباشد. بدیهی است نمونههای تهیه شده علاوه بر بار شسته، بار معلق بستری را نیز شامل می شود.
۲-۱۰- نمونه برداری از مواد معلق
بر عکس مواد محلول در آب که غلظت یکنواختی در مقطع رودخانه دارند، مواد معلق دارای غلظت های متفاوت بر حسب عمق آب بوده و بنابراین برای اندازه گیری صحیح آن باید نمونه های متعدد از آب تهیه کرد. مواد ریز دانه مثل رس و یا لای نرم ، تقریباً دارای غلظت یکنواختی در اعماق مختلف بوده در حالی که ماسه و شن ، دارای غلظت ۵ تا ۱۰ برابر در نزدیکی بستر نسبت به سطح آب میباشند .یکی از اشکالاتی که نمونه بردارهای رسوب معلق دارند آن است که تمامی آنها یک ضخامت در حدود ده سانتی متری از کف را که دارای غلظت فراوان مواد معلق مخصوصاً از نظر ذرات ماسه و شن است نمونه برداری نمی کنند. با این وجود سعی شده نمونه بردارهای مناسبی جهت اندازه گیری مواد معلق ساخته شود که دارای سه شرط اصلی زیر باشند:
- سرعت در محل ورود آب به داخل نمونه بردار تقریباً همان سرعت جریان واقعی آب باشد.
- وجود نمونه بردار در آب حداقل تغییر را در جریان عادی ایجاد کند .
- دهان لوله نمونه بردار در مسیر جریان آب قرار گیرد .
۲-۱۰-۱- نمونهبردارهای بار معلق
اطلاعاتی که به طور معمول در تعیین دبی رسوبات معلق بدست میآیند، عبارتند از: غلظت متوسط، قطر ذرات، وزن مخصوص رسوبات معلق، درجه حرارت مخلوط آب و رسوب، دبی آب و توزیع جریان در مقطع عبوری رودخانه (امید و نصرآبادی، ۱۳۹۱).
-نمونه بردار نقطه ای :
نمونه بردار نقطه ای غلظت متوسطی از مواد معلق را در یک نقطه از رودخانه اندازه گیری می کند.
-نمونه بردار انتگراسیون عمقی :
این نمونه بردارها غلظت متوسطی از مواد معلق را در نقاط مختلف یک امتداد قائم رودخانه اندازه گیری می کنند. در استفاده از این نمونه بردارها باید توجه داشت که بطری هنگام خروج نمونه بردار از آب کاملاً پر نباشد و بدین وسیله بتوان مطمئن بود که نمونه برداری از تمام نقاط مورد نظر انجام شده است. چنانچه بطری پرباشد باید لوله ورودی آب به بطری را تعویض کرده و قطرآن را کاهش داد و دوباره نمونه برداری کرد .
-نمونه بردارهای لحظه ای[۱۱]
این نمونه بردارها دارای لوله افقی بوده و توسط وزنه دوکی شکل دارای باله ، در مسیر جریان آب قرار میگیرند و در یک لحظه ، دریچههای دو طرف بسته می شود. عیبی که این نمونه بردارها دارند آن است که تغییرات زمانی مواد را نادیده میگیرند .
-نمونه بردارهای سری ارتفاعی[۱۲]
این نمونه بردارها در مورد رودخانه هایی به کار برده می شود که دارای سیلاب آنی و کوتاه مدت بوده و فرصت کافی برای نمونه برداری عادی وجود ندارد .در این مورد تعدادی بطری روی یک صفحه چوبی و در ارتفاعات مختلف نصب شده و در روی پایهای کنار رودخانه و در یک محل مناسب قرار میگیرد .این نمونه بردار دقت کافی نداشته و فقط بزرگی و یا کوچکی مقدار گل آلودگی را در مواقع سیلابی نشان می دهد.
-اندازه گیرهای مستمر
این وسایل تغییرات گل آلودگی را در تمام لحظات نشان داده و ثبت می کند ولی به علت هزینه زیادی که دارند هنوز در اجرا رواج نیافتهاند .نمونه آن سلول های فتوالکتریک و استفاده از ایزوتوپها و اشعه ایکس میباشد .این دستگاه ها برای اندازه گیری گلآلودگیهای کمتر از یک گرم بر لیتر دقت کافی ندارند .
-نمونه بردار پمپی :
در این حالت آب گل آلود از یک لوله که مدخل آن در نقطه مورد نظر در رودخانه قرار دارد مکیده شده و برای تعیین غلظت طوری تنظیم میشوند که در فواصل زمانی معین یک نمونه از آب را برداشت می کند .
۲-۱۰-۲- روش های نمونه برداری از مواد معلق :
-روش E.T.R[13]
در این روش تعدادی امتداد قائم به فواصل مساوی( معمولاً ۳ امتداد) در مقطع عرضی رودخانه انتخاب گردیده و با بهره گرفتن از نمونه بردار نوع انتگراسیون عمقی از هر یک از امتدادهای عمودی نمونه برداری می شود. درتقسیم بندی مقطع فواصل کوتاه طرفین که آب ساکن دارند به حساب نمیآیند. سرعت بالا و پایین بردن نمونه بردار باید یکنواخت بوده وبرای تمام امتدادهای قائم مساوی باشد. غلظت متوسط نمونه های برداشتی در محورهای عمودی مختلف نشان دهنده میانگین گل آلودگی در زمان نمونه برداری خواهد بود .
-روشE.D.I [۱۴]
در این روش مقطع عرضی رودخانه به سه و یا چند مقطع جزئی به نحوی تقسیم می شود که دبی آنها تقریباً با هم برابر باشند. آنگاه از وسط هر یک از مقاطع به طریقه انتگراسیون عمقی نمونه برداری می شود .سپس میانگین وزنی غلظت از رابطه زیر محاسبه میگردد:
Cs=ΣCqQp/ΣQp
Cs = غلظت که در آن به گرم بر لیتر یا کیلوگرم برمتر مکعب
Cq = غلظت متوسط در هر یک از محورها
Qp = دبی هر یک از مقاطع
در عمل قبل از نمونه برداری رسوب، دبی آب اندازه گیری می شود .در ایستگاههایی که به روش فوق نمونه برداری میشوند معمولاً نقطه ثابتی در کناررودخانه برای برداشت نمونه تعیین میگردد که همزمان با نمونه برداری در این نقطه نیز نمونه برداری انجام می شود. سپس با تعیین غلظت در نقطه ثابت رابطه بین غلظت متوسط مقطع و غلظت در این نقطه به دست می آید. به این ترتیب در هنگام جریان سیل کافی است که تعدادی نمونه از همان نقطه ثابت گرفته شود و با بهره گرفتن از رابطه به دست آمده ، غلظت متوسط آب رودخانه به دست می آید .در صورتی که تعداد نمونهها در طول سیلاب کافی باشد میتوان منحنی تغییرات گلآلودگی را در طول سیلاب رسم کرد .
حجم نمونههای لازم برای تعیین مواد معلق نیز متناسب با میزان گلآلودگی آبها تغییر می کند. هر چه آب صافتر باشد باید حجم بیشتری از آن را نمونهبرداری کرد (مهدوی ، ۱۳۸۸).
۲-۱۱- روشهای برآورد رسوب معلق
بطور کلی روشهای برآورد غلظت رسوب معلق رودخانهها به دو دسته تقسیم شده است. دسته اول روشهای مبتنی بر قوانین دینامیک و مکانیک سیلات که عموماً توسط متخصصان و صاحبنظران علم هیدرولیک ارائه شده است؛ و دسته دوم روشهای مبتنی بر اندازه گیریهای مستقیم و تحلیلهای آماری، که بیشتر توسط صاحبنظران علم هیدرولوژی توصیه شده است (میرابوالقاسمی و مرید، ۱۳۷۴). طبق تقسیمبندی Preston et al(1989) سه طبقه عمده از روش هیدرولوژیکی دیده می شود که عبارتند از: برآوردکنندههای رگرسیونی، برآوردکنندههای میانگین، و برآوردکنندههای نسبتی.
در برآوردگرهای رگرسیونی مقادیر اندازه گیری شده دبی آب و رسوب در مقابل یکدیگر رسم شده و سپس تابع مناسبی بر داده ها برازش داده می شود (جواهری و همکاران، ۱۳۸۴). از میان روشهای فوق، منحنیهای سنجه رسوب، که جزء برآوردگرهای رگرسیونیاند، بر اساس روابط بدست آمده از اندازه گیریهای مستقیم دبی جریان- غلظت رسوب عمل می کنند و معمولاً در مقیاسهای زمانی غیرمنفرد و پیوسته (روزانه، ماهانه، و سالانه) بعنوان مبنای مشاهدهای در برابر مقادیر برآوردی در نظر گرفته میشوند (دفتر استانداردها و معیارهای فنی، ۱۳۸۶). همچنین از آنجا که بیشترین مقدار بار رسوب انتقالی در زمان سیلابهای منفرد مشاهده می شود، لذا در مقیاس سالانه، تغیییرات رسوبدهی در ارتباط با تعداد وقایع سیلابی رخ داده میباشد که بصورت هیدروگراف سالانه نیز قابل ترسیم است. بنابراین با ثبت داده های دبی متوسط روزانه در طی سال میتوان با بهره گرفتن از معادله سنجه، رسوبدهی سالانه را با دقت قابل قبولی برآورد کرد (Rovira et al. 2006).
۲-۱۲- محاسبه رسوب معلق با بهره گرفتن از منحنی سنجه رسوب و دبی های متوسط روزانه :
اگر تعداد نمونه های برداشتی هنگام سیلابها کافی باشند، با بهره گرفتن از کاغذهای لیمنوگراف، تغییرات زمانی بر حسب دبی را مورد مطالعه قرار می دهند. سپس غلظت متوسط روزانه رسوب را حساب کرده و با جمعآوری آنها ،میزان رسوب سالانه مواد معلق بدست می آید. چنانچه تعداد نمونهها برای رسم منحنی تغییرات غلظت کافی نباشد ، غلظت نمونهبرداری شده در حجم آب همان روز ضرب شده و رسوب روزانه بدست می آید. با بهره گرفتن از دبی متوسط و رسوب روزانه، منحنی سنجه رسوب روی کاغذ لگاریتمی رسم می شود که معمولاً به صورت خطی مستقیم است با انتقال دبی های متوسط روزانه روی منحنی سنجه رسوب می توان وزن رسوب مربوط به آن روز را بدست آورد و با جمع کردن آنها وزن کل مواد معلق سالانه محاسبه میگردد. منحنی سنجه رسوب یک رابطه تقریبی بین دبی آب و رسوب میباشد. مثلاً دو دبی یکسان ناشی از ذوب برف و رگبار شدید دارای گلآلودگی بسیار متفاوتی با یکدیگر میباشند .به همین دلیل گاهی اوقات نقاط موجود روی کاغذ سنجه رسوب بسیار پراکنده میباشد (مهدوی، ۱۳۸۸).
۲-۱۳- محاسبه رسوب معلق با بهره گرفتن از روش اداره عمران ایلات متحده([۱۵]USBR)
مراحل محاسبه رسوب معلق در این روش ،به شرح زیر میباشد (مهدوی ، ۱۳۸۸) :
۱- رسم منحنی دبی کلاسه
[یکشنبه 1400-08-16] [ 06:38:00 ق.ظ ]
|