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