انتقال رسوب در رودخانه ها

ﺗﻮﻟﯿﺪ رﺳﻮب ﯾﮑﯽ از ﻣﻬﻢ ﺗﺮﯾﻦ ﻣﺸﮑﻼت ﻣﻄﺮح در ﻣﺪﯾﺮﯾﺖ ﺣﻮزه ﻫﺎی آﺑﺨﯿﺰ اﺳﺖ. ﭘﺪﯾﺪه ی ﻓﺮﺳﺎﯾﺶ، انتقال رسوب و رﺳﻮﺑﮕﺬاری، ﺧﺴﺎرات زﯾﺎن ﺑﺎر اﻗﺘﺼﺎدی، ﻓﻨﯽ و زﯾﺴﺖ ﻣﺤﯿﻄﯽ ﺑﻪ وﺟﻮد ﻣﯽآورد. ﺑﻪ ﻃﻮر ﮐﻠﯽ ﻣﻘﺪار رﺳﻮب در ﺣﺎل اﻧﺘﻘﺎل ﺗﺎﺑﻌﯽ از ﻣﻘﺪار دﺑﯽ رودﺧﺎﻧﻪ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ وﻟﯽ ﻣﻌﺎدﻻت اراﺋﻪ ﺷﺪه در اﯾﻦ ارﺗﺒﺎط دارای ﺧﻄﺎی زﯾﺎدی ﻣﯽ ﺑﺎﺷﻨﺪ. برآورد صحیح از میزان رسوب حمل شده توسط سیستم آبراهه یک حوزه آبخیز در طراحی تمام پروژه های آبی و حفاظت خاک ضروری می باشد. ﻣﻮاد رﺳﻮﺑﯽ ﮐﻪ ﺗﻮﺳﻂ رودﺧﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﺣﻤﻞ ﻣﯽ ﺷﻮﻧﺪ ﻣﺸﮑﻼت ﺑﺴﯿﺎری را ﺑﻮﺟﻮد ﻣﯽ آورﻧﺪ ﻣﺎﻧﻨﺪ رﺳﻮﺑﮕﺬاری در ﻣﺨﺎزن و ﮐﺎﻫﺶ ﻇﺮﻓﯿﺖ ﻣﺨﺰن، اﯾﺠﺎد ﺟﺰاﯾﺮ رﺳﻮﺑﯽ در ﻣﺴﯿﺮ رودﺧﺎﻧﻪ ﻫﺎ، ﺗﺨﺮﯾﺐ ﺳﺎزه ﻫﺎی رودﺧﺎﻧﻪ ای، اﻧﺘﻘﺎل آﻟﻮدﮔﯽ، ﻟﺬا ﺑﺮآورد دﻗﯿﻖ ﻣﯿﺰان رﺳﻮب در ﻣﺴﺎﺋﻠﯽ ﻧﻈﯿﺮ اﻣﻮر ﻣﻬﻨﺪﺳﯽ رودﺧﺎﻧﻪ، ﻃﺮاﺣﯽ ﻣﺨﺎزن، انتقال رسوب، ﺗﻌﯿﯿﻦ ﺧﺴﺎرت های ﻧﺎﺷﯽ از رﺳﻮﺑﮕﺬاری ﺑﻪ ﻣﺤﯿﻂ زﯾﺴﺖ و ﺗﻌﯿﯿﻦ ﺗﺄﺛﯿﺮات ﻣﺪﯾﺮﯾﺖ آﺑﺨﯿﺰ ﮐﺎﻣﻼ ﺿﺮوری اﺳﺖ.

رﺳﻮﺑﺎت رودﺧﺎﻧﻪ ای ﺑﻪ دو ﺻﻮرت ﻣﻨﺘﻘﻞ ﻣﯽ ﺷﻮﻧﺪ:

ﻣﻮاد، درون ﺟﺮﯾﺎن آب ﻏﻮﻃﻪ ور ﻫﺴﺘﻨﺪ و ﻫﻤﺮاه ﺑﺎ آب در ﺣﺮﮐﺖ ﻣﯽ ﺑﺎﺷﻨﺪ ﮐﻪ ﺑﻪ آﻧﻬﺎ ﻣﻮاد رﺳﻮﺑﯽ ﻣﻌﻠﻖ ﮔﻔﺘﻪ ﻣﯽﺷﻮد و ﻣﯿﺰان ﻣﻮاد رﺳﻮﺑﯽ ﻣﻌﻠﻖ را ﮐﻪ در واﺣﺪ زﻣﺎن از ﯾﮏ ﻣﻘﻄﻊ رودﺧﺎﻧﻪ ﻋﺒﻮر ﮐﻨﺪ، ﺑﺎر ﻣﻌﻠﻖ ﻣﯽ ﻧﺎﻣﻨﺪ. یا ﺑﻪ ﯾﮑﯽ از ﺻﻮرت های  ﻟﻐﺰش، ﻏﻠﺘﯿﺪن، ﭘﺮش ﺣﺮﮐﺖ ﻣﯽ ﻧﻤﺎﯾﻨﺪ ﮐﻪ ﺑﻪ آﻧﻬﺎ ﺑﺎر ﺑﺴﺘﺮ ﻣﯽﮔﻮﯾﻨﺪ.

روش های برآورد رسوب

روش های متعددی برای انتقال رسوب و برآورد بار معلق رودخانه ها پیشنهاد شده است و این روش ها از جنبه های مختلف مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند به طور کلی روش های برآورد بار معلق رودخانه ها به دو دسته تقسیم شده اند که دسته اول شامل روش های مبتنی بر قوانین دینامیک توسط متخصصان و صاحب نظران و مکانیک سیالات است که عموما علم هیدرولیک ارائه شده است و دسته دیگر شامل روش های مبتنی بر اندازه گیری های مستقیم و تحلیل های آماری که بیشتر توسط صاحب نظران علم هیدرولوژی توصیه شده اند. در سال ۱۹۸۹، پرستون و همکاران طبقه بندی جامع تری را برای برآورد رسوب ارائه کردند که شامل روش های هیدرولوژیکی می باشد و شامل برآورد کننده های میانگین، برآورد کننده های نسبی و برآورد کننده های رگرسیونی می باشد. در هر طبقه، اصول آماری ویژه ای پیاده می شود و در صورتی که خصوصیات داده ها مشخص باشد می توان یکی از روش های مذکور را برای مطالعه و بررسی انتخاب کرد.
روش اﻧﺪازه ﮔﯿﺮی ﺑﺎر ﻣﻌﻠﻖ ﮐﻪ ﺑﺮ ﭘﺎﯾﻪ اﻧﺪازه ﮔﯿﺮی ﻏﻠﻈﺖ رﺳﻮب ﻣﻌﻠﻖ و دﺑﯽ ﺟﺮﯾﺎن اﺳﺘﻮار اﺳﺖ، روﺷﯽ ﻣﻄﻤﺌﻦ وﻟﯽ ﻣﺴﺘﻠﺰم اﻧﺪازهﮔﯿﺮی ﭘﯿﻮﺳﺘﻪ ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ ﮐﻪ ﻣﻌﻤﻮﻻً ﺗﻨﻬﺎ ﺑﺮای رودﺧﺎﻧﻪ ﻫﺎی ﻣﻬﻢ و داﺋﻤﯽ ﻣﻘﺪور ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ. از آنجایی که ﺑﺴﯿﺎری از ﺣﻮزه ﻫﺎی آﺑﺨﯿﺰ در اﮐﺜﺮ ﮐﺸﻮرﻫﺎ از ﺟﻤﻠﻪ اﯾﺮان ﻓﺎﻗﺪ اﯾﺴﺘﮕﺎه رﺳﻮب ﺳﻨﺠﯽ ﻫﺴﺘﻨﺪ، اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﺪل ﻫﺎی ﺗﺠﺮﺑﯽ و روش ﻫﺎی آﻣﺎری ﺑﺮآورد رﺳﻮب ﻣﻌﻠﻖ اﻧﺘﻘﺎﻟﯽ رودﺧﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﺿﺮوری ﺑﻪ ﻧﻈﺮ ﻣﯽ رﺳﺪ. روش ﻫﺎی ﻣﻨﺤﻨﯽ ﺳﻨﺠﻪ ﮐﻪ روش ﺑﺮون ﯾﺎﺑﯽ ﺗﻠﻘﯽ ﻣﯽ ﺷﻮﻧﺪ از روش ﻫﺎی آﻣﺎری ﺑﺮآورد رﺳﻮب ﻣﻌﻠﻖ ﻣﺤﺴﻮب ﻣﯽ ﺷﻮد. در روش های ﻣﻨﺤﻨﯽ ﺳﻨﺠﻪ ارﻗﺎم ﻣﺤﺪود ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ اﻧﺪازهﮔﯿﺮی ﻫﺎی ﻏﻠﻈﺖ رﺳﻮب در ﻃﻮل دوره زﻣﺎﻧﯽ ﻣﻮرد دﻟﺨﻮاه از ﻃﺮﯾﻖ اﯾﺠﺎد راﺑﻄﻪ ﻣﺎﺑﯿﻦ دﺑﯽ رﺳﻮب، دﺑﯽ رودﺧﺎﻧﻪ و ﺗﻌﻤﯿﻢ اﯾﻦ راﺑﻄﻪ ﺑﻪ آﻣﺎر ﺟﺮﯾﺎن رودﺧﺎﻧﻪ ﺑﺮون ﯾﺎﺑﯽ ﻣﯽﮔﺮدد. در ﻋﯿﻦ ﺣﺎل ﺑﺮآورد رﺳﻮب از ﻃﺮﯾﻖ اﯾﻦ ﻣﻌﺎدﻟﻪ ﻫﻤﻮاره ﺑﺎ ﻣﻘﺪاری ﺧﻄﺎ ﻫﻤﺮاه ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ.

منحنی سنجه رسوب

همان طور که گفته شد منحنی سنجه رسوب رابطه بین میزان رسوب ورودی را در دبی های مختلف مورد بررسی قرار می دهد. این منحنی را به شکل منحنی سنجه رسوب تک خطی، چند خطی و منحنی سنجه رسوب حد وسط دسته ها و به صورت فصلی و ماهانه در تحقیقات مورد استفاده قرار می گیرد. در مدل منحنی سنجه رسوب تک خطی معمولا داده های غلظت یا دبی رسوب با دبی جریان متناظر آنها به یک محور تمام لگاریتمی منتقل شده و بهترین خط برازش با استفاده از روش حداقل مربعات از میان نقاط عبور داده می شود. معادله این خط به صورت زیر است:

که در رابطه فوق a فاصله از مبدا و b شیب خط می باشد.

در مدل منحنی سنجه چند خطی اگر وضعیت پراکنش نقاط اجازه دهد، می توان به جای یک خط، دو یا سه خط از میان نقاط عبور داد. در این حالت بیش از یک معادله برای منحنی سنجه رسوب وجود خواهد داشت. روش کار بصورت یک خطی می باشد با این تفاوت که گذراندن بیش از یک خط برازش مناسب تری را ایجاد می کند.

در روش حد وسط داده ها (روش همبستگی بین متوسط دسته ها)، برای هر Q_W یا برای هر گذر حجمی متوسط هر دسته بار معلق متوسط اندازه گیری شده همان دسته را برآورد می کنند بدین ترتیب که دبی هایی را که در آن ها نمونه گیری غلظت انجام شده مدنظر قرار داده و آن ها را بر اساس حجم جریان (به صورت صعودی) مرتب می کنند سپس این آمارها به دسته هایی تقسیم می شوند و در این مرحله سعی می شود به دبی های بالا ارزش بیشتری داده شود. در مرحله بعد بین این دو سری غلظت و جریان رابطه رگرسیونی توانی برقرار می شود که دارای ضریب همبستگی بالایی نسبت به ضریب همبستگی معادله اولیه است.

روش های دیگری نیز به منظور تعیین بار معلق و رسوب حوضه های آبخیز ارائه شده است که روش سازمان خواربار و کشاورزی جهانی(FAO)، روش اصلاح گر(LS)، روش اداره عمران اراضی ایالات متحده(USBR)، برآورد کننده نااریب با حداقل واریانس(MVUE)، روش کائو و روش تخمین گر شبه بیشینه درست نمایی(MQMLE) از جمله این روش ها می باشد همچنین از طریق مدل های ریاضی و کامپیوتری مانند مدل های ریاضی شبه دو بعدی، مدل ریاضی Gstars و مدل های Hec-Ras وMIKE-11 نیز می توان به شبیه سازی و محاسبه میزان رسوب پرداخت.

به طور کلی با توجه به اهمیت موضوع انتقال رسوبات و با توجه به عبور بخش زیادی از رسوبات در مواقع سیلابی و عدم نمونه برداری های به موقع در زمان های سیلابی و تأثیر بسیار تعداد نمونه ها در برآورد صحیح رسوب عبوری از رودخانه ها، پیشنهاد می گردد وزارت نیرو تا حد ممکن نمونه برداری هایی با فاصله های زمانی کوتاه از رودخانه ها داشته باشد و یا اینکه از نمونه بردارهای اتوماتیک استفاده نماید تا بتوان تغییرات دقیق دبی-رسوب را در زمان کوتاهی در دسترس داشته و در نهایت مقدار صحیح رسوب عبوری از رودخانه برآورد گردد. مقدار خطای برآوردی از منحنی های سنجه رسوب از یک حوضه به حوضه دیگر یکسان نیست در نتیجه نتایج حاصل از تحقیقات یک حوضه قابل تعمیم به رودخانه های دیگر نمی باشد.