فرسایش سواحل
تهیه کننده: دکتر بهزاد زراعت
فرسایش و رسوب گذاری در قوس ها
در قوس ها با دو پدیده ی فرسایش و رسوب گذاری مواجه هستیم. هر دو پدیده از نقطه نظر مهندسی رودخانه ”مسئله“ است.
فرسایش در قوس ها به سه حالت است:
1-فرسایش عمومی که دلیل آن به شرایط متوسط جریان بر می گردد و منظور انتقال تدریجی ذرات خاک ساحل است
2- فرسایش موضعی یا تشکیل چاله در بستر رودخانه در مجاورت قوس و فراهم کردن شرایط ناپایداری ساحل. عمده دلیل آن شرلیط موضعی جریان است.
3- شکست ساحل که عمده دلایل آن به کاهش مقاومت برشی خاک بر می گردد و شرایط جریان رودخانه کمتر نقش دارد.
General surface erosion
V >> Vc
>> c
Average values
Threshold velocity
Thresholds shear stress
1-common case
فرسایش سطحی در اثر شرایط هیدرولیکی جریان رودخانه(خاک غیر چسبنده)
لغزش های توده ای سواحل ( خاک چسبنده)
انواع لغزش و فرسایش سطحی در سواحل(خاک غیر همگن)
فرسایش در قوس
تفاوت عمده با بازه مستقیم : بالا بودن نرخ فرسایش
به دو صورت به ترتیب اولویت:
الف: فرسایش بستر در محل پاشنه ساحل خارجی که مراحل زمانی آن به شرح زیر است:
افزایش ارتفاع ساحل تا حد بحرانی
لغزش خاک ساحل به صورت توده ای
ب: فرسایش سطحی و تدریجی خاک ساحل
الگوی جریان در قوس رودخانه ها
در قوس رودخانه ها با سه نوع الگو مواجه هستیم:
سرعت طولی و اینکه در کدام منطقه حداکثر است
سرعت عرضی یا جریان ثانویه
سرعت حلزونی یا مارپیجی
الگوی جریان در قوس رودخانه ها سرعت طولی
در حالت کلی فرض می شود که نیروهای حاکم بر یک جریان خمیده نیروهای گریز از مرکز است. این نیرو باعث می شود که توده آب به سمت ساحل خارجی رانده شوند. در ابتدای قوس چنین شرایطی باعث می شود که سطح آب در قوس داخلی افت کند (عمق کاهش و سرعت طولی در ابتدا در قوس داخلی افزایش یابد یا به عبارتی خط حداکثر سرعت از محور کانال در بازه مستقیم قبل از قوس به سمت قوس داخلی هدایت می شود. پس از با توجه به تشدید جریان ثانویه خطوط جریان با سرعت طولی زیاد به سمت قوس خارجی هدایت می شوند. در انتهای قوس نیز مجددا خطوط جریان با سرعت طولی زیاد به محور کانال در بازه مستقیم بر می گردند
الگوی جریان در قوس رودخانه ها جریان ثانویه
چون در رودخانه ها سرعت جریان در نواحی بالایی نزدیک سطح آزاد زیاد می باشد (توزیع سرعت در جهت قائم) لذا لایه های بالائی سطح آب تحت نیروی بیشتری قرار می گیرند و این لایه ها به سمت قوس خارجی هدایت می شوند. در نتیجه شیب عرضی در قوس ایجاد می شود. یعنی در جهت عرضی اختلاف هد بوجود می اید که آب یک حرکت را از قوس خارجی به سمت قوس داخلی شروع خواهد کرد. البته این جریان عرضی قادر نیست که به لایه های سطحی که نیروی گریز از مرکز بیشتری دریافت می کنند غلبه شود ولی لایه های پائینی تحت تاثیر گرادیان عرضی قرار گرفته جریان خود را از قوس خارجی به سمت داخلی شروع می کنند. لایه های بالائی همان جهت قبلی یعنی از قوس داخلی به قوس خارجی را ادامه می دهند.
به این جریان عرضی که لایه های سطحی از قوس داخلی به قوس خارجی و لایه های پائینی از قوس خارجی به داخلی حرکت می کنند جریان ثانویه گویند.
الگوی جریان در قوس رودخانه ها جریان حلزونی
در اثر اندرکنش بین جریان های ثانویه و سرعت طولی، الگوی جریانی به نام جریان حلزونی یا مارپیچی تشکیل می گردد.
الگوی فرسایش و رسوب در قوس ها
یکی از خصوصیات مهم جریان های حلزونی انتقال اجرامی است که در درون آن گیر افتاده باشند. بطور مثال رسوبات نیز به صورت حلزونی حرکت خواهند کرد. یعنی حرکت از سمت قوس خارجی به سمت قوس داخلی. چرا؟ چون لایه های پائینی که حاوی رسوب زیادی است در این جهت حرکت می کند.
فرسایش در قوس خارجی است چون هم فرسایش عمومی (بالا بودن سرعت طولی در این ناحیه)و هم فرسایش موضعی (جریان های رو به پائین و برگشت آن ها پس از برخورد به پاشنه ساحل) فعال است.
رسوب گذاری در قوس داخلی اتفاق می افتد. چون سرعت طولی در این ناحیه کم است(قدرت انتقال طولی ذرات کم است) و نیز مولفه جریان حلزونی رو به بالا است که انرژی لازم برای مقابله با سرعت سقوط ذرات را ندارد.
الگوی جریان در قوس
کنترل فرسایش عمومی
مقاوم سازی خاک ساحل رودخانه در مقابل جریان رودخانه با استفاده از :
پوشش سنگی یا خشکه چین(Riprap)
فرش گابیون
پوشش با بلوک بتنی
پوشش با لحاف بتنی
پوشش با ژئو بگ
پوشش با تایر فرسوده ، پوشش گیاهی، و غیره
کاهش عامل فرسایش( کاهش تنش برشی یا سرعت جریان موضعی با کاهش قدرت گردابه ها)
الف: سازه های اصلاح الگوی جریان در قوس شامل:
1- دور کردن خطوط جریان با سرعت زیاد از ساحل
2- اصلاح توزیع تنش برشی و دور کردن منطقه با تنش برشی بیشتر از ساحل خارجی
3- ایجاد استهلاک انرژی در محل قوس خارجی
ب: کاهش نیروی گریز از مرکز با ملایم کردن قوس
ج: افزایش مقاومت برشی خاک ساحل
1- مسلح کردن خاک ساحل به صورت سازه ای و یا استفاده از درختان با ریشه های عمیق
2- کاهش فشارهای منفذی با ایجاد زهکش های مناسب
د: کاهش شیب رودخانه و کاهش شرایط هیدرولیکی جریان که باعث فرسایش می شوند
اطلاعات هندسی رودخانه مورد نظر شامل مقاطع عرضی، برداشت گردد.
مشخصات مکانیک خاکی (ژئوتکنیکی)خاک ساحل شامل منحنی دانه بندی ، ضرائب مقاومت برشی، میزان فشارهای منفذی در طول سال، تهیه پروفیلی عمقی از ساحل تا عمقی دو برابر ارتفاع ساحل.
با استفاده از روابط مورد نظر میزان تنش برشی یا سرعت بحرانی خاک ساحل در عمق های مختلف محاسبه شود.
دبی طرح مشخص شود( 5ساله تا 25 ساله).
شرایط مرزی پایین دست(منحنی دبی اشل و یا فرض جریان یکنواخت) و نیز شرایط جریان در مرز بالادست(هیدروگراف ورودی و یا فرض جریان ماندگارو یا منحنی دبی اشل) مشخص شود.
با استفاده از مدل های ریاضی مشخصات جریان شامل تنش برشی و سرعت جریان در مقاطع عرضی محاسبه گردد.
علل فرسایش سواحل با بازدید های مکرر و کسب اطلاعات از افراد محلی مشخص گردد
روش مناسب برای تثبیت ساحل تعیین گردد.
مراحل محاسباتی
روش های کنترل
بازدید از منطقه طرح (تخریب سواحل)
بازدید از پروژه های مهندسی رودخانه از اولین اقدامات باید باشد. در بازدید دنبال چه باشیم؟
وسایلی که در بازدید همرا داشته باشیم: نقشه و عکس هوائی از موقعیت پروژه، دوربین عکاسی و فیلم برداری، GPS، متر، دفتر یادداشت و خودکار، همراه داشتن افراد محلی آشنا، کلاه، لباس و کفش مناسب پیاده روی، قمقمه و البته خوراکی ساده و پر انرژی و آب کافی.
در حین رفتن مواظب باشید که راه های دسترسی را خوب روی نقشه مشخص کنید، روستاهای نزدیک به محل پروژه و امکاناتی نظیر برق در نزدیک پروژه، معادن شن و ماسه و سنگ و نیز نزدیکترین کارخانه سیمان و سایر مصالح مورد نیاز یادداشت گردد.
بازدید از منطقه طرح (تخریب سواحل)
در محل پروژه سعی کنید با پیاده روی بر روی ساحل، پایین ترین نقطه ساحل که امکان پذیر است عکس زیاد بگیرید.
با قرار گیری در مقابل جریان( نگاه به بالا دست) شرایط نزدیک شدن جریان را به محل پروژه بررسی و عکس بگیرید و کروکی رودخانه و الگوی جریان را رسم کنید.
با نگاه به سمت پایین دست نحوه خروج جریان از محل پروژه را بررسی و مشابه فوق عکس و کروکی خود را تکمیل کنید.
هر نوع تورفتگی ساحل، بیرون زدگی ساحل، جزائر(کوچک و بزرگ)، در کروکی شما مشخص شود و اندازه تقریبی آنها را حدس و بنویسید.
با بررسی ساحل نوع تخریب ، مکان تخریب، ابعاد تخریب را مشخص و در کروکی خود منعکس کنید.
در عمیق ترین نقطه ساحل که قرار دارید لایه بندی خاک ساحل را سعی کنید تشخیص دهید. نقاطی را که دارای رطوبت بیش از نقاط دیگر ساحل هستند بررسی و در کروکی مشخص کنید. مسیر زه آب را در صورت امکان مشخص کنید.
با قرار گیری بر روی ساحل ترک های افقی و عمقی نزدیک ساحل را بررسی کنید و در صورت مشاهده با ابزاری که در اختیار دارید عمق و طول و فاصله از لبه ساحل را اندازه گیری کنید.
بازدید از منطقه طرح (تخریب سواحل)
نوع پوشش گیاهی اطراف ساحل را بنویسید (اسم محلی گونه ها را بپرسید). نقاطی از ساحل که عاری از پوشش هستند و نیز نقاط پوشیده از گیاه را روی کروکی خود مشخص کنید.
نوع کشاورزی اراضی اطراف پروژه، وجود هرنوع صنایعی که زهکش به سمت رودخانه دارد(نظیر استخرهای پرورش ماهی) را بررسی و در کروکی خود تعیین کنید.
نحوه برداشت آب از رودخانه و دسترسی افراد محلی و نیز حیوانات آنها را به رودخانه جویا شوید.
بازدید باید تا فاصله مطمئنی بالا دست و پایین دست محل پروژه را شامل شود.
در بازدید سعی نکنید دلیل قطعی برای تخریب پیدا کنید بلکه دلایل تخریب را که به ذهنتان می رسد با اولویت یادداشت کنید
در بازدید از GPS زیاد استفاده کنید و مرتب عکس و فیلم بگیرید، عکس و فیلم بگیرید، عکس و فیلم بگیرید
با تشکر از
همراهی صممیمانه شما