نشریه شماره ۴۱۷
رودخانهها و آبراههها تحت تأثیر عوامل طبیعی و یا دخالتهای انسان دچار فرسایش بستر، فرسایش کنارهها و جابهجایی عرضی میشوند. فرسایش رودخانهای به نوبه خود موجب بروز خطرات و خسارات عدیدهای برای اراضی مجاور رودخانهها و مستحدثات ساحلی میشود، به طوری که سالانه میلیونها تن از خاکهای با ارزش اراضی حاشیه رودخانهها دچار فرسایش شده و علاوه بر هدر رفتن خاک با ارزش، موجب از بین رفتن زمینهای کشاورزی و پرشدن مخازن سدها و کاهش عمر مفید آنها و همچنین ایجاد مشکلات زیادی در بهره برداری از تأسیسات آبگیری و انتقال آب میشود.
استفاده از ضوابط، معیارها و استانداردها در مراحل مختلف پیدایش، مطالعات توجیهی، طراحی تفصیلی، اجرا، راهاندازی، بهرهبرداری و نگهداری طرح ها و پروژهها موجب ساماندهی عرصه، کاهش هزینهها و نیز مانع بهرهبرداری بیرویه از منابع میشود. نشریه شماره ۴۱۷ به عنوان راهنمایی برای معرفی روشهای مهار فرسایش و تثبیت رودخانهها، بیان اصول طراحی سازههای کنترل فرسایش و شرایط احداث آنها، ارائه شده است. در این نشریه همچنین توصیههایی عمومی برای اجرا و نگهداری این سازهها بیان شده است.
تعاریف و تقسیم بندی رودخانه
مهندسی رودخانه علمی است که هدف آن استفاده حداکثر از رودخانهها برای رفع نیازهای اقتصادی و ارتباطی و به حداقل رساندن خطرات و زیانهای ناشی از آنها است. علی رغم سابقه طولانی استفاده انسان از رودخانه، مهندسی رودخانه به صورت کلاسیک سابقه چندانی نداشته و نسبت به سایر زمینههای علمی؛ ناشناخته و جوانتر است و به همین دلیل انجام مطالعات بیشتر دراین زمینه، لازم به نظر میرسد.
الگوی رودخانه
مطالعه الگو یا شکل پلان یک رودخانه برای حفاظت آن از اثرات جانبی دخالت بشر در رودخانه یا حریم آن، از قبیل عملیات پل سازی، ضروری است. سه گروه الگو برای رودخانه مستقیم، شریانی و پیچانرودی وجود دارد.
رودخانههای مستقیم
رودخانههایی را گویند که طول آنها حدود ده برابر عرض آبراهه مستقیم باشند. رودخانهای که مستقیم است معمولاً از لحاظ استاتیکی نیز پایدار است.
رودخانههای شریانی
این رودخانهها معمولاً ناپایدار بوده و میتوانند مقادیر زیادی از رسوب را حمل کنند که در نتیجه در دامنههای طولی کوتاه ته نشینی رسوب و با افزایش شیب انتقال رسوب بیشتر را میدهد. تلهای ته نشین شده اغلب بزرگتر شده و جریان را منحرف میکنند و باعث تغییر محل موقعیت آبراهه میشوند. رودخانههای شریانی سواحل خود را فرسایش میدهند، آب شستگی بستر و شکل هندسی آ نها متناسب با دبی، شیب دره، و رسوب ورودی از بالادست است. این رودخانهها دارای دشت سیلابی در کناره آبراهه هستند و گاهی جریان از سواحل و کنارهها سرریز کرده و در عرض دشت سیلابی پخش میشود.
رودخانههای پیچانرودی
این رودخانهها بسیار متداولند، و به ندرت دارای الگوی با قاعده سینوسی هستند. این رودخانهها معمولاً از لحاظ دینامیکی پایدار هستند. نوسانات مقطع آنها تقریباً حول یک موقعیت متوسط از الگوی جریان حرکت کرده و به پایین دست پیشرفت میکند. طول موج پیچانرود رودخانههای آبرفتی حدود ۶ برابر عرض کانال است در حالی که شعاع پیچانرود میتواند تا ۱۷ برابر عرض آبراهه باشد.
هندسه و هیدرولیک رودخانهها
هندسه یک رودخانه شامل عرض رودخانه، عمق، شکل سطح مقطع، شیب و راستای آن است. این موارد بستگی به چند عامل دبی، مشخصات بستر و مصالح کناری، مقدار رسوب حمل شده توسط رودخانه و توانایی انتقال رسوب موجود از منابع بالادست دارد. روش رضایت بخشی از محاسبه تغییرات هندسه رودخانه وجود ندارد که بتواند برای تمامی رودخانهها قابل استفاده باشد. آنچه موجود است چند روش تجربی و نیمه تجربی تحلیلی است. هر کدام از آنها محدود به رودخانه با مشخصههای منحصر به فرد خود است. تنها هدف و منظور این نوشتار خلاصه و چکیدهای از روشهای مهمتر به منظور محاسبه هندسه رودخانههای پایدار استاتیکی و پایدار دینامیکی است.
فرسایش
کلمه فرسایش که در انگلیسی و فرانسه به آن اروژن و اروزیون میگویند از ریشه لاتین ارودری به معنی ساییدگی است و عبارت است از ساییده شدن سطح زمین. به طور کلی فرسایش به فرآیندی گفته میشود که طی آن ذرات از بستر اصلی خود جداشده و به کمک یک عامل انتقال دهنده به مکانی دیگر حمل میشود. در صورتی که عامل جد اکننده ذرات از بستر و انتقال آنها آب باشد به آن فرسایش آبی گفته میشود.
عوامل مؤثر بر فرسایش در رودخانه
عوامل موثر در فرسایش و تخریب دیوارههای حفاظت نشده از سه دسته عوامل، فرایندهای ریخت شناسی، دخالت بشر و فرسایش موضعی ناشی میشود. منظور از فرایندهای ریخت شناسی، مجموعه عواملی است که در رسیدن رودخانه به یک تعادل پویا دخالت دارند و عمدتاً شامل فرایندهای فیزیکی، شیمیایی و هیدرولیکی است که در تقابل با ویژگیهای زمین شناسی، ژئومرفولوژی و پوشش گیاهی موثر هستند. به طور کلی عوامل موثر بر فرسایش در رودخانه را میتوان به سه گروه عمده زیر تقسیمبندی کرد.
عوامل فیزیکی
این عوامل عبارتند از شرایط آب و هوایی منطقه مورد نظر، ویژگیهای هندسی و مصالح دیوارهها و بستر و دخالت انسان با ایجاد سازه در کناره ها و بستر رودخانه نظیر احداث پل و آبشکن.
عوامل شیمیایی
ویژگیهای شیمیایی خاک به خصوص در مورد خاکهای ریزدانه رسی و همچنین تأثیر کیفیت شیمیایی آب از نظر قدرت اسیدیته آن در حل مواد چسبنده ذرات هستند. به علت کندی سرعت زهکشی، اثر این عوامل در مقایسه با عوامل دیگر به خصوص در مورد خاکهایی که قابلیت زهکشی مناسبی دارند ناچیز است.
عوامل هیدرولیکی
جریان آب در مقطع اصلی بستر رودخانه از عوامل اصلی فرسایش و تخریب دیوارهها به شمار میآید که شدت تأثیر این عوامل بستگی به دبی جریان، سرعت، عمق، شیب، غلظت بار رسوبی کف و بار معلق، دانسیته و گرانروی آب و ویژگیهای مواد بستر دارد. در صورتی که تنش برشی مؤثر بر جداره و بستر از تنش برشی بحرانی آن بیشتر باشد، اولاً جریان اقدام به شستن و حمل مواد تشکیل دهنده جداره نموده و ثانیاً با شسته شدن بستر، ارتفاع و شیب دیواره افزایش یافته و دیواره در اثر نیروهای ثقلی تخریب شده و ریزش مینماید.
معرفی روشهای مهار فرسایش و تثبیت رودخانهها
در طرحهای کنترل فرسایش، تعیین دامنه، ترتیب و ترکیب مطالعات پایه و همچنین تبیین مبانی طراحی مستلزم توجه فراگیر به مجموعه عوامل رودخانهای و ویژگیهای رفتاری خاک و به خصوص ارتباط و اثرات متقابل آنها با یکدیگر بوده و پی شبینی عکس العمل رودخانه در قبال اقدامات کنترلی را طلب میکند. در این ارتباط نقش رفتار هیدرولیکی رودخانه از دیدگاه تبیین مبانی طراحی با توجه به تاثیر مستقیم آن در فعل و انفعالات مرفولوژیک و ساختاری سازهای و بالاخص پیش بینی عملکرد طرحهای کنترل فرسایش از اهمیت خاصی برخوردار است. مفاهیمی چون دبی غالب، سیل طراحی، عرض تعادلی، ظرفیت انتقال و غیره از جمله مبانی طراحی مهم و زیر بنایی در حیطه هیدرولیک جریان تلقی میشوند که عملکرد مطلوب، استحکام و پایداری سیستمهای کنترل فرسایش عموماً در گرو بهرهگیری منطقی و کارشناسانه از فرایندهای هیدرولیکی و چگونگی ترکیب و تلفیق آنها با عوامل زمین ساختی، ژئوتکنیکی، مرفولوژیکی و سایر پارامترهای تاثیر گذار در طرح سیستمهای کنترل فرسایش است.
تثبیت بستر رودخانه
رودخانهها اغلب تحت تأثیر عوامل طبیعی و یا دخالتهای انسانی دستخوش تغییرات مورفولوژیک میشوند که فرسایش بستر یا کف کنی و گود افتادگی ممتد و مستمر از جمله موارد بارز آن تلقی میشود. حرکات تکتونیکی و دگرگونیهای ژئومرفولوژیکی ناشی از آن را میتوان در زمره عوامل طبیعی مؤثر در پدیده فرسایش بستر عنوان نمود. پایین افتادن تراز آب دریا و یا دریاچهها نیز از دیگر عوامل طبیعی است که آغاز فرسایش بستر و گودافتادگی تدریجی در رودخانههای منتهی به دریا و دریاچه را سبب میشود. انسان نیز با دخالتهای خود تعادل موجود را بر هم زده و موجبات ناپایداری و تشدید بستر شویی را فراهم میآورد. احداث سد بر روی رودخانه و یا کاهش عرض مقطع، استخراج معادن شن و ماسه و بطور کلی بسیاری از اقدامات مهندسی نظیر تثبیت کنارهها، ایجاد میان برها، احداث پل، استفاده از سیلابدشت و مسیر رودخانه برای جاده سازی و سایر فعالیتهای عمرانی و عملیات ساماندهی هر یک به نوعی در فرآیند فرسایش و گودافتادگی بستر مؤثر است. آشفتگی ایجاد شده توسط سیلاب نیز میتواند سبب ایجاد گودالهایی عمیق در زیر جداره شود و کف کانال بالادست را متلاشی نماید.
روشهای کنترل فرسایش در بستر رودخانه
فرسایش بازهای و یا عمومی و فراگیر در رودخانهها را عموماً میتوان توسط دو روش ذیل تحت کنترل درآورد.
- کنترل فرسایش با افزایش مقاومت بستر در مقابل نیروی برشی جریان
- کنترل فرسایش با کاهش پتانسیل انتقال و یا افزایش سطح آب
فهرست مطالب نشریه شماره ۴۱۷
تعاریف و تقسیم بندی رودخانه
- الگوی رودخانه
- هندسه و هیدرولیک رودخانه
- فرسایش
- روش تثبیت و بسترسازی یک پارچه رودخانه
معرفی روشهای مهار فرسایش و تثبیت رودخانهها
- روشهای حفاظت سواحل رودخانهها بر اساس عملکرد ساهها
- روشهای حفاظت رودخانه بر اساس نوع مصالح پوششی
- ویژگیهای سازههای تثبیت رودخانه
- آب شستگی
اصول طراحی سازههای مهار فرسایش در رودخانه
- سازههای مهار فرسایش کناری
- پارامترهای مهم درطراحی آبشکنها
- روشهای مستقیم حفاظت دیواره (پوششها)
- دیوارهای وزنی
- سازههای مهار فرسایش بستر رودخانه
دستورالعملها و توصیهها
- نکات عمومی در اجرای سازهها
- نکات عمومی در نگهداری سازهها
عنوان و متن نامرتبط هستند