مواد معلق PDF

# فصل نوزدهم / فرسایش و رسوب ۸۴۳ ## ۱۹- محاسبه دبی متوسط مواد معلق برای محاسبه دبی رسوب و یا مقدار مواد معلقی که در دراز مدت (مثلاً یک سال از رودخانه عبور می کند) از روشهای گوناگونی استفاده می شود. روش ترسیمی منحنی دوام مواد رسوبی ساده ترین و در عین حال عملی ترین روشی است که در پروژه های کوچک آبی...

# فصل نوزدهم / فرسایش و رسوب ۸۴۳ ## ۱۹- محاسبه دبی متوسط مواد معلق برای محاسبه دبی رسوب و یا مقدار مواد معلقی که در دراز مدت (مثلاً یک سال از رودخانه عبور می کند) از روشهای گوناگونی استفاده می شود. روش ترسیمی منحنی دوام مواد رسوبی ساده ترین و در عین حال عملی ترین روشی است که در پروژه های کوچک آبی می توان از آن استفاده نمود. در این روش به ترتیب عملیات زیر انجام می شود. 1. دبی رسوبات معلق با توجه به دبی آب بر حسب تن در روز محاسبه می شود. مثلاً چنانچه غلظت رسوب 510 میلی گرم در لیتر و دبی جریان 27 متر مکعب در ثانیه باشد. مقدار رسوب برابر 1189/728 = (510 / 0 × 24 × 3600 × 27) تن در روز خواهد بود. 2. منحنی همبستگی دبی آب و دبی رسوب بر اساس نتایج حاصله از نمونه برداریها رسم شود. 3. منحنی دوام دراز مدت (سالانه) آب رودخانه با استفاده از دبی های روزانه رسم گردد. 4. با استفاده از منحنیهای فوق به روشی که در مثال زیر آورده شده است میزان مواد معلق محاسبه گردد. ## مثال ۱۹-۹ با توجه به نمونه های رسوب در ایستگاه رسوب سنجی یک حوضه می خواهیم مقدار رسوباتی که سالانه وارد مخزن سدی که روی رودخانه این حوضه ساخته شده است محاسبه کنیم. بر اساس نمونه گیریهای انجام شده که در آن دبی آب و دبی رسوب محاسبه شده است رابطه بین دبی رسوب مواد معلق و دبی آب مطابق شکل 19-9 در یک دستگاه محورهای مختصات لگاریتمی رسم شده است. همچنین منحنی تداوم جریان نیز که در آن تغییرات دبی رودخانه ای به ازای احتمالات مختلف شده است به صورت شکل 19-10 در اختیار است. این منحنی دبی رودخانه را به ازای احتمالات تجمعی نشان می دهد. با فرض این که وزن مخصوص مواد معلق 1/35 گرم در سانتی متر مکعب باشد می خواهیم حجم مواد معلق سالانه این رودخانه را بدانیم؟ اگر بار بستر این رودخانه 30 درصد بار معلق در نظر گرفته شود و وزن مخصوص مواد بستر 2/65 گرم در سانتی متر مکعب باشد حجم کل رسوبات سالانه چقدر است؟ چنانچه سطح حوضه 540 کیلومتر مربع باشد دبی ویژه دراز مدت مواد معلق، دبی ویژه بار بستر و دبی ویژه کل مواد جامد این حوضه چقدر است؟ ## حل برای محاسبه دبی ویژه دراز مدت جدول 19-4 را تشکیل می دهیم. در ستون اول این جدول حدود دسته های احتمال به درصد نوشته شده است. حدود این دسته ها اختیاری است اما سعی می شود حدود دسته ها در احتمالات بالا کم گرفته شود تا محاسبات دقیقتر باشد. ستون دوم جدول فواصل دسته های احتمالاتی را نشان می دهد. مثلاً در مورد اول که احتمال 0/01 تا 40 درصد را نشان می دهد فاصله 0.3999 درصد یا 0/3999 است. ### جدول ۱۹-۴- برآورد بار رسوبی دراز مدت | حدود دسته ها (درصد) | فواصل دسته ها | حد وسط دسته ها (درصد) | دبی آب متر مکعب در ثانیه | دبی رسوب تن در روز | دبی رسوب روزانه و دبی رسوب به تن در روز | دبی رسوب سالانه به تن | |---|---|---|---|---|---|---| | 0.01-40 | 0.3999 | 20 | 0.5 | 0.19 | 0.8 | 0.31 | | 40-50 | 0.1 | 45 | 0.7 | 0.07 | 2 | 0.2 | | 50-60 | 0.1 | 55 | 0.80 | 0.08 | 4 | 0.4 | | 60-70 | 0.1 | 65 | 0.90 | 0.09 | 7 | 0.7 | | 70-80 | 0.1 | 75 | 1.0 | 0.01 | 10 | 1 | | 80-90 | 0.1 | 85 | 1.3 | 0.13 | 21 | 2.1 | | 90-95 | 0.05 | 92.5 | 2.4 | 0.12 | 2000 | 100 | | 95-98 | 0.03 | 96.5 | 4.0 | 0.12 | 6500 | 195 | | 98-99 | 0.01 | 98.5 | 8.0 | 0.08 | 18000 | 180 | | 99-99.8 | 0.008 | 99.4 | 15 | 0.12 | 25000 | 200 | | 99.8-99.9 | 0.001 | 99.85 | 30 | 0.03 | 50000 | 50 | | 99.9-99.99 | 0.0009 | 99.945 | 43 | 0.03 | 60000 | 54 | | | | | | | | 784 | 1.07 | بطوری که از جدول 19-4 نتیجه گیری می شود دبی روزانه این رودخانه بطور عادی 1/07 متر مکعب در ثانیه و مقدار رسوبات معلق روزانه 784 تن می باشد. حال به محاسبات دیگر می پردازیم. * **حجم متوسط دراز مدت سالانه آب:** ``` 1.07 * 86400 * 365 = 33.7 میلیون متر مکعب ``` * **وزن متوسط دراز مدت مواد معلق:** ``` 784 * 365 = 286160 تن در سال ``` * **مقدار مواد معلق حاصله از هر کیلومتر مربع از حوضه:** ``` 286160 / 540 = 530 تن در سال در هر کیلومتر مربع ``` * **مقدار متوسط دراز مدت مواد بستر:** ``` 286160 * 0.3 = 85848 تن در سال ``` * **دبی ویژه دراز مدت مواد بستر در هر کیلومتر مربع از حوضه:** ``` 85848 / 540 = 159 تن در سال در هر کیلومتر مربع ``` * **دبی ویژه دراز مدت کل مواد رسوبی:** ``` (159 + 530) = 689 تن در سال در هر کیلومتر مربع ``` * **حجم کل مواد رسوبی معلق در سال:** ``` 286160 / 1.35 = 211970 متر مکعب ``` * **حجم کل مواد رسوبی بستر در سال:** ``` 85848 / 2.65 = 32395 متر مکعب ``` * **حجم کل مواد رسوبی:** ``` 32395 + 211970 = 244365 متر مکعب ``` ملاحظه می شود که اگر روی این رودخانه سد احداث گردد هر سال 244365 متر مکعب رسوب وارد مخزن این سد خواهد شد و اگر بخواهیم این سد مدت 50 سال عمر داشته باشد لازم است (50 × 244365) میلیون متر مکعب حجم مرده برای آن در نظر گرفته شود. البته برای محاسبه فرسایش و رسوب در حوضه های آبریز روشها و مدلهای تجربی زیادی به کار گرفته می شود که استفاده از آنها بستگی به نوع داده های موجود دارد. از جمله این روشها مدل کامپیوتری موسوم به 6-HEC است که توسط مرکز مهندسی هیدرولوژی آمریکا ارائه شده است. ## مثال ۱۹-۱۰ در حوضه یک رودخانه به مدت 6 سال اندازه گیری رسوب و دبی جریان صورت گرفته است که نتایج حاصله آن طی سالهای مختلف در جدول زیر نشان داده شده است. می خواهیم متوسط رسوب این حوضه را بر حسب تن در سال در هر 100 کیلومتر وسعت حوضه بدست آوریم. در مدت 50 سال عمر سدی که قرار است روی این رودخانه احداث شود چقدر رسوب در مخزن سد تجمع پیدا می کند. بین بار رسوب و آورد سالانه رودخانه یک رابطه رگرسیونی برقرار کرده و برای مدت 4 سالی که آمار رسوب وجود ندارد مقدار رسوب را تخمین بزنید . وسعت 7870 کیلومتر مربع است. ## حل با توجه به ارقام اندازه گیری دبی رسوب و آورد سالانه آب در سالهای مختلف که در جدول 5-19 آمده است خواهیم داشت: ### جدول ۱۹-۵ | سال | آورد سالانه M.m³ | دبی رسوب (M.ton) | |---|---|---| | ١٩٧٨-٧٩ | ۴۲۵۰ | - | | ١٩٧٩-٨٠ | ٨٣٢٤ | - | | ١٩٨٠-٨١ | ۳۷۵۰ | - | | ١٩٨١-٨٢ | ۱۲۹۲۰ | ۳/۸۲۶ | | ١٩٨٢-٨٢ | ۲۱۸۴ | ١٠/٣٠٩ | | ١٩٨۳-٨۴ | ۵۷۰۸ | ١۴/۱۸۲ | | ١٩٨۴-٨۵ | ۱۳۰۶۰ | ۶/۸۹۵ | | ١٩٨۵-٨۶ | ۴۱۴۵ | ۱۱/۲۱۴ | | ١٩٨۶-٨٧ | ۷۸۰۰ | ٢/٩٢ | | ١٩٨٧-٨٨ | ۲۸۴۶ | - | متوسط بار رسوب بر حسب داده های موجود : ```math 3.826+10.309+14.182+6.895+11.214+4.92 / 6 = 8.558 M.ton/year ``` - متوسط بار رسوب اگر فرض کنیم که بارکف معادل 10 درصد بار معلق باشد بار کل رصوب عبارت است از: ```math بار بستر + بار معلق - بار کل = 8.558 + (10) (8.558) = 9.414 M.ton/year ``` با فرض اینکه وزن مخصوص رسوبات 1/2 تن در متر مکعب باشد حجم رسوبات سالانه عبارت است از : ```math 9.414 / 1.2 = 7.85 M.m³ ``` - حجم رسوبات سالانه چنانچه عمر سد 50 سال باشد در این مدت حجم رسوب عبارت خواهد بود از : ```math 7.85 x 50 = 392.5 M.m³ ``` - حجم رسوب در 50 سال بعبارت دیگر در مدت 50 سال حجمی معادل 392/5 میلیون متر مکعب از رسوبات پر خواهد شد. اگر در مدت 6 سالی که هم آمار دبی سالانه آب (Q) و هم دبی رسوب (q) را داریم رابطه رگرسیونی غیر خطی برقرار کنیم چنین رابطه ای بصورت : ```math q = 0.25 Q^{0.937} ``` خواهد بود که از روی آن میتوان بار رسوب را برای سالهایی که آمار وجود ندارد تخمین زد. مثلاً در سال 79 - 1978 که دبی برابر 4250 میلیون متر مکعب است بار رسوب معلق 627/67 میلیون تن خواهد شد که حجم کل رسوب 6/842 میلیون متر مکعب برآورد می شود.