بررسي صحرايي آستانه فرسايش كانالي، در طرح‌هاي پخش سيلاب

Field evaluation of channel erosion threshold in flood water spreading projects

يكي از نيازهاي ا‌ساسي در طراحي طرح‌هاي پخش سيلاب، بررسي پديده فرسايش و رسوب و ارايه دستورالعمل تعيين فاصله كانال‌هاي پخش، در شرايط محيطي مختلف است. نقش اين كانال‌ها كاهش قدرت كنشي جريان سطحي بوده و فاصله بين آن‌ها بايد به‌گونه­اي طراحي شود كه پارامترهاي هيدروليكي جريان، قبل از رسيدن به آستانه فرسايش توسط خاك‌ريز پايين‌دست كاهش يابد. از طرف ديگر در طرح‌هاي پخش سيلاب پارامترهاي محيطي مختلفي نظير شيب اراضي، بافت خاك، پوشش گياهي و مقاومت برشي سطح خاك بر هيدروليك جريان و فرسايش موثر بوده و لازم است با مراجعه به طبيعت و شبيه ­سازي جريان سطحي، تاثير پارامترهاي محيطي را به‌طور واقعي بررسي كرد. هدف از اين تحقيق بررسي پديده فرسايش و رسوب به‌منظور تعيين محل تشكيل آستانه فرسايش كانالي، در شرايط محيطي پخش سيلاب در گربايگان فسا بوده است. در اين تحقيق از يك دستگاه فلوم صحرايي از جنس آهن سياه به‌طول 120 متر و عرض و ارتفاع 40 و 25 سانتي‌متر استفاده شد و با شبيه‌سازي جريان سطحي به ارتفاع 10 سانتي‌متر، پارامترهاي شدت جريان جاري در فلوم و عمق متوسط جريان در مقاطع عرضي متوالي، به‌طور مستقيم اندازه‌گيري شده و ساير پارامترها از جمله سرعت متوسط جريان و تنش برشي جريان با استفاده از معادلات موجود محاسبه شده‌اند. همچنين به‌منظور بررسي پديده فرسايش و رسوب در طول بستر فلوم، اطلاعات رقومي بستر در مقاطع عرضي متوالي كه به فاصله يك‌متر از يك‌ديگر قرار داشتند، در دو مرحله قبل و بعد از هر آزمايش اندازه­گيري شده تا از طريق مقايسه و محاسبه عمق فرسايش و يا رسوب در طول بستر فلوم، محل تشكيل سركانال مشخص گردد. نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد پديده فرسايش و رسوب، متناسب با تغييرات تنش برشي جريان به‌طور پراكنده در طول بستر فلوم انجام مي­شود. در همين رابطه پارامتر تنش برشي جريان هم در طول بستر فلوم، متناسب با شيب و ضريب زبري بستر، متغير بوده و مقدار آن در فاصله 75 متري از ابتداي فلوم به بيشينه مي‌رسد. از طرف ديگر بر‌اساس اطلاعات رقومي بستر فلوم در مقاطع عرضي متوالي، در مراحل قبل و بعد از هر آزمايش بيشينه عمق فرسايش 3 سانتي‌متر در فاصله 75 متري از ابتداي فلوم تشكيل شده است. بنابراين اگر عمق 3 سانتي‌متري فرسايش را به‌عنوان سركانال فرض كنيم، فاصله آستانه فرسايش كانالي از ابتداي فلوم در اين تحقيق 75 متر بوده و مي­ توان آن‌را به‌عنوان فاصله مناسب بين كانال­ هاي پخش، در ايستگاه كوثر توصيه نمود.

Erosion and sedimentation study and design of the distance between spreading channels are basic requirement in flood water spreading projects. Different environmental parameters including topography and slope, soil texture, vegetation cover and flow resistance affect the hydraulic characteristics of the flood water spreading area. So it is necessary to investigate the effect of environmental parameters according to natural conditions and simulation of overland flow. This study was done in the Gareh Bygone plain, in the south of Fasa city. An open hydraulic flume with 120 m length, 0.4 m width and 0.25 depth was used to simulate concentrated overland flow with 0.1 m depth. Three experiments were examined and for each experiment, discharge flow and mean flow depth were measured directly and other parameters such as mean velocity and shear stress were calculated. Erosion or sedimentation depths were calculated by comparing flume bed elevations in the cross sections with one meter intervals. Results of this study show that erosion and sedimentation phenomena were changed with the increase or the decrease in trends of shear stress along the flume and shear stress parameter were also changed with bed slope and roughness coefficient and became maximum at 75 m from the top end of the flume. On the other hand, according to the bed elevations of cross sections in two steps maximum erosion depth occurred at 75 m from the start of the flume which was confirmed with maximum shear stress. So, we can conclude that channel erosion threshold was established in 75 m from the top end of the flume and it can be considered as channel spreading distance.