سال گذشته دانشیار دانشگاه ایلام اعلام کرد که رسوبات انباشته شده در سدها یکی از مهم ترین مشکلات اساسی این استان در حوزه آب است که برای حل آن ها باید هر جه سریع تر چاره اندیشی شود. رسوبات و معضلاتی که به وجود می آوردند همیشه پای ثابت اخبار هیدرولوژی، همایش ها و بررسی های روز دنیاست. در این مقاله به سراغ این ذرات ریز دردسر ساز می رویم و به ماهیت حمل رسوب، بار معلق و بار بستر می پردازیم. به طور کلی رسوب یا ته نشست به هر ذره ای که توسط جریات سیال، منتقل شده و سرانجام نهشته ( Deposit ) شود، گفته می شود. رسوبات در اکثر مواقع توسط آب (فرآیندهای رودخانه ای)، باد (فرآیندهای بادی) و یخچال های طبیعی منتقل می شوند. نهشته های ساحل و رودخانه ها نمونه هایی از انتقال و نهشتگی رودخانه ای هستند، هرچند که رسوبات، اغلب خارج از آب ساکن یا آرام دریاچه ها و اقیانوس ها، ته نشین می شوند. تپه های شنی بیابان نیز نمونه هایی از انتقال بادی هستند و نهشته های سنگ های یخچالی و مورن یا Moraine (به خرده سنگ ها و مواد دیگری گفته می شود که به علت جابجایی یخچال های طبیعی بر جای می مانند) هم نمونه هایی از رسوبات منتقل شده یخی هستند.
حمل رسوب
ذرات خاک هایی که از بستر طبیعی خود جدا می شوند همگی همراه با جریان آب به حرکت در نیامده بلکه قسمتی دوباره در جای دیگر ته نشین می شود. آن چه همراه با آب حرکت می کند و به مخزن سد یا هر نقطه دیگر می رسد بار رسوب یا میزان تولید رسوب گفته می شود. اگر به مقدار کل خاکی که در یک حوضه فرسایش می یابد فرسایش ناخالص اطلاق شود نسبت حمل رسوب (Sediment Delivery Ratio) عبارت است از:
هر چه سطح حوضه بزرگتر باشد فرسایش ناخالص زیادتر و نسبت حمل رسوب در آن کوچکتر خواهد بود. از عوامل مهمی که بر نسبت حمل رسوب در یک حوضه موثرند عبارتند از:
- توپوگرافی سطح حوضه
- خصوصیات باران و سیل
- خصوصیات فیزیوگرافی حوضه
- خصوصیات خاک حوضه
برای تخمین نسبت حمل رسوب ( SDR ) فرمول های مختلفی ارائه شده است که از آن جمله می توان معادله های زیر را نام برد. حالت (الف) برای فرمول هایی در نظر گرفته شده است که بر اساس مساحت استوارند. فرمول زیر برای حوضه هایی است با مساحت کمتر از 10 میل مربع ( هر میل مربع 2.58 کیلومتر مربع است):
فرمول زیر برای حوضه هایی با مساحت بین 10 تا 100 میل مربع صادق است:
و فرمول زیر برای حوضه هایی است با مساحت بین 100 تا 1000 میل مربع :
حال (ب) شامل فرمول هایی است که بر اساس خصوصیات فیزیوگرافی حوضه استوارند و در این فرمول ها A مساحت حوضه بر حسب میل مربع، R اختلاف ارتفاع بین بلندترین و پایین ترین نقطه حوضه بر حسب فوت است، L طول حوضه آبریز بر حسب فوت و B نسبت انشعاب رودخانه های حوضه می باشد ( هر فوت 0.3 متر است).
ماهیت بار رسوب
بار رسوبی ( Total Sediment Load ) که توسط رودخانه جابجا می شود از 1- بار شسته ( Wash Load ) و 2- بار مواد بستر ( Bed-Material Load ) تشکیل شده است. بار شسته به رسوباتی گفته می شود که از سطح حوضه آبریز نشات می گیرد و نه از بستر رودخانه. این رسوبات عمدتا ریزدانه بوده و اندازه آن ها از 0.05 میلی متر کوچکتر بوده و در ردیف سیلت قرار می گیرند. بار شسته همراه با جریان رودخانه به صورت معلق جابجا می شود. بار مواد بستری به آن بخش از رسوبات رودخانه گفته می شود که منشا آن ها کف رودخانه است. این مواد ممکن است یا به دلیل سنگینی در همان کف رودخانه باقی مانده و همراه با جریان آب به صورت پرش، غلتیدن و یا لغزش روی بستر در حرکت باشند. این رسوبات را نمی توان با نمونه گیری های بار معلق اندازه گیری کرد. به این مواد بار بستر (Bed Load) گفته می شود. از طرف دیگر رسوباتی نیز از مواد بستر وجود دارند که به دلیل سبک بودن در آب، معلق بوده و همراه با جریان آب حرکت می کنند. به طور کلی مقدار رسوباتی که توسط آب رودخانه ها حمل شده و ممکن است وارد مخازن سدها گردد به دو گروه تقسیم بندی می شود و بار کل رسوب یک رودخانه از مجموع این دو بار تشکیل می شود:
- رسوباتی که در آب معلق اند و در بالای بستر رودخانه همراه با آب حرکت می کنند. به این مواد بار معلق ( Suspended Load ) گفته می شود.
- رسوباتی که در سطح بستر رودخانه همراه با جریان آب به جلو غلتیده می شوند. به این نوع رسوبات بار بستر ( Bed Load ) گفته می شود.
بار معلق: بار معلق به مجموعه موادی گفته می شود که در آب به صورت معلق وجود دارد. بار معلق بر حسب گرم در لیتر یا کیلوگرم در متر مکعب توصیف می شود و آن عبارت از مقدار گرم مواد رسوبی است که در هر لیتر جریان آب رودخانه به صورت معلق وجود دارد. برای تخمین بار معلق از جریان رودخانه نمونه گیری می شود. در آزمایشگاه پس از جدا نمودن مواد رسوبی به وسیله کاغذ صافی رسوب را خشک می کنند و بعد از وزن کردن، غلظت رسوب را بر حسب گرم در لیتر می سنجد. برای نمونه گیری از مواد معلق رودخانه به روش های مختلف عمل می شود. ساده ترین روش نمونه گیری آن است که چند شیشه نمونه برداری را به صورت پشت سر هم به یک میله می بندیم و آن را در داخل جریان آب قرار می دهیم. به طوریکه دهانه شیشه در مقابل جریان قرار گیرند. چون شیشه ها در ارتفاعات مختلف بسته شده اند نمونه گیری از نقاط مختلف به عمل آمده و این عمل امکان آن را فراهم خواهد ساخت تا میانگین بار معلق را در مقطع رودخانه محاسبه کنیم. دلیل نمونه گیری از اعماق مختلف آن است که با توجه به وزن معلق و متغیر بودن سرعت جریان آب در عمق های مختلف دبی رسوبات معلق نیز در هر عمقی متفاوت است.
بار بستر: اندازه گیری بار بستر در رودخانه ها به مراتب مشکل تر از اندازه گیری بار معلق است. به همین دلیل در اکثر موارد فقط به اندازه گیری بار معلق اکتفا شده و سپس بار بستر به عنوان درصدی از بار معلق ( معمولا بین 10 تا 50 درصد ) تخمین زده می شود. به عنوان مثال وضعیتی را در نظر بگیرید که بار معلق 233 کیلوگرم در متر مکعب و با بستر 30 درصد بار معلق فرض شود در این صورت برای بار بستر رقمی معادل 233×30% یا 69.9 کیلوگرم در متر معکب در نظر گرفته می شود. در بسیاری از گزارشات هیدرولوژی پس از تخمین بار معلق 5 تا 25 درصد و حتی در بعضی موارد تا 25 درصد به عنوان بار بستر به آن اضافه می کنند تا بار کل یه دست آید. در اندازه گیری بار بستر نیز روش های گوناگونی به کار برده می شود که از جمله نمونه گیری نوع بشقابی و نمونه گیری های گودالی است. در نمونه گیری های بشقابی سینی هایی دارای دو دیواره دایره ای می باشند در کف روخانه جای گذاری می شوند تا مواد بستر در داخل لبه های سینی محبوس شود. با خارج کردن سینی و اندازه گیری وزن مواد بستر می توان غلظل مواد بستر را محاسبه کرد. نمونه گیری های گودالی در کف رودخانه و زیر بستر تعبیه می شوند. در قسمت عقب دهانه نمونه گیر، صفحه توری شکلی قرار می گیرد تا مواد بستر پس از برخورد با آن به داخل گودال لریزند. با اندازه گیری وزن مواد جمع شده در داخل گودال می توان بار بستر را تخمین زد.
