بررسی راههای هیدرولیکی برآورد بار رسوبی رودخانه ها

مهندسی عمران
دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران – سازه های هیدرولیکی بررسی راههای هیدرولیکی برآورد بار رسوبی رودخانه ها چکیده: برآورد رسوب و تعیین رابطه ای که بتواند دقیق ترین برآورد را داشته باشد همواره یکی از مهم ترین مسایل در زمینه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، برای مدیریت بهتر منابع آب و آبهای ذخیره شده در مخازن سدها بوده است .برای تعیین رابطه مناسب در هر منطقه باید شرایط منطقه مورد مطالعه را با شرایطی که هر یک از روابط در آن شکل گرفته اند و با در نظر گرفتن محدودیت اطلاعات و داده ها که ممکن است در منطقه مورد مطالعه وجود داشته باشد ، به دقت مقایسه و بررسی کرد تا بتوان به جواب مناسب تر و منطقی تری که به واقعیت نزدیک باشد دست یافت. در این تحقیق ، تعدادی از معادلات بار بستر و بار معلق و بار کل بصورت مطالعه موردی برای رودخانه دوغ در استان گلستان مورد مطالعه و بررسی قرار گرفتند و همچنین تحلیل حساسیت روابط به پارامترهای موثر در انتقال رسوب مانند دبی ،سرعت و دانه بندی هم مورد بررسی قرار گرفتند تا بررسی شود که کدامیک از روابط به خطای ناشی از اندازه گیری ،حساسیت بیشتری دارند. با در دست داشتن بار معلق اندازه گرفته شده ،رابطه باگنولد به عنوان مناسب ترین رابطه بار معلق برای این منطقه انتخاب گردید. از طرفی با توجه به در دست نبودن اندازه گیری های مربوط به بار بستر و بار کل ،از مقایسه خود روابط با هم با توجه به ویژ گی های هر رابطه ،روابطی که ممکن است مناسب باشند،مشخص شدند.در تحلیل حساسیت هم روابطی که بیشترین و کمترین حساسیت را داشتند مشخص شدند . روابطی که دارای حساسیت بیشتری هستند باید در شرایطی مورد استفاده قرار بگیرند که اندازه گیری ها از دقت بالایی برخوردارند و در غیر اینصورت نتیجه بدست آمده از این روابط به هیچ وجه قابل اعتماد نمی باشد . کلمات کلیدی: برآورد رسوب بار رسوبی رودخانه ها محاسبه روابط بار رسوبی محاسبه بار رسوبی رودخانه رودخانه دوغ در استان گلستان مقدمه: مهندسین هیدرولیک و زمین شناس طی دو قرن اخیر،حرکت مواد رسوبی در رودخانه ها را مورد بررسی قرار داده اند،چرا که رفتار مواد رسوبی ،در هیدرولیک رودخانه و تغییر مورفولوژی آن حایز اهمیت است.طبیعت پیچیده انتقال رسوب و وابستگی آن به شرایط طبیعی، علم انتقال رسوب را به رشته ای تجربی و یا دست کم نیمه تجربی تبدیل کرده است .برآورد رسوب و تعیین رابطه ای که بتواند دقیق ترین برآورد را داشته باشد همواره یکی از مهم ترین مسایل در زمینه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، برای مدیریت بهتر منابع آب و آبهای ذخیره شده در مخازن سدها بوده است و تحقیقات بسیاری در این زمینه صورت گرفته ولی با وجود گذشت سالها تحقیق و بررسی در این زمینه هنوز رابطه ای که بتواند این مهم را برآورده کند وجود ندارد و اصولا این که انتظار داشته باشیم که به چنین رابطه ای دست یابیم امری غیر ممکن است چرا که شرایط هیدرولیکی و طبیعی و آزمایشگاهی که هریک از روابط انتقال در آن شکل گرفتند نمی تواند برای همه مناطق و شرایط پاسخگو باشد و برای دستیابی به رابطه ای که میزان برآورد بهتری به ما بدهد باید شرایط منطقه مورد مطالعه را با شرایطی که هر یک از روابط در آن شکل گرفته اند و با توجه به فرضیاتی که بر اساس آن بنا نهاده شده اند و محدوده کاربردی که دارند و با در نظر گرفتن محدودیت اطلاعات و داده ها که ممکن است در منطقه مورد مطالعه وجود داشته باشد ،به دقت مقایسه و بررسی کرد تا شاید بتوان به جواب مناسب تر و منطقی تری که به واقعیت نزدیک باشد دست یافت و به همین دلیل است که هیچکدام از توابع انتقال رسوب ارایه شده تاکنون نتوانسته اند کاملا در مجامع مهندسی پذیرفته شوند.چرا که هیچیک قادر به تخمین و محاسبه دقیق نرخ انتقال رسوب نیستند.این عدم دقت در نتایج حاصل از معادلات ،در رودخانه هایی که تحت تاثیر شرایط خاص جوی و طبیعی قرار دارند، آشکارتر است. فهرست مطالب چكیده 1 مقدمه 2 فصل اول : كلیات 1-1) هدف 3 1-2)پیشینه تحقیق 5 1-3)روش كار و تحقیق 12 فصل دوم : روابط رسوبی رودخانه دوغ گلستان مقدمه 13 2-1)انتقال بار بستر 2-2)روابط بار بستر 2-2-1)رابطه دوبویز 2-2-2)رابطه شیلدز 2-2-3)رابطه کالینسکی 2-2-4)رابطه چانگ سایمونز و ریچاردسون 2-2-5)رابطه میر پیتر 2-2-6)رابطه میر پیتر و مولر 2-2-7)رابطه شاکلیج1934 2-2-8)رابطه شاکلیج 1943 2-2-9)رابطه اینشتین 2-2-10)رابطه ونونی و بروکس 2-2-11)رابطه اینشتین براون 2-2-12)رابطه راتنر 2-2-13)رابطه فریجلینک 2-2-14)رابطه بایکر 2-2-15)رابطه ون راین 2-2-16)رابطه باگنولد 2-2-17)رابطه کیسی 2-3)بار معلق 2-4)روابط بار معلق 2-4-1)رابطه لین و کالینسکی 2-4-2)رابطه اینشتین 2-4-3)رابطه بروکس 2-4-4) رابطه چانگ سایمونز و ریچاردسون 2-4-5)رابطه باگنولد 2-4-6)رابطه ون راین 2-5)انتقال بار کل 2-6)روابط بار کل 2-6-1)رابطه توفالتی 2-6-2)رابطه باگنولد 2-6-3)رابطه انگلوند و هانسن 2-6-4)رابطه ایکرز و وایت 2-6-5)رابطه یانگ 2-6-6)رابطه لارسن 2-6-7)رابطه کلبی 2-6-8)رابطه شن و هیونگ 2-6-9)رابطه کریم و کندی 13 فصل سوم :معرفی مشخصات هیدرولیکی رودخانه دوغ گلستان 3-1)مشخصات رودخانه دوغ 3-2)مشخصات منحنی های دانه بندی منطقه 3-3)شکل مقطع عرضی رودخانه 69 فصل چهارم :روشهای محاسبه روابط بار رسوبی و بکارگیری آنها برای رودخانه دوغ گلستان 4-1)روش محاسبه بار بستر 4-1-1)رابطه دوبویز 4-1-2)رابطه شیلدز 4-1-3)رابطه کالینسکی 4-1-4)رابطه چانگ سایمونز و ریچاردسون 4-1-5)رابطه میر پیتر 4-1-6)رابطه میر پیتر و مولر 4-1-7)رابطه شاکلیج1934 4-1-8)رابطه شاکلیج 1943 4-1-9)رابطه اینشتین 4-1-10)رابطه ونونی و بروکس 4-1-11)رابطه اینشتین براون 4-1-12)رابطه راتنر 4-1-13)رابطه فریجلینک 4-1-14)رابطه بایکر 4-1-15)رابطه ون راین 4-1-16)رابطه باگنولد 4-1-17)رابطه کیسی 4-2)روش محاسبه بار معلق 4-2-1)رابطه لین و کالینسکی 4-2-2)رابطه اینشتین 4-2-3)رابطه بروکس 4-2-4)رابطه چانگ سایمونز و ریچاردسون 4-2-5)رابطه باگنولد 4-2-6)رابطه ون راین 4-3)روش محاسبه بار کل 4-3-1)رابطه توفالتی 4-3-2)رابطه باگنولد 4-3-3)رابطه انگلوند و هانسن 4-3-4)رابطه ایکرز و وایت 4-3-5)رابطه یانگ 4-3-6)رابطه لارسن 4-3-7)رابطه کلبی 4-3-8)رابطه شن و هیونگ 4-3-9)رابطه کریم و کندی 76 فصل پنجم:مقایسه و ارزیابی روابط و تحلیل حساسیت در رودخانه دوغ گلستان 5-1)مقایسه و ارزیابی نتایج 5-1-1)مقایسه مستقیم دقت معادلات انتقال رسوب با یکدیگر 5-1-2)خلاصه مقایسه ها و ارزیابی ها 5-1-3)روش های انتخاب توابع انتقال رسوب 5-2)تحلیل حساسیت 5-2-1)تحلیل حساسیت روابط به تغییرات دبی 5-2-2)تحلیل حساسیت روابط به تغییرات سرعت 5-2-3)تحلیل حساسیت روابط به تغییرات دانه بندی 5-3)نسبت بار بستر به معلق فصل ششم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات 6-1)نتیجه مقایسه روابط با یکدیگر 6-1-1)نتیجه گیری بار بستر 6-1-2)نتیجه گیری بار معلق 6-1-3)نتیجه گیری بار کل 6-1-4)نتیجه گیری تحلیل حساسیت 6-2) پیشنهادات منابع و ماخذ فهرست منابع فارسی 188 فهرست منابع لاتین 189 سایت های اطلاع رسانی 191 چكیده انگلیسی 192 فهرست جدول ها 1-1: خلاصه ای از پیشینه تحقیقات انجام شده در زمینه مورد مطالعه 2-1: خلاصه ای از روابط بار بستر مورد استفاده 2-2: خلاصه ای از روابط بار معلق مورد استفاده 2-3: خلاصه ای از روابط بار کل مورد استفاده 3-1: مشخصات اندازه قطرهای بدست آمده از 4 نمودار دانه بندی 3-2: محدوده دانه بندی رودخانه دوغ 3-3: مشخصات هیدرولیکی 4 اشل مختلف 4-1: مشخصات هیدرولیکی رودخانه دوغ در اشل 2 متر 4-2: برای نشان دادن مراحل حل رابطه توفالتی 4-3: برای نشان دادن مراحل حل رابطه توفالتی 4-4: برای نشان دادن مراحل حل رابطه توفالتی 4-5: برای نشان دادن مراحل حل رابطه توفالتی 4-6: برای نشان دادن مراحل حل رابطه توفالتی 4-7: برای نشان دادن مراحل حل رابطه توفالتی 5-1: تغییرات دبی رسوب بار بستر به دبی جریان 5-2: تغییرات شیب منحنی های حاصل از تحلیل حساسیت روابط بار بستر به تغییرات دبی جریان 5-3: تغییرات دبی رسوب بار معلق به دبی جریان 5-4: تغییرات شیب منحنی های حاصل از تحلیل حساسیت روابط بار معلق به تغییرات دبی جریان 5-5: تغییرات دبی رسوب بار کل به تغییرات دبی جریان 5-6: تغییرات شیب منحنی های حاصل از تحلیل حساسیت روابط بار کل به تغییرات دبی جریان 5-7: تغییرات دبی رسوب روابط بار بستر به تغییرات سرعت 5-8: تغییرات شیب منحنی های حاصل از تحلیل حساسیت روابط بار بستر به تغییرات سرعت 5-9: تغییرات دبی رسوب روابط بار معلق به تغییرات سرعت 5-10: تغییرات شیب منحنی های حاصل از تحلیل حساسیت روابط بار معلق به تغییرات سرعت 5-11: تغییرات دبی رسوب روابط بار کل به تغییرات سرعت 5-12: تغییرات شیب منحنی های حاصل از تحلیل حساسیت روابط بار کل به تغییرات سرعت 5-13: تغییرات دبی رسوب روابط بار بستر به تغییرات قطر دانه ها 5-14: تغییرات شیب منحنی های حاصل از تحلیل حساسیت روابط بار بستر به تغییرات قطر دانه ها 5-15: تغییرات دبی رسوب روابط بار معلق به تغییرات قطر دانه ها 5-16: تغییرات شیب منحنی های حاصل از تحلیل حساسیت روابط بار معلق به تغییرات قطر دانه ها 5-17: تغییرات دبی رسوب روابط بار کل به تغییرات قطر دانه ها 5-18: تغییرات شیب منحنی های حاصل از تحلیل حساسیت روابط بار کل به تغییرات قطر دانه ها 5-19:نسبت بار بستر به بار معلق برای اشل 2 متر 6-1: مقایسه روابط بار معلق فهرست نمودارها ارزیابی روشهای هیدرولیکی محاسبه بار رسوبی رودخانه ها 3-1: اولین نمودار دانه بندی منطقه 3-2: دومین نمودار دانه بندی منطقه 3-3: سومین نمودار دانه بندی منطقه 3-4: سومین نمودار دانه بندی منطقه 3-5: تغییرات غلظت به دبی جریان بر اساس اندازه گیری های 30 ساله 5-1: تغییرات دبی بار بستر رابطه دوبویز به تغییرات دبی جریان 5-2: تغییرات دبی بار بستر رابطه شیلدز به تغییرات دبی جریان 5-3: تغییرات دبی بار بستر رابطه کالینسکی به تغییرات دبی جریان 5-4: تغییرات دبی بار بستر میر پیتر به تغییرات دبی جریان 5-5: تغییرات دبی بار بستر میر پیتر و مولر به تغییرات دبی جریان 5-6: تغییرات دبی بار بستر شاکلیج 1934 به تغییرات دبی جریان 5-7: تغییرات دبی بار بستر شاکلیج1943 به تغییرات دبی جریان 5-8: تغییرات دبی بار بستر اینشتین به تغییرات دبی جریان 5-9: تغییرات دبی بار بستر اینشتین براون به تغییرات دبی جریان 5-10: تغییرات دبی بار بستر ونونی و بروکس به تغییرات دبی جریان 5-11: تغییرات دبی بار بستر راتنر به تغییرات دبی جریان 5-12: تغییرات دبی بار بستر فریجلینک به تغییرات دبی جریان 5-13: تغییرات دبی بار بستر بایکر به تغییرات دبی جریان 5-14: تغییرات دبی بار بستر ون راین به تغییرات دبی جریان 5-15: تغییرات دبی بار بستر کیسی به تغییرات دبی جریان 5-16: تغییرات کل روابط بار بستر به تغییرات دبی جریان 5-17: تغییرات دبی بار معلق اینشتین به تغییرات دبی جریان 5-18: تغییرات دبی بار معلق چانگ سایمونز به تغییرات دبی جریان 5-19: تغییرات دبی بار معلق باگنولد به تغییرات دبی جریان 5-20: تغییرات دبی بار معلق ون راین به تغییرات دبی جریان 5-21: تغییرات کل روابط بار معلق به تغییرات دبی جریان 5-22: تغییرات دبی بار کل توفالتی به تغییرات دبی جریان 5-23: تغییرات دبی بار کل انگلوند و هانسن به تغییرات دبی جریان 5-24: تغییرات دبی بار کل ایکرز و وایت به تغییرات دبی جریان 5-25: تغییرات دبی بار کل لارسن به تغییرات دبی جریان 5-26: تغییرات دبی بار کل شن و هیونگ به تغییرات دبی جریان 5-27: تغییرات دبی بار کل کریم و کندی به تغییرات دبی جریان 5-28: تغییرات دبی بار کل ون راین به تغییرات دبی جریان 5-29: تغییرات دبی بار کل اینشتین به تغییرات دبی جریان 5-30: تغییرات کل روابط بار کل به تغییرات دبی جریان 5-31: تغییرات دبی بار بستر رابطه دوبویز به تغییرات سرعت 5-32: تغییرات دبی بار بستر رابطه شیلدز به تغییرات سرعت 5-33: تغییرات دبی بار بستر رابطه کالینسکی به تغییرات سرعت 5-34: تغییرات دبی بار بستر رابطه میر پیتر به تغییرات سرعت 5-35: تغییرات دبی بار بستر رابطه میر پیتر و مولر به تغییرات سرعت 5-36: تغییرات دبی بار بستر رابطه شاکلیج1934 به تغییرات سرعت 5-37: تغییرات دبی بار بستر رابطه شاکلیج1943 به تغییرات سرعت 5-38: تغییرات دبی بار بستر رابطه اینشتین به تغییرات سرعت 5-39: تغییرات دبی بار بستر اینشتین براون به تغییرات سرعت 5-40: تغییرات دبی بار بستر ونونی و بروکس به تغییرات سرعت 5-41: تغییرات دبی بار بستر راتنر به تغییرات سرعت 5-42: تغییرات دبی بار بستر فریجلینک به تغییرات سرعت 5-43: تغییرات دبی بار بستر بایکر به تغییرات سرعت 5-44: تغییرات دبی بار بستر ون راین به تغییرات سرعت 5-45: تغییرات دبی بار بستر کیسی به تغییرات سرعت 5-46: تغییرات کل روابط بار بستر به تغییرات سرعت 5-47: تغییرات دبی بار معلق اینشتین به تغییرات سرعت 5-48: تغییرات دبی بار معلق چانگ سایمونز به تغییرات سرعت 5-49: تغییرات دبی بار معلق باگنولد به تغییرات سرعت 5-50: تغییرات دبی بار معلق ون راین به تغییرات سرعت 5-51: تغییرات کل روابط بار معلق به تغییرات سرعت 5-52: تغییرات دبی بار کل توفالتی به تغییرات سرعت 5-53: تغییرات دبی بار کل انگلوند و هانسن به تغییرات سرعت 5-54: تغییرات دبی بار کل ایکرز و وایت به تغییرات سرعت 5-55: تغییرات دبی بار کل لارسن به تغییرات سرعت 5-56: تغییرات دبی بار کل شن و هیونگ به تغییرات سرعت 5-57: تغییرات دبی بار کل کریم کندی به تغییرات سرعت 5-58: تغییرات دبی بار کل ون راین به تغییرات سرعت 5-59: تغییرات دبی بار کل اینشتین به تغییرات سرعت 5-60: تغییرات دبی تمام روابط بار کل به تغییرات رسوب 5-61: تغییرات دبی بار بستر دوبویز به تغییرات قطر دانه 5-62: تغییرات دبی بار بستر شیلدز به تغییرات قطر دانه 5-63: تغییرات دبی بار بستر کالینسکی به تغییرات قطر دانه 5-64: تغییرات دبی بار بستر میر پیتر به تغییرات قطر دانه 5-65: تغییرات دبی بار بستر میر پیتر و مولر به تغییرات قطر دانه 5-66: تغییرات دبی بار بستر شاکلیج1934 به تغییرات قطر دانه 5-67: تغییرات دبی بار بستر شاکلیج1943 به تغییرات قطر دانه 5-68: تغییرات دبی بار بستر اینشتین به تغییرات قطر دانه 5-69: تغییرات دبی بار بستر اینشتین براون به تغییرات قطر دانه 5-70: تغییرات دبی بار بستر ونونی و بروکس به تغییرات قطر دانه 5-71: تغییرات دبی بار بستر راتنر به تغییرات قطر دانه 5-72: تغییرات دبی بستر فریجلینک به تغییرات قطر دانه 5-73: تغییرات دبی بار بستر بایکر به تغییرات قطر دانه 5-74: تغییرات دبی بار بستر ون راین به تغییرات قطر دانه 5-75: تغییرات دبی بار بستر کیسی به تغییرات قطر دانه 5-76: تغییرات دبی کل روابط بار بستر به تغییرات قطر دانه 5-77: تغییرات دبی بار معلق اینشتین به تغییرات قطر دانه 5-78: تغییرات دبی بار معلق چانگ سایمونز به تغییرات قطر دانه 5-79: تغییرات دبی بار معلق باگنولد به تغییرات قطر دانه 5-80: تغییرات دبی بار معلق ون راین به تغییرات قطر دانه 5-81: تغییرات دبی بار معلق اینشتین و باگنولد به تغییرات قطر دانه 5-82: تغییرات دبی بار معلق چانگ سایمونز و ون راین به تغییرات قطر دانه 5-83: تغییرات دبی بار کل توفالتی به تغییرات قطر دانه 5-84: تغییرات دبی بار کل انگلوند و هانسن به تغییرات قطر دانه 5-85: تغییرات دبی بار کل ایکرز و وایت به تغییرات قطر دانه 5-86: تغییرات دبی بار کل لارسن به تغییرات قطر دانه 5-87: تغییرات بار کل شن و هیونگ به تغییرات قطر دانه 5-88: تغییرات بار کل کریم و کندی به تغییرات قطر دانه 5-89: تغییرات بار کل اینشتین به تغییرات قطر دانه 5-90: تغییرات تمام روابط بار کل به تغییرات قطر دانه فهرست شكل‌ها 2-1: نمودار شیلدز برای آستانه حرکت 2-2: رابطه بار بستر کالینسکی 2-3: ضریب بر اساس فلوم های آزمایشگاهی با بستر ماسه ای 2-4: تعیین x بر حسب 2-5: منحنی تغییرات بر حسب نرخ انتقال بار رسوب 2-6: ضرایب تصحیح بار بستر اینشتین 2-7: منحنی تغییرات بر حسب در تابع بار بستر اینشتین 2-8: منحنی های مشخص کننده پارامترهای بی بعد روش اصلاح شده اینشتین 2-9: منحنی معادله در روش اینشتین براون 2-10: مقادیر و در تابع انتقال بار بستر باگنولد 2-11: رابطه بین سرعت سقوط نسبی و ضریب 2-12: مقادیر ضریب بر حسب پارامترهای A و Z 2-13: مقادیر ضریب بر حسب پارامترهای A و Z 2-14: تابع انتقال بار معلق بروکس 2-15: رابطه بین Z و Z1 2-16: نمودار تغییرات ضریب بر حسب و 2-17: نمودار تغییرات ضریب بر حسب و 2-18: پارامترهای و k در روش توفالتی 2-19: رابطه بین قطر الک و سرعت سقوط ذرات 2-20: تابع در روش لارسن 2-21: رابطه بین رسوبات ماسه ای و سرعت جریان بازای قطر میانه دانه های بستر و عمق جریان های مختلف در آب 60 درجه فارنهایت 2-22: اثر دمای آب و غلطت ذرات ریزدانه های معلق بر رابطه حاکم بین دبی رسوبات ماسه ای و متوسط سرعت جریان 3-1: شکل مقطع عرضی رودخانه 5-1: درصد بار بستر به معلق