تعیین استهلاک انرژی در رودخانه های کوهستانی

به گزارش ایسنا، عباس ترابی زاده، فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «ارزیابی میدانی هیدرولیک جریان و استهلاک انرژی در بازه های پله-گوداب رودخانه های کوهستانی» گفت: بازه های کوهستانی نقش مهمی در انتقال آب و رسوب از سرشاخه ها به لایه های پایین رودخانه را به عهده دارند.

وی با تاکید بر اهمیت بازه های پله-گوداب به عنوان نوعی از بازه های رودخانه های کوهستانی گفت: تعیین مقاومت و استهلاک انرژی در این بازه ها امری مهم و ضروری به شمار می رود.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر با تاکید بر اینکه بسیاری از بازه های پله-گوداب از درون روستاها عبور می کنند، گفت: بنابراین نقش پارامترهای هیدرولیکی و مورفولوژیکی این بازه ها در تهیه طرح هادی روستایی و تهیه طرح های ساماندهی رودخانه را نمی توان نادیده گرفت.

به گفته ترابی زاده، برخی از کاربردهای مطالعه بر روی بازه های پله-گوداب رودخانه های کوهستانی  شامل «تعیین حد بستر رودخانه در مناطق شهری و روستایی»، «تعیین میزان خودپالایی رودخانه»، «ایجاد نقاط گردشگری مناسب» و «توسعه شهری در مناطق کوهستانی» می شوند.

وی تاکید کرد: وجود بیش از ۱۵۰ مقاله در زمینه بازه های پله-گوداب رودخانه های کوهستانی که ۷۵ درصد این مقالات مطالعه صحرایی بوده، حاکی از اهمیت این رودخانه ها است و لزوم انجام مطالعه صحرایی بر روی این بازه ها در ایران را دو چندان می کند.

وی ادامه داد: در طول دهه‌های گذشته، مورفولوژی بازه های پله-گوداب به‌طور کامل مورد بررسی قرارگرفته است ولی بررسی هیدرومورفولوژیکی این بازه ها با توجه به تاثیر پارامترهای مختلف، بسیار پیچیده است. این پیچیدگی به خصوص در صورت حضور سازه های مصنوعی (سرریز دراپ و سازه های کنترل شیب) مضاعف می شود.

ترابی زاده اضافه کرد: از این رو جهت انجام پروژه های ترمیم رودخانه ناگزیر به ارتقای دانش هیدرولیکی خود در مورد این بازه ها هستیم.

وی گفت: در حقیقت، ارزیابی صحیح شرایط جریان در رژیم‌های مختلف به ما امکان می‌دهد تا کیفیت طراحی را از نظر پایداری پله-گوداب، کاهش خطر سرریز سد پایین دست و پیش‌بینی اثرات هیدرولوژیکی در خروجی حوضه بهبود ببخشیم.

ترابی زاده با اشاره به روند این پروژه گفت: بستر رودخانه‌های پله-گوداب به لحاظ وضعیت توپوگرافی و شیب تند مسیر، طوری با شرایط جریان سازگاری یافته است که انرژی آب را در طول رودخانه مستهلک می‌کند. بستر این نوع رودخانه‌ها مانند رودخانه‌های مئاندری دارای نوسان است ولی از آنجایی که جنس سواحل رودخانه در مناطق کوهستانی عمدتاً سنگی است و فرسایش در این نواحی کمتر است، لذا نوسان بستر این بازه‌ها در امتداد عمودی صورت می‌گیرد. زمانی که جریان از روی تاج پله به درون گوداب سقوط می‌کند، سهم عمده‌ای از انرژی آب مستهلک می‌شود.

وی ادامه داد:علاوه بر اختلاف ارتفاع عوامل دیگری نیز در استهلاک انرژی در بازه های پله-گوداب نقش دارند.

این محقق خاطر نشان کرد: در این پژوهش با اندازه گیری صحرایی در سه بازه پله-گوداب رودخانه های کوهستانی، استهلاک انرژی  و مقاومت جریان را با تعیین عوامل موثر بر آنها همچون ارتفاع پله، طول پله، شعاع هیدرولیکی، قطر ذرات رسوب، سرعت بر روی تاج پله، عرض سطح آب و عمق هیدرولیکی بررسی کردیم.

وی ادامه داد: در ادامه رابطه هایی برای تخمین استهلاک انرژی بین دو پله و ضریب بی بعد مقاومت جریان در بازه های پله-گوداب با در نظرگرفتن پارامترهای تاثیرگذار قابل اندازه گیری ارائه کردیم.

به گفته وی، نتیجه این پروژه در مهندسی آب، مهندسی رودخانه و مهندسی عمران قابل کاربرد است.

مجری طرح اضافه کرد: استفاده از روابط ارائه شده در این پژوهش جهت تهیه برنامه رایانه ای پیش بینی خصوصیات جریان در بازه های پله-گوداب رودخانه های کوهستانی نیز ادامه این پروژه خواهد بود.

ترابی زاده با اشاره به ویژگی های طرح گفت: با استفاده از روابط ارائه شده در این پژوهش فقط با داشتن عمق آب روی پله و ارتفاع پله قادر خواهیم بود عمق آب درون گوداب، سرعت برخورد آب به سطح آب درون گوداب، طول گوداب، سرعت جریان آب در پله بعدی و استهلاک انرژی بین دو پله را به دست آوریم.

وی تاکید کرد: محاسبه استهلاک انرژی در داخل کشور انجام نشده و در خارج کشور نیز این کار با اندازه گیری ارتفاع آب درون گوداب توسط یک فرد ایتالیایی در سال ۲۰۱۵ انجام شده است که با توجه به اینکه در گوداب ها جریان بسیار متلاطم است و اندازه گیری سرعت جریان را با خطا مواجه می کند این رابطه در دبی های بالا قابل استفاده نیست؛ بنابراین در این پژوهش فقط با اندازه گیری های سرعت و دبی در تاج پله ها استهلاک انرژی محاسبه شده است.

مجری طرح با اشاره به مزیت های رقابتی طرح گفت: در بازه های پله-گوداب اندازه گیری پارامترهای هندسی و هیدرولیکی به خصوص هنگامی که رودخانه در دره واقع شده است و دیواره های رودخانه بلند است، کاری بسیار دشوار و غیرممکن است. بنابراین رابطه ای که با استفاده از آن بتوان با اندازه گیری سرعت، پارامترهای هندسی و مورفولوژیکی یک پله، استهلاک انرژی بین دو پله را بدست آورد، بسیار راهگشاست.

ترابی زاده گفت: با استفاده از روابط تحلیلی به دست آمده فقط با داشتن عمق آب روی پله و ارتفاع پله، می توان عمق آب درون گوداب، سرعت برخورد جت آب به سطح آب درون گوداب، طول گوداب، سرعت جریان آب در پله بعدی و استهلاک انرژی بین دو پله را به دست آورد.

وی عنوان کرد: همچنین با رابطه تجربی ضریب مقاومت جریان و استهلاک انرژی نسبی به دست آمده، می توان با اندازه گیری سرعت، پارامترهای هندسی و مورفولوژیکی یک پله، ضریب مقاومت جریان و استهلاک انرژی نسبی بین دو پله را به دست آورد.

بر اساس اعلام دانشگاه امیرکبیر، استادراهنمای این پروژه احمد طاهر شمسی، عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر بوده است.

منبع:ایسنا