نشریه شماره ۴۱۷

رودخانه‌ها و آبراهه‌ها تحت تأثیر عوامل طبیعی و یا دخالت‌های انسان دچار فرسایش بستر، فرسایش كنار‌ه‌ها و جابه‌جایی عرضی می‌شوند. فرسایش رودخانه‌ای به نوبه خود موجب بروز خطرات و خسارات عدیده‌ای برای اراضی مجاور رودخانه‌ها و مستحدثات ساحلی می‌شود، به طوری كه سالانه میلیون‌ها تن از خا‌ك‌های با ارزش اراضی حاشیه رودخانه‌ها دچار فرسایش شده و علاوه بر هدر رفتن خاك با ارزش، موجب از بین رفتن زمین‌های كشاورزی و پرشدن مخازن سدها و كاهش عمر مفید آنها و همچنین ایجاد مشكلات زیادی در بهره برداری از تأسیسات آبگیری و انتقال آب می‌شود.

استفاده از ضوابط، معیارها و استانداردها در مراحل مختلف پیدایش، مطالعات توجیهی، طراحی تفصیلی‌، اجرا‌، را‌ه‌اندازی‌، بهره‌برداری و نگهداری طر‌ح ها و پروژ‌ه‌ها موجب ساماندهی عرصه، كاهش هزینه‌ها و نیز مانع بهر‌ه‌برداری بی‌رویه از منابع می‌شود. نشریه شماره ۴۱۷ به عنوان راهنمایی برای معرفی روش‌های مهار فرسایش و تثبیت رودخانه‌ها، بیان اصو‌ل طراحی سازه‌های كنترل فرسایش و شرایط ا‌حداث آنها، ارائه شده است‌. در این نشریه همچنین توصیه‌هایی عمومی برای اجرا و نگهداری این سازه‌ها بیان شده است.

تعاریف و تقسیم بندی رودخانه

مهندسی رودخانه علمی است كه هدف آن استفاده حداكثر از رودخانه‌ها برای رفع نیازهای اقتصادی و ارتباطی و به حداقل رساندن خطرات و زیان‌های ناشی از آن‌ها است. علی رغم سابقه طولانی استفاده انسان از رودخانه، مهندسی رودخانه به صورت كلاسیك سابقه چندانی نداشته و نسبت به سایر زمینه‌های علمی؛ ناشناخته و جوان‌تر است و به همین دلیل انجام مطالعات بیشتر دراین زمینه، لازم به نظر می‌رسد.

الگوی رودخانه

مطالعه الگو یا شكل پلان یك رودخانه برای حفاظت آن از اثرات جانبی دخالت بشر در رودخانه یا حریم آن، از قبیل عملیات پل سازی، ضروری است. سه گروه الگو برای رودخانه مستقیم، شریانی و پیچانرودی وجود دارد.

رودخانه‌های مستقیم

رودخانه‌هایی را گویند كه طول آن‌ها حدود ده برابر عرض آبراهه مستقیم باشند. رودخانه‌ای كه مستقیم است معمولاً از لحاظ استاتیكی نیز پایدار است.

رودخانه‌های شریانی

این رودخانه‌ها معمولاً ناپایدار بوده و می‌توانند مقادیر زیادی از رسوب را حمل كنند كه در نتیجه در دامنه‌های طولی كوتاه ته نشینی رسوب و با افزایش شیب انتقال رسوب بیشتر را می‌دهد. تل‌های ته نشین شده اغلب بزرگتر شده و جریان را منحرف می‌كنند و باعث تغییر محل موقعیت آبراهه می‌شوند. رودخانه‌های شریانی سواحل خود را فرسایش می‌دهند، آب شستگی بستر و شكل هندسی آ نها متناسب با دبی، شیب دره، و رسوب ورودی از بالادست است. این رودخانه‌ها دارای دشت سیلابی در كناره آبراهه هستند و گاهی جریان از سواحل و كناره‌ها سرریز كرده و در عرض دشت سیلابی پخش می‌شود.

رودخانه‌های پیچانرودی

این رودخانه‌ها بسیار متداولند، و به ندرت دارای الگوی با قاعده سینوسی هستند. این رودخانه‌ها معمولاً از لحاظ دینامیكی پایدار هستند. نوسانات مقطع آنها تقریباً حول یك موقعیت متوسط از الگوی جریان حركت كرده و به پایین دست پیشرفت می‌كند. طول موج پیچانرود رودخانه‌های آبرفتی حدود ۶ برابر عرض كانال است در حالی كه شعاع پیچانرود می‌تواند تا ۱۷ برابر عرض‌ آبراهه باشد.

هندسه و هیدرولیك رودخانه‌ها

هندسه یك رودخانه شامل عرض رودخانه، عمق، شكل سطح مقطع، شیب و راستای آن است. این موارد بستگی به چند عامل دبی، مشخصات بستر و مصالح كناری، مقدار رسوب حمل شده توسط رودخانه و توانایی انتقال رسوب موجود از منابع بالادست دارد. روش رضایت بخشی از محاسبه تغییرات هندسه رودخانه وجود ندارد كه بتواند برای تمامی رودخانه‌ها قابل استفاده باشد. آنچه موجود است چند روش تجربی و نیمه تجربی تحلیلی است. هر كدام از آ‌نها محدود به رودخانه با مشخصه‌های منحصر به فرد خود است. تنها هدف و منظور این نوشتار خلاصه و چكیده‌ای از رو‌ش‌های مهم‌تر به منظور محاسبه هندسه رودخانه‌های پایدار استاتیكی و پایدار دینامیكی است. ‌

فرسایش

كلمه فرسایش كه در انگلیسی و فرانسه به آن اروژن و اروزیون‌ می‌گویند از ریشه لاتین ارودری به معنی ساییدگی است و عبارت است از ساییده شدن سطح زمین. به طور كلی فرسایش به فرآیندی گفته می‌شود كه طی آن ذرات از بستر اصلی خود جداشده و به كمك یك عامل انتقال دهنده به مكانی دیگر حمل می‌شود. در صورتی كه عامل جد اكننده ذرات ‌از بستر و انتقال آ‌نها آب باشد به آن فرسایش آبی گفته می‌شود.

عوامل مؤثر بر فرسایش در رودخانه

عوامل موثر در فرسایش و تخریب دیوار‌ه‌های حفاظت نشده از سه دسته عوامل، فرایندهای ریخت شناسی‌، دخالت بشر‌ و فرسایش موضعی ‌ناشی می‌شود. منظور از فرایندهای ریخت شناسی، مجموعه عواملی است كه در رسیدن رودخانه به یك تعادل پویا دخالت دارند و عمدتاً شامل فرایندهای فیزیكی، شیمیا‌یی و هیدرولیكی است كه در تقابل با ویژگی‌های زمین شناسی، ژئومرفولوژی و پوشش گیاهی موثر هستند. به طور كلی عوامل موثر بر فرسایش در رودخانه را می‌توان به سه گروه عمده زیر تقسیم‌بندی كرد.

‌عوامل فیزیكی

این عوامل عبارتند از شرایط آب و هوایی منطقه مورد نظر، ویژگی‌های هندسی و مصالح دیواره‌ها و بستر و دخالت انسان با ایجاد سازه در كناره‌ ها و بستر رودخانه نظیر احداث پل و آ‌بشكن.

‌عوامل شیمیایی

ویژگی‌های شیمیایی خاك به خصوص در مورد خا‌ك‌های ریزدانه رسی و همچنین تأثیر كیفیت شیمیایی آب از نظر قدرت اسیدیته آن در حل مواد چسبنده ذرات هستند. به علت كندی سرعت زهكشی، اثر این عوامل در مقایسه با عوامل دیگر به خصوص در مورد خاك‌هایی كه قابلیت زهكشی مناسبی دارند ناچیز است.

‌عوامل هیدرولیكی

جریان آب در مقطع اصلی بستر رودخانه از عوامل اصلی فرسایش و تخریب دیواره‌ها به شمار می‌آید كه شدت تأثیر این عوامل بستگی به دبی جریان، سرعت، عمق، شیب‌، غلظت بار رسوبی كف و بار معلق‌، دانسیته و گرانروی آب و ویژگی‌های مواد بستر دار‌د‌. در صورتی كه تنش برشی مؤثر بر جداره و بستر از تنش برشی بحرانی آن بیشتر باشد، اولاً جریان اقدام به شستن و حمل مواد تشكیل دهنده جداره نموده و ثانیاً با شسته شدن بستر، ارتفاع و شیب دیواره افزایش یافته و دیواره در اثر نیروهای ثقلی تخریب شده و ریزش می‌نماید.

معرفی روش‌های مهار فرسایش و تثبیت رودخانه‌ها

در طرح‌های كنترل فرسایش، تعیین دامنه، ترتیب و تركیب مطالعات پایه و همچنین تبیین مبانی طراحی مستلزم توجه فراگیر به مجموعه عوامل رودخانه‌ای و ویژگی‌های رفتاری خاك و به خصوص ارتباط و اثرات متقابل آنها با یكدیگر بوده و پی شبینی عكس العمل رودخانه در قبال اقدامات كنتر‌لی را طلب می‌كند. در این ارتباط نقش رفتار هیدرولیكی رودخانه از دیدگاه تبیین مبانی طراحی با توجه به تاثیر مستقیم آن در فعل و انفعالات مرفولوژیك و ساختاری سازه‌ای و بالاخص پیش بینی عملكرد طرح‌های كنترل فرسایش از اهمیت خاصی برخوردار است‌. مفاهیمی چون دبی غالب، سیل طراحی، عرض تعادلی، ظرفیت انتقال و غیره از جمله مبانی طراحی مهم و زیر بنا‌یی در حیطه هیدرولیك جریان تلقی می‌شوند كه عملكرد مطلوب، استحكام و پایداری سیستم‌های كنترل فرسایش عموماً د‌ر گرو بهر‌ه‌گیری منطقی و كارشناسانه از فرایندهای هیدرولیكی و چگونگی تركیب و تلفیق آنها با عوامل زمین ساختی‌، ژئوتكنیكی، مرفولوژیكی و سایر پارامترهای تاثیر گذار در طرح سیستم‌های كنترل فرسایش است.

تثبیت بستر رودخانه

رودخانه‌ها اغلب تحت تأثیر عوامل طبیعی و یا دخالت‌های انسانی دستخوش تغییرات مورفولوژیك می‌شوند كه فرسایش بستر یا كف كنی و گود افتادگی ممتد و مستمر از جمله موارد بارز آن تلقی میشود. حركات تكتونیكی و دگرگونی‌های ژئومرفولوژیكی ناشی از آن را می‌توان در زمره عوامل طبیعی مؤثر در پدیده فرسایش بستر عنوان نمود‌. پایین افتادن تراز آب دریا و یا دریاچه‌ها نیز از دیگر عوامل طبیعی است كه آغاز فرسایش بستر و گودافتادگی تدریجی در رودخانه‌های منتهی به دریا و دریاچه را سبب می‌شود. انسان نیز با دخالت‌های خود تعادل موجود را بر هم زده و موجبات ناپایداری و تشدید بستر شویی را فراهم می‌آورد. احداث سد بر روی رودخانه و یا كاهش عرض مقطع‌، استخراج معادن شن و ماسه و بطور كلی بسیاری از اقدامات مهندسی نظیر تثبیت كنار‌ه‌‌ها، ایجاد میان برها، احداث پل، استفاده از سیلابدشت و مسیر رودخانه برای جاده سازی و سایر فعالیت‌های عمرانی و عملیات ساماندهی هر یك به نوعی در فرآیند فرسایش و گودافتادگی بستر مؤثر است. آشفتگی ایجاد شده توسط سیلاب نیز می‌تواند سبب ایجاد گودال‌هایی عمیق در زیر جداره شود و كف كانال بالادست را متلاشی نماید.