خانه / آبخیزداری وهیدرولوژی / فرسایش دیواره رودخانه
فرسایش دیواره رودخانه

فرسایش دیواره رودخانه

فرسایش دیواره رودخانه:

در این بین فرسایش خاک یکی از بزرگترین چالشها و موارد مورد ابتلا در سطح جهان بشمار میرود. بر اساس امار ارائه شده توسط دایره کشاورزی امریکا بیش از یک سوم اراضی قابل کشت جهان در خلال سالهای ۱۹۵۰ -۲۰۰۰  تخریب شده و از بین رفته اند. نرخ فرسایش خاک در بیشتر اراضی مناطق اسیا، افریقا و امریکای جنوبی بین ۱۵-۱۰ تن در هکتار در سال است که بسیار نگران کننده میباشد. در عین حال بیش از ۹۰ درصد اراضی زراعی جهان با نرخ فرسایشی بزرگتر از نرخ جایگزینی  خاک روبرو هستند.
اشکال مختلف فرسایش بویژه فرسایش آبی هر یک نقش موثری در روند موجود ایفا میکنند.  در بین اشکال مختلف فرسایش ، فرسایش کناری یکی از مهمترین و موثرترین آنهاست که علاوه بر از بین بردن و تخریب اراضی حاصلخیز حاشیه رودخانه بعنوان مهمترین منبع غیر نقطه ای آلاینده که رسوبات بسیار بالایی را تولید میکند شناخته میشود. در مطالعه و بررسی تولید رسوب سالانه حوزه باید به فرسایش کناری اهمیت ویژهای قائل شد . در بسیاری از مطالعات فرسایش و رسوب که در سطح کشور انجام میگیرد عمدتا بر روی انواع فرسایش که در سطح حوزه های ابخیز روی میدهد توجه میگردد و فرسایش کناری کمتر مورد توجه قرار میگیرد . در حالیکه در بسیاری از حوزه های آبخیز رسوبات ناشی از فرسایش کناری سهم عمده ای را در میزان رسوبات تولید شده حوزه دارند. روسگون ( ۱۹۷۶) نشان داده که بیش از ۴۹ درصد رسوبات تولید شده در یک حوزه ۱۴۰۰۰ هکتاری در کلرادو ناشی از فرسایش کناری در طول ۵ کیلومتر از رودخانه east fork  است . مطالعات جدید در امریکا حاکی از انست که بیش از ۸۰ درصد از رسوبات تولید شده در اراضی لسی جنوب امریکا ناشی از فرسایش کناری است ( سیمون و همکاران ۱۹۹۶).

p19792lcr


پیامدهای فرسایش کناری فقط به تولید رسوبات محدود نمیگردد بلکه باعث بروز تغییرات و ناپایداریها در رودخانه و نهایتا تغییر الگوی رفتاری رودخانه میگردد.  لذا جهت مقابله با این پدیده و کاهش اثرات مخرب ان نیاز به شناخت پدیده فرسایش کناری و مکانیزم وقوع آن است .

فرایند فرسایش کناری رودخانه ها :
رودخانه به لحاظ پویایی که در طبیعت ان نهفته است در صدد رسیدن به یک تعادل پایدار است . در حالت تعادل معمولا فرسایش در یک بازه در بالا دست رودخانه تقریبا با میزان رسوبگذاری در بازه دیکری در پایین دست برابری میکند. حتی اگر به رودخانه هایی که ظاهرا پایدار به نظر میرسند نیز دقت گردد تغییرات مسیر رودخانه در دوره زمانی بلند مدت قابل مشاهده خواهد بود. اما اگر دخالتها و فعالیتهای انسانی این تعادل را بر هم زند باعث افزایش نرخ فرسایش در رودخانه خواهد شد و منافع سایر انسانها و حیات جانوری رودخانه را به مخاطره خواهد انداخت. رودخانه قادر به تخریب اراضی ارزشمند کشاورزی ، جاده ها و سایر سازه های احداث شده در حاشیه آن خواهد بود.
مهمترین مانع در راه مقابله با فرسایش کناری عدم شناخت  عملکرد برخی پیشنهادهای اصلاحی در حاشیه رودخانه است . بعنوان مثال اجرای پروژهای جهت مقابله با جریان مازاد رودخانه در دشت سیلابی ان باعث هدایت جریان مازاد به پایین دست و تشدید فرسایش و سیلاب در ان محدوده گردد. مثال دیگر میتوان به اجرای پروژه تثبیت دیواره در یک بازه از رودخانه اشاره کرد که منجر به تغییر برخی مشخصات هیدرولیکی جریان میگردد و ممکن است در یک بازه دیگر در پایین دست فرسایش را تشدید نماید.
از انجایی که فرسایش کناری یک پدیده طبیعی در رودخانه بشمار میرود و در اثر ان انرژی جریان مستهلک شده و تحلیل میرود لذا در برخی شرایط مناسب این است که رودخانه به حال خود رها شده و از دخالت در روند پیچیده و دینامیک رودخانه حذر نمود. اتخاذ اینگونه تصمیمات نیاز به اشنایی عمیقتر با رفتار رودخانه و مکانیزم فرسایش و تخریب دیواره ها دارد.


۲- فرسایش و رسوبگذاری طبیعی (natural erosion & sedimentation)

 

اکثر رودخانه ها در بازه های کم شیب وبا  مصالح  فرسایش پذیر تمایل به ماندری شدن و ایجاد قوس دارند. حتی در رودخانه هایی که مسیر مستقیم دارند  این روند منجر به ایجاد مسیرهای فرعی جریان و مناطق کم عمق و عمیق خواهد شد. حرکت سریع آب در قوس خارجی باعث ایجاد تنشهای برشی بالا و نهایتا  فرسایش دیواره و در قسمتهای داخلی که سرعت جریان و تنش برشی  کم میشود باعث رسوبگذاری میگردد. این عمل باعث افزایش الگوی ماندری رودخانه و ایجاد موانع و جزایر در داخل مسیر میگردد. شکلهای زیر نحوه ایجاد موانع و محلهای تمرکز تنش برشی را در یک بازه  نشان میدهند.

 

bank erosion

شکل ۱- نحوه ایجاد موانع و گسترش ماندر

 


bank erosion

 

                         شکل۲ محل تمرکز تنش برشی در قوس رودخانه


عمل ماندری شدن باعث افزایش طول ابراهه و نتیجتا استهلاک انرژی جریان در مسیری طولانی تر میگردد.. قوسهای ایجاد شده در یک پیچ رودخانه ممکن است به قدری تند گردد که قوس قبلی را قطع کرده و باعث ایجاد مناطق حایل کوچکی در بین قوس قدیم و جدید گردد که با وقوع سیلاب بعدی این منطقه به زیر آب رفته و یا شسته شود و نهایتا مسیری جدیدتر و مستقیم تشکیل گردد. شکل زیر نحوه وقوع این پدیده را نشان میدهد.

bank erosion

 

شکل ۳- نحوه ایجاد ماندرهای متقاطع و جرایر هلالی

پیچ قدیمی در این مرحله از بدنه رودخانه جدا شده و به شکل یک هلال یا یک کمان در می اید. این فرایند، معمول ترین روش کاهش شیب رودخانه ها و رسوبگذاری مواد حمل شده توسط جریان روخانه است . توسعه دشت سیلابی در طول زمان ناشی از این توالی عمل فرسایش و رسوبگذاری است . بنابر این رودخانه در دشت سیلابی عنصری ذاتا متحرک و تغییر پذیر است و متوقف ساختن این حرکت بسیار پرهزینه و مشکل بوده و ممکن است به بروز مشکلاتی در پایین دست منجر شود.


۳- شناخت فرسایش کناری و تخریب دیواره:
حرکت جریان آب رودخانه باعث بروز فرسایش کناری میگردد. از آنجا که عوامل متعددی در محل و نیز بالا دست حوزه آبخیز رودخانه حرکت رودخانه را متاثر میسازند توجه به جمیع جوانب چه در بالا دست حوزه و جه در محل فرسایش بسیار مهم و اساسی است. نکته ای که باید به ان توجه داشت این است که فرسایش کناری و تخریب دیواره های یک رودخانه دو فرایند کاملا متمایز از یکدیگر میباشند هر چند که اغلب توام با هم روی میدهند. فرسایش کناری به پدیده ای اطلاق میگردد که ذرات خاک سطحی دیواره شسته و توسط جریان حمل میشود اما تخریب دیواره به معنای متلاشی شدن توده عظیمی از مصالح کناره و ریختن ان به داخل رودخانه است . مکانیزم هر یک از این پدیده ها  در ادامه بیان خواهد شد.
۳-۱- فرسایش کناری    (bank erosion:
فرسایش کناری روندی طبیعی است که ممکن است با دخالت بشر در سطح حوزه و یا حاشیه رودخانه تسریع و یا کم گردد. (هندرسون و شیلدز ۱۹۸۴) فرسایش طبیعی را چنین تعریف میکنند :فرسایش طبیعی فرایندی است که بدون دخالت و فعالیت قابل توجه بشری و یا فرایندهای مخرب طبیعی از قبیل سیل و یا اتش سوزی جنگل در سطح حوزه روی میدهد. همین منبع فرسایش تشدید شونده را فرسایشی معرفی میکند که فعالیتهای بشر(تغییر کاربری) و یا وقایع طبیعی ( وقوع جریانات سیلابی)  عاملی در جهت تسریع آن بشمار اید. در بسیاری مواقع تغییرات عمده در میزان جریان، جهت جریان و یا وقوع جریان واریزه ای عامل اساسی در جهت تشدید فرسایش کناری بشمار می اید. اینگونه تغییرات عمدتا ناشی از فعالیتهای توسعه شهری ، تخریب جنگل و چرای مفرط دام میباشند که نهایتا منجر به افزایش رواناب و فرسایش و رسوب میگردد.
جدول زیر به معرفی عوامل موثر در فرسایش کناری و مشخصه هایی از این عوامل که فرسایشارا تحت تاثیر قرار میدهند می پردازد.
جدول شماره ۱- عوامل موثرو مشخصات مربوطه در فرسایش کناری

عامل مشخصه مربوطه
-جریان
-مصالح دیواره
-اقلیم
-شرایط زیر سطحی
-هندسه کانال
-بیولوژی
-عوامل انسانی
میزان ، تواتر و تنوع جریان ، میزان و نحوه توزیع سرعت و تنش برشی ، درجه تلاطو و توربولانس جریان
اندازه، دانه بندی، چسبندگی و لایه بندی
میزان،شدت و مدت بارش ، دوره بخبندان
نیروهای نشتی ،پایپینگ، سطح رطوبت خاک، فشار منفذی آب
عرض، عمق و شیب کانال ، ارتفاع و شیب دیواره ، میزن انحنای مسیر
نوع و تراکم پوشش گیاهی ، سیستم ریشه گیاهان
توسعه شهری، عملیات زهکشی ، سازه های حفاظت دیواره

از عوامل بسیار موثر در بحث فرسایش کناری ، مساله پوشش گیاهی حاشیه رودخانه است بطوری که تخمین زده میشود که گیاهان قادرند مقاومت برشی دیواره ها را تا ۲۰۰۰ بار افزایش دهند. درخت بید به لحاظ شرایط بیولوژیکی و سرعت رشد  از متداول ترین گیاهان در بحث حفاظت کرانه ها است .
جریان آب رودخانه قادر به ایجاد نیروهای کششی )  (dragاست که بر روی دیواره اثر میکند و ذرات خاک سطحی دیواره را از بدنه ان جدا میسازد.
فعل و انفعالات هیدرولیکی نیز در فرایند فرسایش کناری نقش مهمی را ایفا میکنند. این شرایط هیدرولیکی بویژه در جریانات با دبی های بالا بسیار تاثیر گذارتر هستند ، بطوری که در دبی های بالا  به لحاظ افزایش محسوس سرعت جریان ، تنش برشی ایجاد شده نیز بالا خواهد رفت و نهایتا افزایش تنش برشی پتانسیل ایجاد فرسایش را تقویت میکند. هر چند فعالیتهای هیدرولیکی در مصالح چسبنده به اندازه مواد غیر چسبنده ایفای نقش نمیکنند. فعالیت هیدرولیکی در مواد چسبنده باعث تراکم ذرات ریز  در ماههای کم اب و خشک میگردد.  این بخشهای متراکم شده و تجمع یافته ممکن است شامل هزاران ذره ریز سیلت و رس باشند  واین دانه های ریز و چسبنده به دانه های شن چسبیده و باعث افزایش مقاومت برشی انها گردند.
بطور کلی سه نوع دیواره وجود دارد:
۳-۱-الف- دیواره های چسبنده cohesive  banks )  ( :
در این نوع از دیواره ها ذرات بشدت به یکدیگر چسبده و متصل هستند و این اتصالات قوی باعث میگردد که در مقابل  فرسایش بخوبی مقاومت نمایند. خاکهای چسبنده حاوی مقادیر معتنابهی رس و سیلت هستند که باعث بروز برخی فعالیتهای شیمیایی روی کاتیونها میگردند. این فعالیتها منجر به ایجاد پیوندهای الکترو شیمیایی  بین ذرات  میگردد به همین جهت مطالعه و بررسی  پدیده فرسایش دیواره های چسبنده بسیار غامض و پیچیده است از دیگر عوامل مهم و تاثیر گذار در فرسایش کناری میتوان به  نوع و میزان کاتیونها ی موجود در آب و  نیز ساختمان خاک که شامل میزان و انواع کانیهای رسی است اشاره کرد . بدلیل نفوذ پذیری کمتر  مصالح چسبنده ، تاثیر نشت ، پایپینگ ، یخ زدگی و جریانهای زیر سطحی  در ایجاد فرسایش کناری دیواره های چسبنده کاهش می یابد. از طرف دیگر همین نفوذ پذیری کم مصالح چسبنده باعث ایجاد پتانسیل تخریب و شکست در خلال تخلیه سریع و افت ناگهانی سطح آب بدلیل عدم امکان زهکشی میگردد.
۳-۱- ب- دیواره های غیر چسبنده  (cohesion less  banks )  :
کرانه رودخانه ها تشکیل شده از خاکهای غیر چسبنده ای هستند که معمولا به شکل توده های عظیم خاکهای ناهمگن نمایان میشوند. خاکهای غیر چسبنده معمولا ترکیبی از سیلت ، ماسه و شن هستند . این ترکیب از خاکها هیچگونه رابطه و پیوند الکترشیمیایی با یکدیگر نداشته و لذا بطور مستقل و مجزا در معرض فرسایش قرار میگیرند. فرسایش خاکهای غیر چسبنده توسط نیروهای ثقلی و مشخصه های ذرات از قبیل اندازه ، شکل و دانه بندی کنترل میگردد.  عوامل موثر در فرسایش عبارتند از میزان رطوبت خاک ، دانسیته چریان ، جهت و اندازه جریان، سرعت جریان در مجاورت دیواره ، توربولانس جریان ، میزان و تغییرات تنش برشی روی دیواره و نیز نیروهای ناشی از نشت ، پایپینگ و موج.
تحلیل مکانیزم فرسایش بدلیل فقدان پیوندهای الکتروشیمیایی بین ذرات بمراتب ساده تر از ذرات چسبنده است . به همین دلیل مطالعات و تحقیقات بسیاری در این زمینه صورت گرفته است و میزان تنش یرشی بحرانی  برای هر یک از انواع خاکهای غیر چسبنده محاسبه شده است جدول زیر مقادیر تنش برشی انواع خاکهای غیر چسبنده را نشان میدهد.
جدول شماره ۲- تنش برشی بحرانی مواد غیر چسبنده دیواره

نوع مواد
DS (CM)
Φ درجه
τcr (kg/m2)
تخته سنگ
خیلی بزرگ > 200 ۴۲ ۱۸۲
بزرگ >100 ۴۲ ۹۱
متوسط >0 5 ۴۲ ۴۵
کوچک >25 ۴۲ ۲۴
سنگ
بزرگ >12.7 ۴۲ ۱۱
کوچک >6.3 ۴۲ ۵٫۵
سنگریزه
خیلی درشت >3.3 ۴۱ ۲٫۶
درشت >1.5 ۴۰
متوسط >0.76 ۳۸ ۱٫۳
ریز >0.4 ۳۶ ۰٫۶
خیلی ریز >0.2 ۳۵ ۰٫۳
ماسه
خیلی درشت >0.1 ۳۳ ۰٫۱۵
درشت >0.05 ۳۲ ۰٫۰۵
متوسط >0.025 ۳۱ ۰٫۰۳
ریز >0.01 ۳۰ ۰٫۰۲
خیلی ریز >0.008 ۳۰ ۰٫۰۱۵
سیلت
۰٫۰۱
درشت >0.005 ۳۰ ۰٫۰۰۵
متوسط >0.003 ۳۰ ۰٫۰۰۵

۳-۱- ج- دیواره های لایه ای) interbedded banks ( :
این نوع دیواره ها متداول ترین نوع دیواره ها در سیستمهای طبیعی است . خاکهای دیواره ها  با مصالح و خصوصیات فیزیکی متفاوت در لایه های مختلف بر روی یکدیگر انباشته میشوند. رفتار متفاوت لایه های چسبنده و غیر چسبنده که در مجاورت یکدیگر قرار گرفته اند پتانسیل فرسایش در دیواره را افزایش میدهد. بطور مثال در صورتی که لایه بالایی چسبنده و لایه پایینی غیر چسبنده بوده ، لایه غیر چسبنده تحت تاثیر فرسایش قرار گرفته و تخریب میگردد و باعث از بین رفتن تکیه گاه لایه چسبنده میشود و در طی زمان تحت اثر نیروهای ثقلی لایه جسبنده نیز فرسوده میگردد.
۳-۲- محدوده کرانه رودخانه ها ( river bank zones ):
کرانه رودخانه را میتوان به سه قسمت عمده  تقسیم کرد . هر چند به لحاظ تغییرات سطح آب رودخانه در فصول مختلف این محدوده ها نیز تغییر میکنند اما جهت روشن شدن برخی مباحث تئوریک این محدوده ها میتوانند کارگشا باشند. شکل زیر محدوده هر یک از این نواحی را نشان میدهد.

bank erosion


شکل ۴- محدوده های کرانه رودخانه

  ۳-۲- الف ناحیه پنجه   ) Toe zone  (   :


این محدوده شامل بخشی از کرانه رودخانه است که عمدتا زیر تراز نرمال آب رودخانه قرار داشته و دائما مستغرق و لذا همیشه در حالت اشباع است این محدوده مستعدترین ناحیه جهت فرسایش کناری است جرا که دائما در معرض جریان و نیز در معرض برخورد واریزه ها وسیکل های تر و خشک قرار دارد. عملیات تثبیت بستر در این محدوده عمدتا با روشهای سازه ای و غیر بیولوژیکی امکان پذیر میباشد چرا که کمتر گیاهی توان ادامه حیات در زیر آب را دارد.
۳-۲-ب- ناحیه دیواره ) bank zone ( :
  این محدوده شامل بخشی از کرانه رودخانه میباشد که بالای سطح تراز نرمال آب قرار داشته و بطور طبیعی در طی جریانات معمولی در زیرآب قرار میگیرد. در حقیقت سطح تراز نرمال آب در این ناحیه همسطح خاک دیواره است  و لذا این قسمت نیز در معرض فرسایش کناری البته با شدتی کمتر از ناحیه پنجه قرار دارد. حفاظت از دیواره و تثبیت آن در این محدوده میتواند با ترکیبی از عملیات بیولوژیکی و سازه ای صورت پذیرد . گیاهان مورد استفاده در این حالت باید به گونه ای انتخاب شوند که قابلیت ادامه حیات در زیر اب را برای مدتی داشته باشند.
۳-۲-ج- ناحیه فوقانی دیواره : (over bank zone)               
این محدوده شامل قسمتی از کرانه رودخانه است که فقط در هنگام بروز جریانهای سیلابی  ( بززگتر از جریان پر رودخانه ) در زیر آب قرار میگیرند. این محدوده معمولا خشک میباشند و رطوبت خاک در این محدوده کاملا تابع شرایط بارش در منطقه است . این ناحیه بنام دشت سیلابی(flood plain)  نیز نامیده میشود. حفاظت و تثبیت این ناحیه نیز میتواند با تلفیق عملیات   سازه ای و غیر سازه ای صورت پذیرد که بیشترین درجه حفاظت را ایجاد میکند و در مقابل واژگونی و تخریب دیواره کاملا مقاوم است .
۳-۳- تخریب دیواره )  bank failure ( :
دیواره و کرانه تمامی رودخانه ها درجه ای از فرسایش پذیری را دارا هستند. چرا که فرسایش امری کاملا طبیعی است. این باور که بتوان فرسایش کناری را بطور کامل مهار نمود نیز تا حد زیادی غیر واقع بینانه است . سیلابهای بززگ با دبیهای بالا علیرغم اتخاذ روشهای حفاظتی حاشیه رودخانه  قادر به تغییر خط کرانه رودخانه هستند. لذا در مدیریت سواحل رودخانه بحث بر سر عدم وقوع فرسایش نیست بلکه انچه که اهمیت دارد شناخت میزان ،شدت و محل های فرسایش است . بنابراین درک رفتار رودخانه در برابر تغییرات هیدرولیکی ، هیدرولوژیکی و نیز تغییراتی که در بالا دست و در سطح حوزه آبخیز رودخانه روی میدهند ضروری است .
فیشنیخ (  ۱۹۸۹)  تخریب دیواره رودخانه ها  را در سه حالت مختلف بررسی و تجزیه و تحلیل کرده است :                                                                      ۱-کنده شدن و جابجایی مواد فرسایش پذیر بستر یا دیواره رودخانه توسط نیروهای هیدرولیکی
۲-ناپایداری  ژئوتکنیکی  ) geotechnical instabilities (
۳- ترکیب و تلفیق عوامل هیدرولیکی و ژئوتکنیکی
وی چنین توضیح میدهد ” هنگامی  فرسایش در قسمتهای بستر با دیواره رودخانه روی میدهد  که تنش برشی ایجاد شده توسط جریان از تنش یرشی مجاز مصالح رئدخانه بیشتر باشد در این حالت عامل فرسایش دقیقا نیروهای هیدرولیکی هستند. تنش برشی مجاز  رابطه مستقیم با نوع و اندازه  دانه های خاک دارد و مقدار ان برای هر نوع مصالحی ثابت است اما تنش برشی اعمال شده با توجه به نیروهای کشش سطحی آب ) drag forces ( یا برخورد مستقیم آب به دیواره افزایش می یابد. تخریب هیدرولیکی عمدتا هنگامی صورت میگیرد که دیواره رودخانه عاری از پوشش بوده و توده خاک دیواره نیز از تراکم کافی برخوردار نباشند. این نوع تخریب بیشتر در رودخانه هایی روی میدهد که مصالح دیواره از مواد غیر چسبنده تشکیل شده باشد. در حالیکه تخریب زئوتکنیکی در شرایطی بوقوع می پیوندد که مصالح دیواره از مواد ریز دانه تشکیل یافته باشند. تخریب ژئوتکنیکی در اثر غلبه نیروهای ثقلی بر نیروهای مقاوم دیواره بوجود می اید. و نیروهای هیدرولیکی نقش چندانی در آن ایفا نمیکنند بلکه این افزایش رطوبت خاک است که از طرفی باعث کاهش نیروهای مقاوم و از طرف دیگر باعث افزایش نیروهای ثقلی در خاک میگردد.
حالت ترکیبی تخریب بسیار متداول و شایع است . سناریوهای مختلفی برای این نوع از تخریب دیواره ها میتوان ارائه کرد . کنش بستر و ایجاد کنسولهایی از دیواره که نسبت به کف رودخانه پیش امدگی دارند و صفحات متوالی لغزشی از این نوع هستند.  شکل زیر مکانیزم این نوع تخریب را در فازهای مختلف و نهایتا تشکیل خط جدید دیواره رودخانه را نشان میدهد. همانطور که در شکل مشاهده میگردد دیواره متشکل از لایه های مختلف چسبنده و غیر چسبنده است . مصالح غیر چسبنده که بلافاصله در ریر لایه ای از مصالح چسبنده واقع شده است تحت تاثیر نیروهای هیدرولیکی فرسایش یافته و جابجا میشوند و توده خاک چسبنده در لایه بالا بشکل کنسولهایی که در دیواره مهار شده اند پدید می ایند . به مرور تحت اثر نیروهای ثقلی و افزایش رطوبت  بدلیل عدم امکان زهکشی با سرعت بالا این کنسول به حالت ریزش رسیده و تخریب میگردد. مواد فرو ریخته مجددا توسط جریان شسته و جابجا گشته و نهایتا در ادامه کرانه جدیدی تشکیل میگردد.

bank erosion


شکل ۵- مکانیزم تخریب ترکیبی دیواره رودخانه و تشکیل کرانه جدید

شکل زیر مکانیزم تخریب دیواره را در حالتی دیگر نشان میدهد.  در این فرایند فشار بر روی بخش داخلی لایه های چسبنده که در معرض جریان است در اثر  افت سریع سطح آب کاهش یافته در حالیکه قسمت خارجی لایه که در معرض جریان نبوده اما کاملا اشباع است  بدلیل عدم امکان زهکشی سریع همچنان در معرض فشارهای هیدروستاتیکی قرار دارد . این عدم تعادل فشار باعث بهم خوردن تعادل استاتیکی لایه شده و موجب ریزش و تخریب دیواره میگردد.

 

bank erosion

 

شکل ۷- تخریب دیواره بدلیل افت سریع سطح اب و عدم تعادل فشار

 

۴- عوامل تاثیر گذار حوزه آبخیز در فرسایش و نخریب دیواره :


همانطور که در بخشهای قبلی متذکر گردید شرایط دیواره به تنهایی تنها جزء  کوچکی از مشکل فرسایش و تخریب میباشد. عوامل مختلف دیگری ممکن است بحث پایداری و استحکام دیواره ها را تحت تاثیر قرار دهند. هر گونه تغییری در کاربری اراضی بالا دست که منجر به تغییر شرایط جریان و افزایش سرعت جریان ورودی  و لزوما افزایش انرژی جریان در رودخانه گردد باعث فرسایش دیواره هایی خواهند شد که در شرایط قبلی جریان پایدار بوده اند. اقدامات  زیر نمونه ای از این تغییرات کاربری هستند که منجر به ایجاد  فرسایش کناری و عدم پایداری دیواره رودخانه خواهند شد:
طیبعت به طور طبیعی دارای عوارض و ویژگیهایی است که قادر به اخذ رواناب ایجاد شده و تخلیه تدریجی آن با سرعتی کمتر از سرعت بحرانی فرسایش است . تالابها )   (wetlandsو هورها نمونه هایی از این عوارض طبیعی میباشند که قادر به ذخیره رواناب و تخلیه تدریجی ان هستند. پرکردن این  محدوده ها و یا از بین بردن پوشش گیاهی انها  فرصت و امکان ایجاد سیلاب و فرسایش را افزایش میدهد. قطع بی رویه و استفاده نامناسب از نیزارهای دریاچه هامون در دوره قبل از خشکسالی اخیر گواهی بر این مدعاست .   چاله های طبیعی(depressions) نیز در جمله این عوارض هستند که در شرایط طبیعی هم در جهت ذخیره سازی رواناب و هم در جهت کاهش سرعت جریان میتوانند نقش بسزایی را ایفا نمایند که با برنامه ها و طرحهای توسعه شهری و روستایی و تغییر کاربری عرصه ، درصد اراضی نفوذپذیر کاسته شده و اراضی کاملا نفوذ ناپذیر جایگزین ان میگردند در نتیجه حوزه آبخیز . خاصیت ذخیره رواناب و کاهش سرعت  خود را از دست داده و منطقه مستعد ایجاد سیلاب و فرسایش میگردد.
نقش پوشش گیاهی در افزایش استحکام و مقاومت خاک ، کاهش سرعت جریان و رواناب و نیز کمک به افزایش نفوذ اب در خاک کاملا روشن و واضح است .   مطالعاتی که در منطقه بالتیمور واشنگتن در امریکا بعمل امده است  نشان میدهد که در اثر کاهش پوشش جنگلی از ۵۱ به ۳۷ درصد در منطقه فوق رواناب ایجاد شده ۱۹ درصد افزایش یافته است . نمودار زیر  ضریب رواناب  پوششهای مختلف زمین را نشان میدهد.(منبع: دستورالعمل جنگلکاری حوزه های آبخیز شهری سال  ۲۰۰۵  Urban watershed forestry manual (

 bank erosion


همانگونه که در نمودار فوق مشاهده میگردد دامنه تغییرات ضریب رواناب برای سه نوع مختلف پوشش زمین از حدود ۰٫۰۵ برای پوششهای جنگلی تا حدود  ۰٫۹۵ برای اراضی غیر قابل نفوذ متغیر است . یعنی به ازاء یک شدت بارش معین میزان تولید رواناب در اراضی نفوذناپذیر میتواند تا ۱۸ برابر اراضی با پوشش جنگلی باشد. که این امر نشان دهنده میزان خساراتی است که میتواند از ناحیه تغییرات نامناسب کاربری اراضی در سطح حوزه های آبخبز بواسطه افزایش تصاعدی میزان تولید رواناب و بروز و تشدید سیلاب ایجاد گردد.     تاکید مدیریت حوزه های آبخیز بر استفاده عقلانی و مناسب از اراضی دقیقا اشاره به این نکته دارد.
درختان بزرگتر قادر به ذخیره میزان بیشتری اب به نسبت درختان و گیاهان کوچکتر میباشند. چرا که سیستم ریشه انها عمیق تر بوده و در فرایند تبخیر و تعرق که مقدار تلفات اب افزایش می یابد قادر به جذب مقدار بیشتری اب از طریق ریشه های عمیقتر خواهد بود و لذا پتانسیل ذخیره اب در خاک را افزایش داده  و نیز با توجه به تامین میزان اب جهت اشباع خاک ، زمان وقوع رواناب را افزایش میدهند. مطالعات و تحقیقات انجام گرفته در امریکا موید این مطلب است که تلفات آب ناشی از برگاب حدود ۲۲۵۰ تا ۳۴۲۰ لیتر در سال در تک درختان خزان دار و بیش از ۱۶۰۰۰ لیتر در سال  در درختان بدون خزان است. براساس همین تحقیق میزان تلفات ناشی از برگاب در تک درختان بین ۱۰ تا ۶۸ درصد کل بارش میباشد.  علاوه بر این استقرار پوشش گیاهی در حاشیه رودخانه ها ضمن استحکام بخشی دیواره ها توسط سیستم ریشه ای درختان ، باعث کاسته شدن انرژی ذرات باران در لحظه برخورد به سطح خاک و کاهش انرزی فرساینده ذرات باران خواهد شد. همچنین وجود لاشبرگ در سطح خاک باعث افزایش پتانسیل نفوذپذیری خاک و کاهش میزان رواناب  خواهد شد. عدم وجود پوشش گیاهی مناسب و یا تخریب پوشش موجود در دراز مدت باعث تشدید فرسایش و تعریض رودخانه و نهایتا افزایش نسبت عرض به عمق رودخانه خواهد شد.
ابی که قادر به نفوذ در عمق زمین نباشد بصورت رواناب و با سرعت و انرژی مخرب بیشتری به رودخانه خواهد رسید . لذا یکی از اقداماتی که در مدیریت حوزه های ابخیز به ان توجه میگردد افزایش پوشش زمین است که ضریب رواناب را کاسته و کمک به نفوذ جریان نماید. این هدف  با اجرای  عملیات بیولوژیکی در سطح حوزه آبخیز و نیز عملیات پخش سیلاب تامین میگردد. اجرای عملیات مکانیکی در ابراهه ها نیز از اقداماتی است که باعث کاستن از سرعت و انرژی جریان در هنگام ورود به رودخانه خواهد گردید.  از طرف دیگر مکانیابی اجرای عملیات مهندسی رودخانه و مدیریت ابراهه ها نیز بسار مهم و حیاتی است . در مواقع سیلابی انرژی جریان باید مستهلک گردد. کانالیزه کردن رودخانه  در بازه های بالا دست که از ورود جریان بداخل دشت سیلابی ممانعت میکند و یا با انحراف انرژی جریان  در عوض گرفتن و استهلاک ان باعث تمرکز این انرزی ویرانگر در نقطه ای در پایین دست میشود که در صورت عدم اجرای طرح کانالیزه کردن رودخانه،  میتوانست پایدار بماند. لذا تعیین نقاطی که باید عملیات مهندسی رودخانه در آن صورت گیرد از اهمیت بسزایی برخوردار است .
بدین لحاظ تدوین قوانین و مقرراتی که تالابها ، جنگلها ، مراتع و در کلان قضیه حوزه های آبخیز را بعنوان یک واحد سیستماتیک و یکپارچه در نظر گرفته و مورد حمایت قرار دهد بیش از پیش احساس میگردد. حفظ اراضی حاشیه رودخانه ها و تدوین قوانین و مقرراتی جهت سمت دهی مناسب به عملیات توسعه شهری از دیگر راهکارهایی است که میتواند در مقابله با فرسایش و تخریب کرانه رودخانه ها راهگشا باشد. 

درباره سید امین خسروی

من سید امین خسروی دانش آموخته مهندسی آبخیزداری از دانشگاه ارومیه هستم و این تارنما رو جهت فراهم آوردن مرجعی برای دانشجویان رشته های منابع طبیعی و محیط زیست و کشاورزی با تاکید بر رشته های مرتع و آبخیزداری و جنگلداری برپاکردم. خوشحال میشم با ارائه نظراتتون و لینک ادرس ما در وبلاگ وسایتتون و ارسال پاورپوینت و تحقیقات کلاسیتون به ایمیل ما ،مارو در هر چه بهتر شدن سایت یاری کنید. ادرس ایمیل سایت: aminkhosravi1471@gmail.com

پاسخ بدهید

ایمیلتان منتشر نمیشودفیلدهای الزامی علامت دار شده اند *

*

کد امنیتی مقابل را وارد نمایید * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.

رفتن به بالا