برآورد حجم رسوب ورودی به مخازن سدها از ضرورت های طراحی و مدیریت تاسیسات آبی می باشد. روش های تجربی و ریاضی مختلفی جهت برآورد حجم رسوب موجود است اما همواره این روش ها دارای قطعیت نبوده و باعث شکست پروژه یا استفاده از ضرایب اطمینان بالا می شود، در این راستا تحلیل عدم قطعیت می تواند راهگشا باشد. در این تحقیق، جهت برآورد دبی رسوب ورودی به سد، روش های USBR متوسط دسته ها و تعدیل ضریب FAO استفاده شده است. نتایج به دست آمده، در مقایسه با رسوب سنجی مخزن سد اکباتان نشان داد که تعدیل ضریب FAO روی روش متوسط دسته ها در برآورد دبی رسوب نتایج مطلوبتری را به همراه داشته است. در بحث عدم قطعیت، دو روش شبیه سازی مونت کارلو و نقطه ای هار مورد بررسی قرار گرفت. بدین طریق که در روش مونت کارلو به دلیل حجم بالای محاسبات، از برنامه کامپیوتری نوشته شده توسط نگارنده به زبان FORTRAN برای بررسی سهم هر پارامتر در عدم قطعیت کلی حجم رسوب و محاسبه عدم قطعیت کلی استفاده گردیده است. طبق نتایج به دست امده دبی رسوب و پس از آن دبی جریان بیشترین تاثیر و راندمان تله اندازی کمترین تاثیر را در عدم قطعیت حجم رسوب دارا هستند. همچنین روش مونت کارلو عدم قطعیت کلی را برابر با 0.208 و روش هار 0.179 برآورد کرده است.

پیش بینی مقدار رسوبات ورودی به مخازن سدها و نحوه توزیع و تجمع آن دارای اهمیت و پیچیدگی بالایی در طرح و بهره برداری مناسب چنین سازه های آبی است. روشهای ریاضی و تحلیلی متعدد و پیچیده ای برای شناخت فرآیند رسوب و برآورد رسوبات ورودی و نحوه رسوبگذاری آن در مخازن سدها ارایه گردیده است. تحلیل رسوب در مخازن سدها بر اساس چنین روش هایی همواره توام با خطای نسبی بوده که این برآورد خطای نسبی به عنوان Uncertainty (عدم قطعیت) در علوم مهندسی شناخته می شود. وجود عدم قطعیت در بر آورد پارامترهای طراحی سازه های آبی، یکی از دلایل اصلی عدم موفقیت مورد انتظار چنین سیستم هایی بوده و به کمیت درآوردن منابع عدم قطعیت می تواند یک گام اولیه و اصلی در تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان در عملکرد یک سازه آبی باشد. در طرح سیستم مخازن ذخیره (سدها)، تحلیل رسوب ورودی به مخزن جهت برآورد حجم مرده سد و نحوه ته نشینی رسوبات در سد از معیارهای اساسی طراحی به شمار رفته و منابع خطا یا عدم قطعیت در چنین تحلیلی می تواند ناشی از عدم امکان پیش بینی قطعی جریان ورودی، میزان رسوب، نوع رسوب و... به مخزن باشد. در این تحقیق از روش هار (Harr) جهت تعیین میزان عدم قطعیت رسوبات متراکم شده مخزن در طول زمان (15، 30 و 45 سال بعد از بهره برداری) در کل دوره آماری و دوره آماری خشک و تر استفاده شده است، به علاوه آنالیز حساسیت برای تعیین اهمیت فاکتور های مختلف عدم قطعیت رسوبات مخزن انجام گرفته است. در این مطالعه سیستم مخزن ذخیره شهرچای در منطقه آذربایجان غربی مورد بررسی قرار گرفته و عدم قطعیت رسوبات تراکمی مخزن و تاثیر هر فاکتور عدم قطعیت روی رسوبات تجمعی مخزن در دو دوره آماری ذکر شده به دست آمده است. نتایج نشان می دهد دبی سالیانه جریان و بار رسوب از مهمترین فاکتورهای تعیین کننده عدم قطعیت حجم رسوبات سالانه مخزن و درصد رسوبات و راندمان تله اندازی دارای اهمیت کمتری می باشند. همچنین در این روش عدم قطعیت رسوبات تراکمی مخزن در کل دوره آماری 0.384 و در دوره آماری خشک و تر 0.244 به دست آمده است.

در این تحقیق، حرکت رسوب ناشی از شکست سد، در بستر متحرک به صورت دو بعدی، شبیه سازی عددی شده است. معادلات، در چارچوب روش حجم محدود منقطع شده و از شمای دو مرحله ای پیش بینی-اصلاح مک کورمک، برای حفظ دقت مرتبه دوم در مکان و زمان استفاده شده است. همچنین برای مهار نوسانات غیر واقعی و غیر فیزیکی از روش component-wise TVD به علت ساده تر بودن آن نسبت به دیگر روش های TVD به خاطر عدم نیاز به ماتریس ژاکوبین و تجزیه مشخصه ها، استفاده شده است. در زمینه هیدرولیک بستر متحرک، باید به واکنش قوی بین جریان و رسوب و تغییرات ریختاری بستر رودخانه توجه شود. از اینرو در اینجا معادلات بقا، برای مدل سازی رسوب، به صورت کوپل، که به حل همزمان معادلات آب و رسوب می پردازد، نوشته شده است. برای کنترل جواب ها و صحت یابی مدلسازی، از آزمون های شکست سد در بستر متحرک استفاده شده که نتایج قابل قبولی به همراه داشته است.

سد دز به دلیل تنظیم فرکانس برق کشور از اهمیت خاصی برخوردار است. در اثر رسوب گذاری شدید در مجاورت بدنه این سد، خطر ورود رسوبات ریزدانه به تونل نیروگاه و خسارت به تاسیسات و توربین نیروگاه بسیار جدی است. یکی از رو شهای موثر برای حل این معضل، استفاده از پتانسیل جریان گل آلود می باشد. در این پژوهش، نتایج 3 مرحله اندازه گیری صحرایی شامل سرعت جریان و غلظت رسوب در چند نقطه از مخزن سد دز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و حجم رسوب ورودی ناشی از جریان گل آلود به مخزن سد محاسبه شده است. نتایج محاسبات نشان می دهد که فقط در سیل اردیبهشت ماه 1382 (با دبی 2600 مترمکعب بر ثانیه)، حدود 1.1 میلیون متر مکعب رسوب در اثر جریان گل آلود در مجاورت بدنه سد ته نشین شده است. بنابراین می توان با برنامه ریزی مناسب و انجام عملیات رسوب شویی مخزن در فصل سیلاب، رسوب گذاری جلوی آبگیر نیروگاه را مهار نمود. حداکثر ضخامت جریان گل آلود در این سیل حدود 25 متر تخمین زده شده است. همچنین مشخص شد که برای محاسبه حجم رسوب ناشی از جریان گل آلود، علاوه بر مقدار دبی سیل، زمان وقوع سیل نیز بسیار مهم است.

از مهم ترین فعالیت های رودخانه ها فرسایش، حمل و انتقال رسوب است که متاثر از شرایط محیطی از جمله ویژگی های ژئومورفولوژیکی، آب و هوا، زمین شناسی، پوشش گیاهی و شرایط خاک می باشد. عوامل مختلف موثر بر فرسایش پذیری و رسوب دهی در هر منطقه ای منجر به انواع مختلف فرسایش با کمیت و کیفیت متفاوت می شود و نتایج حاصل از آن بر روی منطقه و تغییر روند برخورد با محیط اثرگذار است. یکی از نتایج حاصل از فرسایش، رسوب دهی و رسوب گذاری است که در این تحقیق به بررسی برآورد میزان آن در حوضه آبخیز رودخانه سبزکوه یکی از زیر حوضه های کارون علیا واقع در استان چهارمحال و بختیاری پرداخته شده است. روش به کار گرفته شده جهت اندازه گیری کلاس فرسایش و شدت حجم رسوب دهی در این حوضه پسیاک اصلاح شده (MPSIAC) است، که این حوضه را از نظر کلاس فرسایش در طبقه 4 و شدت رسوب دهی در کلاس زیاد قرار داده است. در بخش های مختلف حوضه با توجه به تفاوت جنس زمین، خاک و کاربری های گوناگون که متاثر از نقش انسان نیز می باشد، فرسایش و رسوب دهی متفاوت است.

سابقه و هدف: از مسائل مطرح در مدیریت آب در حوضه های آبریز، برآورد میزان تولید رسوب هر یک از زیرحوضه ها است. تعیین حجم ماهانه و سالانة جریان و رسوب رودخانه های بالادست سد های مخزنی، در مراحل طراحی و بهره برداری این مخازن، اهمیت قابل توجهی دارند. پیشرفت تکنولوژی نرم افزارهای رایانه ای و شناخت فرآیندهای فرسایش و رسوب و تشخیص نسبی عوامل موثر بر آن، امکان استفاده از انواع مدل های ریاضی را فراهم نموده است. از آنجا که نتایج حاصل از بعضی از مدل ها با مقادیر واقعی تطبیق داشته، از اینرو استفاده از مدل های فرسایش و رسوب در مطالعات حوزه آبخیز افزایش یافته است. به منظور برآورد حجم ماهانه و سالانة جریان و رسوب در زیرحوضه سد گراتی، مدل SWAT بکار گرفته شد. مدل SWAT یک مدل جامع و کامل در مقیاس حوضه ای می باشد که برای پیش بینی تأثیر روش های مدیریتی متفاوت بر جریان، رسوب، عناصر غذایی و بیلان مواد شیمیایی در حوضه هایی با خاک، کاربری اراضی و شرایط مدیریتی متفاوت برای دوره های زمانی طولانی ارائه شده است. مواد و روش: جهت مدلسازی حوضه مطالعاتی از داده های و نقشه های مختلفی استفاده می گردد اطلاعات و داده های ورودی مدل شامل نقشه مدل رقومی ارتفاع (DEM)، نقشه کاربری اراضی، نقشه خاک و داده های هواشناسی شامل بارندگی، حداقل و حداکثر درجه حرارت روزانه، سرعت باد و رطوبت هوا می باشد. جهت واسنجی و صحت سنجی مدل از نرم افزار SWAT-CUP استفاده شد که دارای روش های متنوعی از جمله الگوریتم SUFI2 برای واسنجی پارامترها می باشد. در تحقیق حاضر با استفاده از آمار مشاهده شده ماهانه دبی و رسوب در حوضه مورد مطالعه و با استفاده از پارامترهای فیزیکی، ارقام برآورد شده توسط مدل SWAT کالیبره گردید، سپس اقدام به ارزیابی مدل SWAT شد. برای واسنجی مدل دربرآورد رواناب آمار سال های 2001-1986 (16 سال) از ایستگاه بیدواز اسفراین و سال های 2009-2004 (6 سال) از ایستگاه قلعه سفید و برای مرحلة صحت سنجی از آمار سال های 2005-2002 (4 سال) در ایستگاه بیدواز اسفراین و سال های 2011-2010 (2 سال) در ایستگاه قلعه سفید استفاده شده است. همچنین داده های بار رسوب در سال های 2011-2009 (3 سال) در ایستگاه قلعه سفید اندازه گیری شده اند. بار رسوبی اندازه گیری شده حداقل در یک روز از هر ماه سال اندازه گیری شده است. به عبارتی برای هر ماه از سال حداقل یک داده اندازه گیری رسوب اندازه گیری و در مدل استفاده شده است. یافته ها: نتایج مرحلة واسنجی مدل شبیه سازی با دقت قابل قبولی را برای دبی ماهانه در ایستگاه های بیدواز اسفراین و قلعه سفید نشان داد به طوریکه مقادیر پارامتر های میانگین مجذور خطا(MSE)، ضریب همبستگی(R2) و پارامتر ناش-ساتکلیف ( (NS برای دبی ماهانه در ایستگاه بیدواز اسفراین به ترتیب برابر 516/0، 87/0 و 64/0، برای دبی در ایستگاه قلعه سفید به ترتیب برابر 55/0، 89/0 و 71/0، و برای رسوب در ایستگاه قلعه سفید به ترتیب برابر 42/0، 72/0 و 59/0 بدست آمد. نتایج نشان داد که مجموع عمق رواناب سالانه در زیرحوضه گراتی حدود 39/22 میلی متر و مجموع بار رسوب سالانه حدود 773 تن در سال در کیلومتر مربع می باشد که با احتساب مساحت 109/747 کیلومترمربع برای این زیرحوضه، مجموع حجم دراز مدت سالانه رواناب برابر 71/16 میلیون مترمکعب برآورد میگردد و همچنین سالانه حدود 576983 تن رسوب از حوضه گراتی خارج خواهد شد. حداکثر بار رسوب و رواناب در ماه های اردیبهشت و خرداد رخ می دهد. نتیجه گیری: با بررسی مقادیر به دست آمده در مورد شبیه سازی رسوب با مدل SWAT می توان نتیجه گرفت که علیرغم عدم قطعیتهای بسیار در تعیین رسوب، مدل SWAT توانسته است در دوره کالیبراسیون و دوره صحت سنجی به خوبی زمان وقوع حداکثر آورد رسوب را شبیه سازی نماید.

فرسایش پس رونده، در اثر یک تغییر ناگهانی در بستر آبراهه های با شیب تند شکل می گیرد و به سمت بالادست حرکت می کند. وقوع پدیده فرسایش پس رونده در آبراهه ها موجب گود افتادگی بستر و ناپایدار شدن سواحل خواهد شد، درنتیجه رودخانه تعریض شده و حاصل این پدیده انتقال حجم زیاد رسوب به پایین دست و مخزن سدها می باشد. در تحقیق حاضر تعداد پنج نمونه خاک چسبنده شامل رس و سیلت با درصد اختلاط متفاوت برای شیب بالادست 25 و پایین دست پنج درصد برای دبی، سرعت و عمق های جریان مختلف مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت. میزان حجم رسوب تولید شده به صورت لحظه ای و متوسط و نرخ پس روی و نیز دبی رسوب اندازه گیری شد. از جمله پدیده هایی که در این تحقیق مشاهده شد و نقش مهمی در تولید حجم رسوب و نرخ پس روی داشت عبارتند از وقوع پرش هیدرولیکی در محل اتصال شیب تند به ملایم، در سطح خاک و افزایش شیب بستر در حین آزمایش به دلیل فرسایش بود. بر اساس نتایج به دست آمده تغییر سه پارامتر میزان درصد رس و سرعت جریان با حجم فرسایش و نیز افزایش نرخ مهاجرت رسوبات و سرعت پس روی رابطه مستقیم دارد. در حالت رس خالص با افزایش سرعت جریان به میزان 1.5 برابر، حجم متوسط فرسایش 13 درصد، سرعت پس روی 40 درصد و دبی رسوب 21 درصد افزایش یافت. با افزایش درصد رس به میزان 50 درصد، متوسط حجم فرسایش 12 درصد، سرعت پس روی 38 درصد و دبی رسوب 19 درصد افزایش یافت.