بخشی از مقاله
بررسی خصوصیات مقطعپر و تعیین روابط رژیم بر مبناي آن در رودخانه ها (مطالعه موردي رودخانه خرسان)
چکیده
زمان زیادي از فهمیدن این حقیقت که، یک رودخانه آبرفتی هر فرم و سطح مقطعی که طبیعت یا بشر برایش در نظر گرفته را نمی پذیرد، میگذرد. بلکه جریان با اصلاح مشخصات هندسی اقدام به ایجاد کانال بخصوصی مینماید بنام کانال رژیم، پس از ایجاد این مشخصات در مجرا تغییرات با زمان کند و یا متوقف می گردد. با توجه به این حقیقت مشخصات رژیم مورد علاقه محققین میباشد زیرا کانال رژیم نیازمند کمترین حفاظت و در نتیجه هزینههاي کمتري براي نگهداري است. تغییرات مورفولوژیکی مثل کاهش عرض رودخانه و هدایت جریان در مقطعی مشخص یا افزایش عرض بنا به ضروریات امر باید با توجه به مطالعات انجام گرفته در این زمینه صورت گیرد. بر همین اساس و با توجه به متغیر بودن روابط رژیم در رودخانه هاي مختلف بهازعلت تاثیر پذیري شرایط منطقه، ایجاد روابط رژیم در رودخانه خرسان مد نظر قرار گرفت. براي ایجاد این روابط رگرسیونی از نرمافزارMINITAB استفاده شد.
با توجه به متغیر بودن دبی رودخانه، در روابط رژیممی از دبی مقطعپر استفاده گردد. ایـن دبـی نقـشی هماننـد جریان متغیر رودخانه را در فرایندهاي مورفولوژیکی ایفا مینماید. در ایـن مقالـه پـس از تعیـین ایـن دبـی در
28مقطع عرضی رودخانه خرسان با استفاده از آمار ایستگاه بارز در پاییندست رودخانه خرسان خصوصیات این جریان را نیز مورد بررسی قرار دادیم، به این منظور نرمافزارHYFRAN استفاده گردید.
واژههاي کلیدي: مقطعپر، رژیم، مورفولوژیک، رگرسیون
مقدمه
با توجه به نقش عمده آب در تامین نیازهاي اولیه بشر، سالهاست که انسانها به ضرورت شناخت و درك روابط حاکم بر رودخانهها، به جهت پیشبینی و جلوگیري از تغییرات ناخواسته در آن پی بردهاند.
به همین منظور خصوصیات مقطعپر بعنوان یک مقطع ویژه از رودخانه و در پی آن روابط حاکم بر رودخانه(روابط رژیم) مورد بررسی قرار گرفتهاند. ایجاد این روابط با توجه به این حقیقت صورت میگیرد که یک جریان حامل رسوب هر شکل و سطح مقطعی را که توسط طبیعت یا بشر به آن تحمیل شود نمیپذیرد و جریان با اصلاح مشخصات هندسی اقدام به ایجاد کانال بخصوصی مینماید که این مشخصات در طولانی مدت بوسیله جریان تغییري نمییابد.
مواد و روشها
مقطع پر به مقطعی از رودخانه اطلاق میشود که در آن رودخانه در آستانه سیل قرار میگیرد و پس از آن افزایش دبی باعث ورود آب به سیلابدشت میگردد.
اطلاعات حاصله از بررسی رودخانهها و فلومهاي آزمایشی نشان میدهد که دبی مقطع پر بیشترین اثر را در بوجود آوردن شرایط رژیم رودخانهاي و ایجاد مقاطعی مشابه با وضعیت طبیعی آن را دارا میباشد.
دبی مقطعپر در حقیقت کنترل کننده ابعاد رودخانه است و در آن رابطه پیوستگی دبی و رسوب برقرار بوده و مشخصات هندسی مجرا نسبت به زمان تغییر محسوسی نمییابد. بهمین علت روابط هندسی- هیدرولیکی(روابط رژیم) با استفاده از مشخصات مقطعپر ایجاد میگردد.
براي تعیین مشخصات مقطعپر و استفاده از آن در تعیین روابط رژیم، از روشهاي مختلفی استفاده میگردد بعنوان مثال تغییر ترکیب و اندازه رسوبات در جداره کانال، تغییر جنس مواد جداره کانال، تغییرات در گیاهان و رستنیها که شامل تغییر در نوع گیاهان و تغییر در تراکم گیاهان میشود و تغییر در شیب دیواره کانال که استفاده از روش آخر مرسومتر است، این روش نیازمند مختصات دقیق مقطع عرضی رودخانه است.
روابط رژیم بر تحلیل اطلاعات، استخراج روابط و همبستگی دادههاي بدست آمده از بازه هاي پایدار رودخانهها و کانالهاي موفق استوار است. در واقع این روابط معادلاتی هستند بین خصوصیات هندسی و پارامترهاي هیدرولیکی رودخانه در بازههاي از رودخانه که در حالت رژیم است، یک رودخانه زمانی در حالت رژیم است که شیب و سطح مقطع آن در شرایط تعادل قرار داشته باشد، یعنی اینکه فرسایش و یا رسوبگذاري نداشته باشد.
اگرچه در رودخانههاي رسوبی روابط هندسی- هیدرولیکی معینی حکمفرماست. اما در کل این روابط براي رودخانههاي مختلف متفاوت بوده و میتوان آنها را با اندازهگیريهاي محلی و یا با استفاده از اطلاعات موجود در ایستگاههاي اندازهگیري (هیدرومتري) بدست آورد. این روابط در کل بیانگر مجموع تاثیرات روي همه متغیرهاي هیدرولوژیکی، آب و هواشناسی و زمینشناسی حوضه زهکش میباشند.
از روابط رژیم در کار ساماندهی و اصلاح مسیر رودخانه استفاده میشود، تغییرات مورفولوژیکی مثل کاهش عرض رودخانه و هدایت جریان در مقطعی مشخص یا افزایش عرض مجرا بنا به ضروریات امر باید با توجه به مطالعات انجام گرفته در این زمینه در رودخانه صورت گیرد، مقاطعی که بدینوسیله براي جریان پیشنهاد میگردند نیازمند کمترین حفاظت و در نتیجه هزینههاي کمتري براي نگهداري میباشند.
رودخانه خرسان
این رودخانه در بخش جنوب شرقی حوزه آبریز کارون جریان دارد و از ارتفاعات شمال اردکان فارس سرچشمه میگیرد. با توجه به اینکه سه سد (خرسان1،2و( 3 براي احداث بر روي این رودخانه در دست مطالعه میباشند، اهمیت این رودخانه را براي مطالعات مهندسی رودخانه قبل از احداث این ابنیه به جهت جلوگیري از آسیبهاي وارده بر آن دو چندان مینماید. زیرا یک طرح مهندسی در رودخانه وقتی میتواند موفق باشد که در جهت تثبیت تمایلات طبیعی رودخانه باشد، براي نیل به این هدف آگاهی از جهت و حجم تغییرات ویژگی هاي رودخانه در اثر عملیات مصنوعی یا طبیعی روي آن الزامی است، این آگاهی با مطالعه رودخانه در شرایط طبیعی آن به مقدار زیادي حاصل میگردد.
مساحت کل حوضه آبریز رودخانه خرسان 8942 کیلومترمربع با حداکثر ارتفاع 4262 متر، حداقل ارتفاع 815 متر و ارتفاع متوسط 2306 متر میباشد.[1] محیط حوضه 709/9 کیلومتر، طول مستطیل معادل 327/66 کیلومتر وعرض مستطیل معادل 27/29 کیلومتر است. زمان تمرکز حوضه 39/1 ساعت و ضریب گراولیوس 2/1 است. در قسمت انتهایی رودخانه خرسان ایستگاه هیدرمتري بارز در سال 1335 تاسیس گردیده است. ایستگاه در موقعیت جغرافیایی50o −23′ طولی و31o −32′عرضی قرار دارد. ایستگاه داراي تجهیزات اشل، لیمنینگراف و پلتلفریک است.
تعیین دبی مقطع پر و خصوصیات آن در رودخانه خرسان
ابتدا با استفاده از اطلاعات ارتفاعی بستر و کنارههاي 28 مقطع عرضی رودخانه خرسان که از عملیات نقشه برداري در دو بازه پایدار از آن بدست آمده به تعیین ارتفاع مقطع پر میپردازیم.
براي این منظور عرض مقطع نسبت به اعماق مختلف اندازهگیري شده و سپس عمق در محورXها و نسبت عرض به عمق در محورYها ترسیم شده، این منحنی داراي نقطه شکستگی نزولی به صعودي میباشد که این نقطه بیانگر عمق لبریز مقطع است بدین صورت عمق و عرض مقطع پر تعیین میگردد، این منحنیها براي تکتک مقاطع عرضی رسم شده و بوسیله آن عمق و عرض مقطع پر بدست آمد.
بعنوان نمونه اعداد بدست آمده بهمراه نمودار مربوط به مقطع عرضی شماره3 در جدول((1 ونمودار((1 نشان داده شده اند.
پس از بدست آمدن ارتفاع مقطع پر، دبی معادل این ارتفاع با استفاده از برنامهاي که در نرمافزار Excel نوشته شد تعیین گردید، این برنامه اطلاعات خام نقشهبرداري را دریافت کرده با محاسبه و تفاضل مساحتها از روشهاي انتگرالی و دیگر روشهاي ریاضی کلیه خصوصیات مقطع پر شامل دبی، سطح، عمق متوسط، سرعت، محیط ترشده، شعاع هیدرولیکی و عدد فرود مقطع پر را محاسبه مینماید. بعضی از نتایج این برنامه که شامل مشخصات مقاطع عرضی میباشد در جدول((2 آورده شده است.
جهت بررسی خصوصیات دبی مقطع پر در مقاطع رودخانه خرسان آمار ایستگاه هیدرومتري بارز اخذ گردید. هرچند که استاندارد بودن قرائت و ثبت دادهها تا حد زیادي از ایجاد اشتباه در آنها کاسته است اما بهرحال دادهها میبایستی کنترل و در صورت نیاز اصلاح شوند. از عواملی که موجبات ایجاد اشتباه را بوجود می آورند می توان به تغییر اشخاصی که کار قرائت را بر عهده دارند، منظم نبودن زمان اندازهگیري، تعویض ادوات و غیره اشاره کرد.
قدم اول انتخاب سري دادههاي آماري مرتبط با تحلیل مورد نظر است، براي رسم منحنی تداوم جریان رودخانه از سري کامل دادههاي ایستگاه بارز بصورت میانگین 47 ساله و براي تحلیل فراوانی وقایع و تعیین دوره بازگشت دبیها از سري حداکثر سالانه استفاده گردید.
با توجه به ناقص بودن آمار سیلاب حداکثر لحظهاي، آمار سیلاب حداکثر یک روزه براي تکمیل دادهها در سالهاي موردنظر مورد استفاده قرار گرفت. به این منظور روش نسبتها که کاربرد زیادي در تخمین دادههاي بارندگی و رواناب دارد بکار برده شد.[2 ] نتیجه نهایی در نمودار (2) که تغییرات حداکثر سیلاب لحظهاي در سالهاي مختلف را نشان میدهند آورده شده است. براي تشخیص دادههاي پرت و حذف آنها از بین دادهها، پس از محاسبه میانگین دادهها، انحراف معیار و چولگی میبینیم که آزمون براي مقادیر آستانه بالا باید انجام گیرد
با مقایسه داده ها با آستانه بالا میبینیم که هیچکدام از دادهها جزء مقادیر پرت نمیباشند.
کفایت دادهها عامل بسیار مهمی است به نحوي هر اندازه طول مدت آماري بیشتر باشد نتایج حاصله از دقت بیشتري برخوردار خواهند بود.
با توجه به پایین بودن دوره بازگشت دبی مقطع پر و وجود 49 سال آمار طول دوره آماري بیشتر از حداقل مورد نیاز است. پس اطمینان از صحت دادهها تحلیل فراوانی دبیهاي حداکثر لحظهاي با استفاده از نرمافزار (Hydrology Frequency Analaysis) Hyfran انجام گردید. توزیعهاي نرمال، گامبل و لوگ پیرسون تیپIII بر دادهها برازش داده شده و با استفاده از آزمون Chi-Square وShapiro-Wilk مورد ارزیابی قرار گرفتند(شکل(.((1 در نهایت دوره بازگشت دبی مقطع پر در 28 مقطع عرضی بدست آمد(جدول(((3، میبینیم که این مقادیر در محدوده 1 تا 2 سال بوده و در تطابق با نتایج محققین قبلی می باشند. با دقت در اعداد میبینیم که بطور نسبی دوره بازگشت دبی مقطع پر از بالادست به پاییندست کاهش نشان میدهد.
