بخشی از مقاله
چکیده
از آنجاییکه در طبیعت کمتر رودخانهای یافت میشود که دارای مسیر مستقیم باشد و اکثر رودخانه ها تمایل به حالت پیچانرودی دارند که به نوبه خود دارای جریان با پیچیدگیهای بیشتر از جمله وجود جریان های ثانویه در قوس ها نسبت به مسیرهای مستقیم میباشند، در این تحقیق به بررسی میزان تغییرات رسوب گذاری و فرسایش رودخانه قره سو در بازه ورودی به شهر کرمانشاه با و بدون در نظر گرفتن پیچانرودهای موجود در مسیر رودخانه با استفاده از مدل Gstars3 پرداخته شده است. با توجه به دانهبندی انجام شده بر روی مواد بستر رودخانه - بسترماسهای - از رابطه انگلوند و هانسن در مدل استفاده شده است. نتایج نشان داد که در بازه مطالعاتی با در نظر گرفتن پیچانرودهای مسیر و بعلت تاثیر جریانهای ثانویه پروفیلهای طولی و عرضی بستر تغییرات قابل توجهی را نسبت به حالت مسیر مستقیم دارد.
-1 مقدمه
مورفولوژی رودخانه، علم شناخت سیستم رودخانه از نظر شکل و فرم کلی، ابعاد و هندسه هیدرولیکی، راستا و پروفیل طولی بستر و نیز روند و مکانیزم تغییرات آن می باشد. بررسی مورفولوژیکی برای درک شرایط کنونی و پتانسیل تغییرات احتمالی رودخانه در آینده ضروری است و تنها از این طریق می توان عکس العمل طبیعی آن را نسبت به تغییرات طبیعی و یا اقدامات ناشی از اجرای طرح های اصلاح مسیر و تثبیت کنار ها پیش بینی نمود و میزان جابحایی ، تغییر ابعاد و الگوی رودخانه را تشخیص داد.
رودخانه های طبیعی بندرت در حالت پایدار بوده و تحت تاثیر عوامل و متغیرهای مختلف همواره از نظر ابعاد، شکل، راستا والگو در تغییر هستند. حتی در مقیاس زمانی نسبتا کوتاه نیز روند فرسایش و رسوبگذاری تابع توازن میان عوامل کنترل کننده آن می باشد.
بطور کلی شناخت، تجزیه و تحلیل و پیش بینی میزان تغییرات پارامترهای هندسی رودخانه ها از مهم ترین و در عین حال مشکل ترین مباحث هیدرولیک رسوب و مهندسی رودخانه می باشد. تغییر در مرفولوژی رودخانه ها به دلیل پدیده انتقال رسوب صورت می گیرد. امروزه روابط متعددی جهت برآورد میزان رسوبات انتقالی ارائه شده که هر کدام از این روابط در شرایط خاص جواب قابل قبولی ارائه می دهند. تفکیک و برآورد رسوبات انتقالی به دو صورت رسوبات بستر و معلق می تواند تا حدی دقت جواب های حاصله را افزایش دهد.
همچنین پدیده فرسایش و رسوب گذاری در کف آبراهه یک پدیده دینامیک بوده بدین معنی که تغییرات کف به صورت پیوسته و تحت تأثیر شرایط هیدرولیکی جریان صورت می گیرد. ظهیری و همکاران , - 1387 - روند فرسایش و رسوبگذاری در رود خانه کارون در محدوده شهری اهواز را با استفاده از مدل GSTARS پیش بینی نمودند.
سزار و همکاران - - 2001 اثر جریانات گل آلود در رسوب گذاری مخازن را مورد بررسی قرار دادند. آنها با استفاده از مقادیر اندازه گیری شده، مدل آزمایشگاهی جریانات غلیظ و شبیه سازی عددی جریان، به مطالعه ی سیل هزار ساله مخزن لوزان در سوئیس پرداخته اند. در بررسی صورت گرفته، اثرات جریانات غلیظ بر رسوب گذاری مخازن با اثرات واقعی انها مورد مقایسه قرار گرفته است .
مصباحی و همکاران , - 1386 - ریخت شناسی رودخانه کارون را در محل ورود به دشت بررسی کردند که مطالعات آنها ضمن معرفی نوع و ویژگی های رودخانه در محل ورود به دشت ناپایداری رودخانه در این بازه را از 4 روش مختلف اثبات می کند. بررسی فرسایش پذیری و جآبجایی رودخانه در یک بازه 30 ساله و مشکلات خاص مورفولوژیکی رودخانه در محل ورود به دشت، تحلیل جزایر رسوبی و تعامل بهره برداری از مصالح رودخانه ای و پارامترهای ریخت شناسی در آن از دیگر نتایج مطالعات آنها بود
صادق زاده اصفهانی و اعلمی - - 2006 به بررسی تاثیر رهاسازی رسوبات سدهای مخزنی بر مورفولوژی رودخانه سفیدرود در پایین دست با استفاده از مدل GSTARS3.0پرداخته اند.
از آنجاییکه در طبیعت کمتر رودخانه ای یافت می شود که دارای مسیر مستقیم باشد و اکثر رودخانه ها تمایل به حالت پیچانرودی دارند که به نوبه خود دارای جریان با پیچیدگی های بیشتر نسبت به مسیرهای مستقیم می باشند و با توجه به اینکه در تعدادی از مدل های عددی برای شبیه سازی رسوب، مسیر رودخانه را مستقیم در نظر می گیرند و از پیچانرودهای موجود در مسیر صرفنظر می کنند لذا در این تحقیق به بررسی میزان رسوب گذاری و فرسایش رودخانه قره سو در بازه ورودی به شهر کرمانشاه با و بدون در نظر گرفتن پیچانرودهای موجود در مسیر رودخانه و مقایسه این دو حالت با همدیگر با استفاده از آمار دبی 1 ساله و همچنین تاثیر این پارامتر در میزان انتقال رسوب با مدل ریاضی Gstars3.0 ، پرداخته شده است.
-2 مواد و روشها
معرفی مدل ریاضی Gstars3.0 یکی از مدلهای ریاضی مدل Gstars میباشد این مدل توسط آقایان یانگ ومولیناس برای شبیه سازی رودخانههای آبرفتی ارائه شده است. این مدل توسط یانگ و همکارانش تجدید نظر و اصلاح گردید و با عنوان Gstars2.0 ارائه گردید. این نسخه از مدل توسط یانگ و سیموئز بهبود یافت و با نام Gstars2.1 ارائه گردید. Gstars3.0 مدل تعمیم یافته انتقال رسوب برای شبیه سازی رودخانه های آبرفتی است که آخرین نسخه ازسری مدل های عددی برای شبیه سازی انتقال جریان آب و رسوب در رودخانه های آبرفتی می باشد که در گروه هیدولیک رودخانه و رسوب مرکز خدمات فنی USBR، نوشته شده است. Gstars3.0 شامل 4 قسمت عمده می باشد:
-1 استفاده از معادلات انرژی و ممنتم برای محاسبات مربوط به پروفیل سطح آب.
-2 استفاده از مفهوم لوله جریان می باشد که در محاسبات روندیابی رسوب استفاده می گردد.
-3 استفاده از فرضیه شدت افت انرژی حداقل یانگ و سونگ می باشد که برای محاسبه اصلاحات عرض و عمق کانال استفاده و حالت ساده سازی شده آن " فرضیه حداقل توان جریان کل چانگ و هیل" می باشد.
-4 شامل معیارهای پایداری شیب دیواره کانال بر اساس زاویه ایستایی خاک مصالح دیواره و پیوستگی رسوب می باشد.
معادلات حاکم محاسبات پروفیل های سطح آب:
محاسبات هیدرولیکی در Gstars3.0 بر اساس مدل جریان متغیر تدریجی میباشد. این مدل پروفیل سطح آب را با استفاده از معادلات انرژی یا ممنتم برای جریان شبه دائمی محاسبه میکند. درجریان شبه دائمی هیدروگراف جریان با قطعاتی تقریبی با دبی ثابت جایگزین شده و در طی دبی ثابت، معادلات جریان دائمی برای محاسبات پروفیل سطح آب بکار می-رود.
محاسبات روندیابی رسوب:
در Gstars3.0 پس از محاسبه پروفیل سطح آب در هر گام زمانی، محاسبات روندیابی رسوب انجام می شود این محاسبات بر پایه اصل بقای جرم رسوب می باشد . در جریان غیر دائمی یک بعدی معادله پیوستگی رسوب عبارت است از:
که در آن η حجم رسوب در واحد حجم لایه بستر، Ad حجم رسوب بستر در واحد طول، As حجم رسوب معلق در مقطع عرضی در واحد طول، Qs دبی حجمی رسوب و qlat جریان رسوب جانبی است. پس از در نظر گرفتن فرضیاتی آنگاه معادله پیوستگی رسوب به صورت زیر تبدیل می گردد که Gstars3.0 از آن برای روندیابی رسوب استفاده خواهد کرد.
Gstars3.0 از تفاضلات محدود و روش صریح برای حل معادله فوق استفاده میکند. همچنین محاسبات انتقال رسوب را بر اساس دانه بندی مواد رسوبی انجام میدهد بنابراین ذرات با اندازههای مختلف دارای شدت انتقال متفاوت خواهند بود و همچنین ظرفیت حمل را برای اندازه ذرات موجود در بستر محاسبه مینماید. مدل مذکور دارای 14 تابع انتقال رسوب برای مواد غیر چسبنده میباشد. معمولا هرتابع انتقال رسوب برای یک دامنه خاصی از اندازه رسوب و شرایط جریان ، توسعه یافته شده است. فرمول کلی که بتواند برای تمام رسوبات و شرایط جریان با دقت بکار رود وجود ندارد. در Gstars3.0 انتقال سیلت و رس - رسوبات چسبنده - به طور جداگانه محاسبه میشود.
