بخشی از مقاله
چکیده
به علت پیچیده بودن فرآیند انتقال رسوب در رودخانه ها و تعدد عوامل موثر بر آن، برآورد بار رسوب کل همراه با عدم قطعیت می باشد. از جمله روشهای تحلیل عدم قطعیت، تحلیل حساسیت می باشد. در این مقاله ابتدا فرآیند انتقال رسوب در رودخانه کارون بازه ملاثانی- فارسیات با استفاده از مدل HEC-RAS شبیه سازی گردید. سپس با روش آنالیز حساسیت، حساسیت بار رسوب کل عبوری از ایستگاه هیدرومتری اهواز نسبت به متغیر های ورودی و پارامتر های مدل محاسبه شد. نتایج نشان می دهد که دامنه عدم قطعیت در میانگین بار رسوب کل برابر با %66 می باشد.
مقدمه
سیلاب و رسوب دو پدیده ای هستندکه همیشه در مباحث مهندسی رودخانه از اهمیت بالایی برخوردار بوده و کلیه سازه ها و تاسیسات مهمی که ساخته دست بشر می باشند تحت تاثیر این دو پارامترقرار میگیرند. فرایند سیلاب ورسوب در رودخانه از لحاظ هیدرولیکی پیچیده می باشند، بطوریکه رفتار یک رودخانه در انتقال رسوب به ازای یک دبی معین در زمان های مختلف متفاوت می باشد. بنابراین به علت پیچیده بودن مکانیزم انتقال رسوب وتعدد عوامل موثر بر آن، در زمینه برآورد و پیش بینی حمل رسوبات و تعیین هیدروگراف رسوب دچار عدم قطعیت - خطاء - خواهیم بودتقریباً. در همه شرایط و همیشه ما با عدم قطعیت رو به رو خواهیم بود.
[1] بنابراین عدم قطعیت در زندگی روزمره یک تجربه عادی است و انتقال رسوب در رودخانه ها از این قاعده مستثنی نیست. در واقع تمام فرایندهایطبیعی ذاتاً ماهیت غیر قطعی دارند. دانش ناکامل ما درباره پدیده ها و اطلاعات، منجر به عدم قطعیت در برآورد و پیش بینی بار رسوب می شود. مدیریت عدم قطعیت در زمینه برآورد و پیشبینی بار رسوب، اطلاعات لازم برای تصمیم گیری منطقی در طرح های مهندسی رودخانه فراهم نموده و استفاده کننده را قادر می سازد تا خطا را به طور صریح در نظر گیرد.
اقدامات لازم جهت مدیریت عدم قطعیت شامل موارد زیر می باشند - :[2] الف - شناسایی منابع عدم قطعیت - ب - کاهش عدم قطعیت - ج - به کمیت درآوردن عدم قطعیت در اطلاعات ورودی - د - انتشار عدم قطعیت و تعیین عدم قطعیت در خروجیها و - ه - استفاده از اطلاعات مربوط به برآورد عدم قطعیت در تصمیمگیری ها. این حقیقت که در برآورد و پیشبینی بار رسوب در رودخانه عدم قطعیت وجود دارد موضوعات اعتبار و اطمینان مقادیر برآورد شده انتقال رسوب را پیش می کشد. یک راه حل علمی برای این مشکل، اجرای طرح های مهندسی رودخانه بر مبنای ریسک و عدم قطعیت می باشد.
از جمله ساده ترین روش های برآورد عدم قطعیت یک متغیر، روش آنالیز حساسیت می باشد. آنالیز حساسیت روشی است که درصد تغییر در متغیر خروجی به علت تغییر در یک متغیر ورودی با ثابت در نظر گرفتن بقیه متغیرها محاسبه می شود تا بر این اساس متغیرهای ورودی از لحاظ تاثیرگذاری بر متغیر خروجی اولویت بندی شوند. در این تحقیق ابتدا فرایند انتقال رسوب در رودخانه کارون بازه ملاثانی تا فارسیات با استفاده از مدل HEC-RAS شبیه سازی گردید و سپس با روش آنالیز حساسیت، درصد حساسیت دبی رسوب کل عبوری از ایستگاه هیدرومتری اهواز نسبت به متغیر های ورودی و پارامتر های مدل محاسبه شد. سپس با استفاده از نتایج حاصل از آنالیز حساسیت، دامنه عدم قطعیت در انتقال رسوب کل عبوری از ایستگاه هیدرومتری اهواز محاسبه شد.
بعضی از مطالعات انجام شده در زمینه مدلسازی فرایند انتقال رسوب، آنالیز حساسیت و آنالیز عدم قطعیت بصورت خلاصه عبارتند از: واعظ تهرانی و همکاران - - 1385 با روشLHS، میزان عدم قطعیت در رسوبات سالیانه رودخانه الند درمنطقه آذربایجان غربی را برآورد نمودند. نتایج نشان داد که دبی جریان و دبی رسوب ازمهم ترین فاکتور های تعیین کننده عدم قطعیت رسوبات سالانه می باشند. درمورداین رودخانه عدم قطعیت0 / 3263برای رسوبات سالیانه رودخانه برای دوره ترسالی وخشکسالی و0 / 1215برای کل دوره به دست آمده است.
[3] عبدالهی و همکاران - - 1385 به مقایسه دو مدل HEC-RAS و MIKE-11 از لحاظ شبیه سازی هیدرولیک جریان در بازه ای بطول 35 کیلومتر از رودخانه کارون پرداختند. پس از شبیه سازی و تحلیل مشاهده گردید پروفیل سطح آب در مدل HEC-RAS اندکی بالاتر از مدلMike11 می باشد. در ادامه حساسیت های مدلHEC-RAS نسبت به ضریب زبری وضریب تنگ شدگی وضریب بازشدگی مقاطع و شیب انرژی مورد بررسی قرارگرفت و مشاهده گردید بیشترین حساسیت در پروفیل سطح آب با تغییر در ضریب زبری بوجود می آید.[4] شاهی نژاد و همکاران - - 1387 با استفاده از مدل Gstars به صورت شبه دوبعدی تغییرات ترازبستررودخانه کارون در محدوده شهری اهواز را در دو جهت طولی وعرضی شبیه سازی نمودند و سپس به پیش بینی تغییرات بستر پرداختند.
نتایج اجرای مدل نشان می دهدکه روابط رسوبی آکرز وایت و توفالتی نسبت به بقیه روابط، برآورد بهتری را ارائه می نماید.[5] عباسی شوشتری و کاشفی پور - 1388 - در تحقیقی با استفاده ازداده های دبی جریان و بارمعلق ایستگاه های ملاثانی، اهواز و فارسیات و به کمک معادله استخراج شده ازمنحنی سنجه، باررسوب روزانه و آورد رسوب سالانه درهریک از ایستگاه ها و درنهایت بیلان رسوب در بازه های ملاثانی اهواز و اهواز فارسیات محاسبه کردند.
طبق نتایج این تحقیق بازه ملاثانی اهواز فرسایش پذیر و بازه اهواز فارسیات رسوبگذارمی باشند.[6] حساوی و شفاعی بجستان - 1388 - برای انتخاب مناسبترین معادله برآورد باربستررسوب در رودخانه کارون ایستگاه اهواز، به ارزیابی و واسنجی معادلات مختلف ظرفیت انتقال رسوب پرداختند. نتایج نشان داد که بار بستر محاسباتی تفاوت بسیار چشمگیری با بار بستر اندازه گیری شده به روش مستقیم دارد و بنابراین هیچ یک از روش های مذکور نمی توانند برآورد مناسبی از بار بستر در رودخانه کارون مقطع اهواز داشته باشند.
[7] به طور کلی اهداف این مقاله عبارتند از: مدلسازی انتقال رسوب در رودخانه کارون - بازه مورد نظر - با استفاده از مدلHEC-RAS، آنالیز حساسیت هیدروگراف رسوب کل عبوری از ایستگاه هیدرومتری اهواز نسبت به تغییرات متغیر های ورودی و پارامترهای کالیبراسیون مدل در شبیه سازی هیدرولیک جریان و رسوب در رودخانه، برآورد عدم قطعیت در انتقال بار رسوبات کل عبوری از ایستگاه هیدرومتری اهواز با بکارگیری نتایج حاصل از آنالیز حساسیت.
مواد و روشها
معرفی بازه رودخانه مورد مطالعه
رودخانه کارون یکی از مهمترین رودخانه های کشور بوده که تحقیق حاصل بر روی بخش کوچکی از آن تعریف شده است . ایستگاه هیدرومتری ملاثانی واقع در بالادست شهرستان اهواز به عنوان نقطه شروع پروژه و ایستگاه هیدرومتری فارسیات واقع در پایین دست شهرستان اهواز به عنوان نقطه پایانی پروژه در نظر گرفته شده است. ایستگاه هیدرومتری اهواز نیز به عنوان ایستگاه شاخص به منظور واسنجی و صحت سنجی مدل HEC-RAS در نظر گرفته شد . طول بازه مورد مطالعه 110 کیلومتر که حدود 60 کیلومتر در بالادست شهرستان اهواز و حدود 50 کیلومتر آن در جنوب شهرستان اهواز می باشد. شکل - - 1 بازه مورد مطالعه رودخانه کارون را بصورت شماتیک نشان می دهد.
معرفی مدل HEC-RAS
مدل کامپیوتریHEC-RASبا توجه به سوابق طولانی کاربرد در مطالعات تحلیل سیستم رودخانه و قابلیت های نسبتاً متنوع و نیز مقبولیت عام در بین مهندسین هیدرولیک و مهندسی رودخانه، جهت شبیه سازی انتخاب گردید. مدلHEC-RAS یکی از پرکاربردترین مدل های تحلیل سیستم رودخانه در ایالت متحد آمریکا می باشد. این مدل یک مدل مفهومی که دارای قابلیت شبیه سازی جریان ماندگار و غیر ماندگار در رودخانه در رژیم های مختلف جریان و تعیین پروفیل سطح جریان در طول رودخانه، شبیه سازی انتقال رسوب و فرسایش و رسوبگذاری در طول رودخانه، مدلسازی جریان به لحاظ کیفی و غیره می باشد. در این مدل برای مدلسازی انتقال رسوب جریان به صورت شبه غیردائمی - - Quasi-Unsteady Flow در نظر گرفته می شود.
[8] در جریان شبه غیر دائمی، هیدروگراف پیوسته جریان به یک سری جریانهای دائمی مجزا تقریب زده می شود. در محاسبات انتقال رسوب در هر گام زمانی، مقدار جریان نیز ثابت در نظر گرفته می شود.[8] شکل - 2 - یک سری جریان شبه غیردائمی با گام زمانی را نشان می دهد. در تحلیل رسوب در مدل HEC-RAS یک حجم کنترل رسوب برای هر مقطع در نظر گرفته می شود که شماتیکی از حجم کنترل رسوب برای یک مقطع عرضی در شکل - - 3 نشان داده شده است.
در مدل HEC-RAS برای شبیه سازی انتقال رسوب در رودخانه، هفت معادله انتقال رسوب در نظر گرفته شده که این معادلات عبارتند از: ایکرز و وایت، -2 انگلند و هانسن، -3 لارسن، -4 میر پیتر و مولر، -5 توفالتی، -6 یانگ و -7 ویلکاک .همچنین چندین روش برای محاسبه سرعت سقوط ذرات رسوب در مدل HEC-RAS وجود دارند که عبارتند از: -1رابی، -2 توفالتی، -3ون ریجن و Report -4 - 12 روش ارائه شده در گزارش شماره 12 گروه مهندسی ارتش آمریکا - .[9]
