بخشی از مقاله
چکیده
امروزه در بسیاري از کارهاي تحقیقاتی و اجرایی استفاده از مدلهاي ریاضی در خصوص مطالعه رودخانهها رایج است. داشتن اطلاعات جامع از رودخانه جهت مطالعهي این سیستم پویا ضروري است. در اکثر مدلها ضرایب و پارامترهایی وجود دارد که لازم است براي رسیدن به نتایج مناسب و قابل اعتماد، پیش از اجراي مدل تخمین دقیقی از آنها به عمل آید. یکی از مواردي که جهت بررسی رودخانه باید در اختیار داشت، ضریب زبري مانینگ است.
روشهاي مختلفی براي تخمین این ضریب ارائه شده است که با توجه به شرایط خاص رودخانه برآوردهاي مختلفی از این پارامتر مهم به دست میدهند. در این مطالعه مقادیر ضریب زبري از طریق روشهاي گوناگون، براي رودخانه شلمانرود، با کمک مدل HEC-RAS به دست آمدنهایتاً. با در نظر گرفتن شاخص خطا، بهترین ضریب زبري از روش کاون به دست آمد. همچنین روشهاي تجربی که عمدتاً مقادیر کمتري نسبت به سایر روشها را تخمین زدند، نامناسبترین روش براي این رودخانه پیچانرودي لحاظ میشوند.
-1 مقدمه
از دیرباز رودخانهها همواره مورد توجه بشر قرار داشتهاند چراکه از این نعمت طبیعی به عنوان منبعی جهت تأمین آب مورد نیاز، غذا، حمل و نقل و ... استفاده گردیده است. هر رودخانه بر اساس شرایط کنونی خود به رفتار طبیعت و گاهاً بشر، عکس العمل خاص خود را نشان میدهد. امروزه نیز رودخانه یکی از منابع اصلی تأمین آب بخش کشاورزي محسوب می شود. محققان و دانشمندان علوم زمینشناسی، مهندسان کشاورزي و همچنین محیط زیست، براي بررسی مسائلی همچون تأمین آب، طراحی و ساخت مجراهاي مصنوعی، فرسایش ساحلی رودخانه، رسوبگذاري در مخازن و آلودگی آبهاي سطحی و زیرزمینی باید رودخانهها را مورد مطالعه قرار دهند.
بنابراین باید با استفاده از اصول مهندسی رودخانه، بررسی سوابق سیلابهاي آن و آگاهی از چگونه به تعادل رسیدن این سیستم، از فرسایش و تخریب بستر و کنارهها و زیانهاي وارده به اراضی دشتهاي سیلابی و مناطق مسکونی جلوگیري شود. جهت تعیین عوامل هیدرولیکی نظیر عمق و سرعت جریان، نیاز به تعیین ضریب زبري است. در کلیهي مطالعات مهندسی رودخانه و طراحی سازههاي متقاطع رودخانه، دانستن عمق و سرعت جریان ضروري است. از این رو تعیین دقیق ضریب زبري مورد نیاز است.
همچنین یکی از دادههایی که در مدلهاي ریاضی به عنوان ورودي مدل مورد استفاده قرار میگیرد ضریب زبري است. از این رو تعیین این پارامتر در کارهاي مهندسی رودخانه و محیط زیست ضروریست. تا کنون مطالعات مختلفی در این زمینه صورت گرفته است که نهایتاً به چندین روش جهت برآورد این پارامتر منتج شده است. در این مطالعه از بین روشهاي موجود، چند روش که بیشترین کاربرد را دارند مورد بررسی قرار گرفته است.
الف- روابط تجربی
روابط تجربی عمدتاً به صورت یک رابطهي توانی بین ضریب زبري مانینگ و قطر مشخصهاي از رسوب بیان میشوند که عموماً براي رودخانههاي عریض و کمشیب استفاده میشوند. [1]
n = αd / - 1 -
ب- تصاویر USGS
در راهنماي کاربر نرم افزار HEC-RAS در قسمت تعیین ضریب مانینگ بر اساس USGS، تصاویري از رودخانهها ارائه شده است که بر اساس آنها میتوان مقدا ضریب زبري مانینگ را تعیین کرد.
پ- جداول دفتر تحقیقات و معیارهاي فنی سازمان مدیریت و برنامهریزي
این سازمان در بحث هیدرولیک کانالها از مجموعهي ضوابط و معیارهاي فنی شبکههاي آبیاري و زهکشی، جداولی همراه با توضیحات و ویژگیهاي کانالها براي تخمین مقدار n ارائه داده است.
ت- روش کان
کاون بر اساس فاکتورهاي مؤثر بر میزان زبري کانالها، رابطهي زیر را پیشنهاد کرده است:
- 2 - n0 n1 n2 تنوع در اندازه و شیب سطح مقاطع کانال، که در آن مقدار ضریب زبري پایه،ضریب تصحیح بی نظمی کانال، - n = - + + + + n3 میزان ممانعت در برابر جریان، n4 ضریب اصلاحی پوشش گیاهی و m فاکتور تصحیح پیچانرودي بستر است. که این مقادیر براي بستر و دشت سیلابی نفاوت دارد. [1]
ث- جداول چو
در کتاب هیدرولیک کانالهاي باز چو جداولی ارائه شده است که در آن بر اساس شرایط مختلف کانالها، مقدار n تخمین زده شده است. در این مطالعه تمامی روشهایی که در بالا بحث شد مورد بررسی قرار گرفته است. محدودهي مطالعاتی در این مقاله، بازه 25 کیلومتري از رودخانه شلمانرود، واقع در استان گیلان است که از شهر املش شروع شده و تا دریاي خزر در ساحل چمخاله ادامه مییابد.
-2 مواد و روشها
همانطور که گفته شد در این مطالعه با استفاده از مدل HEC-RAS ضریب زبري مانینگ رودخانه شلمانرود مورد بررسی قرار گرفت. اطلاعات مورد نیاز مدل شامل مقاطع عرضی برداشت شده از مسیر رودخانه در بازه مورد نظر، مقادیر اشل مشاهداتی به ازاي دبیهاي عبوري در ایستگاه هیدرومتري - که در مقطع 131 واقع شده است - و دانهبندي مصالح بستر جهت تعیین روابط تجربی میباشد.
