بخشی از مقاله
خلاصه
تاکنون روابط متعددي براي تخمین هندسه هیدرولیکی پایاب رودخانه ها ارائه شده اند که نمی توان آنها را براي تمام رودخانه تعمیم داد. در این مقاله با استفاده از اطلاعات رودخانه کشکان واقع در استان لرستان یک رگرسیون غیرخطی براي تخمین هندسه هیدرولیکی پایاب این رودخانه صورت گرفته است. در ابتدا هندسه هیدرولیکی پایاب این رودخانه با استفاده از روابط ژولین-وارگادالام و نیز لی ژولین محاسبه شده و خطاي پیش بینی و مقدار ضریب همبستگی مقادیر پیش بینی شده و مقادیر اندازه گیري شده با استفاده از این روابط بدست آمده است.
نتایج نشان می دهد که اکثر روابط موجود براي این رودخانه، مخصوصاً براي تخمین عرض رودخانه و سرعت جریان مناسب نیستند. در مرحله بعد با استفاده از تکنیک رگرسیون غیر خطی ، رابطه دیگري براي تخمین هندسه هیدرولیکی پایاب این رودخانه پیشنهاد شده است که نسبت به روابط موجود دقت بالاتري در تخمین و پیش بینی این پارامترها دارد.
کلمات کلیدي: هندسه هیدرولیکی پایاب، رگرسیون غیر خطی، مهندسی رودخانه، رودخانه کشکان
مقدمه
بسیاري از رودخانه بر روي بستر آبرفتی خود حرکت کرده و تشکیل کانال ها یا رودخانه هاي آبرفتی را می دهند. رودخانه هاي آبرفتی به طور پیوسته هندسه هیدرولیکی خود را عوض می کنند تا به یک مرز تعادل بین جریان آب و رسوب دست یابند. روابط رژیم که از جمله روابط مهم در مهندسی رودخانه هستند، براي کانال هایی ارائه می شوند که در آنها فرسایش و رسوبگذاري اتفاق نمی افتد، یعنی در واقع رودخانه هایی که به مرز تعادل رسیده اند. در زمینه بدست آوردن هندسه هیدرولیکی کانال هاي آبرفتی تحت شرایط تعادلی، به خاطر تحقیقات میدانی وسیعی که در سال هاي اخیر وجود داشته است، پیشرفت هاي زیادي صورت گرفته است. معادلات رژیم به هندسه کانال پایین دست در شرایط دبی لب پر1 مربوط می شوند.
دبی لب پر به آن مقدار از جریان اطلاق می شود که آب را به تراز سیلابدشت برساند. با توجه به اینکه سطح مقطع کانال در یک سیستم رودخانه اي در همه جا یکسان نیست، دبی هاي مختلفی در مقاطع مختلف دبی لب پر محسوب می شوند. از آنجا که این مقاطع در مناطق مختلفی از یک سیستم رودخانه اي قرار گرفته اند، خواص آبراهه را با نام هندسه هیدرولیکی پایاب می نامند که با مفهوم هندسه هیدرولیکی در یک ایستگاه خاص که خصوصیات کانال را در دبی هاي مختلف در یک ایستگاه توصیف می کند متفاوت است.
هندسه هیدرولیکی پایاب آبراهه هاي آبرفتی در شرایط دبی لب پر را می توان بر حسب سایر مشخصات هیدرولیکی کانال مثل عمق متوسط جریان، شیب کانال، عرض کانال و سرعت متوسط جریان بدست آورد. یکی از مهم ترین تحقیقات در این زمینه را ژولین و وارگادالام در سال 1995 انجام دادند. آنها با استفاده از داده هاي زیادي شامل 835 رودخانه و کانال روابطی را براي مشخصات هندسه هیدرولیکی پایاب در آبراهه هاي آبرفتی بدست آوردند. لی و ژولین - 2006 - مطالعات مربوط به ژولین و وارگادالام را براي تعداد بیشتري از داده ها توسعه دادند.
بانک اطلاعاتی آنها شامل تعداد 1485 اندازه گیري بود که از این تعداد 1125 داده براي واسنجی مدل استفاده شد. از 360 دادة باقیمانده جهت صحت سنجی استفاده گردید. بستر رودخانه هایی که داده هاي انها مورد تحلیل قرار گرفتند شامل بسترهاي ماسه اي، شنی و سنگی بودند. از لحاظ شکل مورفولوژیکی رودخانه هاي پیچانرودي و شاخه شاخه نیز وجود داشتند در اکثر روابط ارائه شده براي شکل هندسه پایاب عرض کانال، عمق جریان، سرعت و شیب بر حسب دبی غالب جریان، دبی لب پر و یا دبی متوسط سالیانه و دو پارامتر مستقل دیگر بیان شده اند.
مثلاً در روابط ارائه شده توسط ژولین و وارگالادام، عمق جریان، عرض آبراهه، سرعت متوسط جریان و شیب کف کانال بر حسب دبی غالب جریان، قطر متوسط دانه هاي رسوب و پارامتر بدون بعد شیلدز بیان شده اند. یکی از مشکلات مربوط به روابطی که پدیدة انتقال رسوب و تغییرات مورفولوژیکی آبراهه را مورد توجه قرار می دهند عدم امکان تعمیم روابط به همه رودخانه است. این به دلیل پیچیدگی این پدیده و پارامترهاي زیاد درگیر در این مسأله است که باعث می شود روابط موجود، هرچند که از تعداد بسیار زیادي داده بدست آمده باشند، داراي قطعیت لازم براي استفاده در همه جا نباشند.
در این مقاله صحت استفاده از روابط ارائه شده براي شکل هندسی پایاب یکی از رودخانه هاي ایران، که داده هاي آن در دسترس بوده است، مورد بررسی قرار می گیرد. با انجام یک رگرسیون غیر خطی بر روي داده ها، روابط مربوط به تخمین هندسه هیدرولیکی پایاب این رودخانه اصلاح شده اند. رودخانه مورد نظر رودخانه کشکان در استان لرستان است. حوضه آبریز این رود با وسعت حدود 9276 کیلومتر مربع در جنوب غربی ایران واقع است. حوضه این رودخانه بخش مهمی از سرشاخه هاي پر آب رودخانه کرخه را تشکیل داده و حدود ثلث استان لرستان را در بر می گیرد.
شهرستان هایی مثل خرم آباد و کوهدشت در آن قرار دارند. این حوضه از نظر تقسیم بندي، جزئی از حوضه آبریز خلیج فارس محسوب شده و از شمال غرب و جنوب غرب به حوضه آبریز رودخانه هاي گاماسب و سیمره و از شرق به سرشاخه هاي فرعی رودخانه دز و از جنوب به رودخانه کرخه محدود می شود. رودخانه کشکان ابتدا از به هم پیوستن سرشاخه رودهاي هرو و دوآب الشتر که در شمال شرق و شمال حوضه واقعند تشکیل می شود.در مسیر اصلی رودهاي فرعی دیگر به آن می پیوندند و سرانجام رودخانه کشکان را تشکیل می دهند. این رودخانه پس از طی مسافت حدود 300 کیلومتر از شهر پلدختر عبور کرده، به رودخانه سیمره ملحق شده و رودخانه مهم کرخه را تشکیل می دهد.
روابط تعیین هندسه هیدرولیکی پایاب
بنا به تعریف، جریانی که مقدار و تکرر آن به حدي باشد که ابعاد و هندسه یک مقطع آبرفتی را بسازد دبی غالب گفته می شود. اگرچه این تعریف یک تعریف کلی است و مقدار این دبی را دقیقاً نمی توان تعیین کرد ولی در بسیاري از رودهاي طبیعی تقریباً آن را برابر با دبی لب پر آبراهه با دورة بازگشت 1/5 سال در نظر می گیرند. بنابراین روابطی که براي هندسه کانال آبرفتی ارائه شده اند اصولاً تخمینی هستند. روابط زیر در تعیین هندسه هیدرولیکی پایاب نقش دارند.
روش تحلیل داده ها
تعداد 24 آمار مربوط به رودخانه کشکان شامل دبی، شیب کف، سرعت جریان، عمق متوسط جریان و قطر متوسط دانه هاي رسوبی با استفاده از مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و درستی استفاده از روابط و در تخمین مشخصات هندسه هیدرولیکی پایاب رودخانه مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از این روابط مقادیر عمق متوسط جریان، عرض آبراهه و سرعت متوسط جریان پیش بینی شده و مقادیر پیش بینی شده در مقایسه با مقادیر اندازه گیري شده قرار گرفت. جذر مجموع مربعات خطا که از رابطه زیر بدست می آید به عنوان یک شاخص آماري در دقت پیش بینی روابط و نیز ضریب همبستگی مقادیر پیش بینی شده توسط روابط و مقادیر اندازه گیري شده در مورد این رودخانه گزارش شده اند.
