بخشی از مقاله
خلاصه
بطور معمول در کشورمان پهنه بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه ها بر اساس مدلسازی هیدرولیک جریان در شرایط یک بعدی و با استفاده از مدل HEC-RAS بدست می آید. انجام چنین فرآیندی در رودخانه های واقع در محدوده های کوهستانی و یا نیمه کوهستانی از مشکلات کمتری برخوردار است و نتایج حاصله تطابق نسبتاً مناسبی با نتایج مشاهده شده دارد. با ورود رودخانه به مناطق هموار و دشتی و شکلگیری سیلابدشت با وسعتی بیش از وسعت مقطع اصلی رودخانه همواره مدلسازی در راستای تعیین حد بستربا مشکلاتی مواجه می باشد.
علت این مسئله را می توان پخش جریان در راستایی غیر از راستای طولی رودخانه و بعضاً عدم برگشت سیلاب خروجی از مقطع اصلی جریان به داخل رودخانه اشاره نمود که در صورت استفاده از مدلهای یک بعدی، شبیه سازی پدیده مذکور نیازمند بکارگیری راهکاری مناسب می باشد. در این مطالعه پهنه بندی سیلاب و تعیین حد بستر رودخانه حله از جمله رودخانه های استان بوشهر که در یک منطقه هموار و دشتی واقع گردیده انجام شده است.
بررسی اولیه نقشه های توپوگرافی محدوده مورد مطالعه نشان می دهد که وجود تالاب حله در ساحل چپ رودخانه و همچنین زهکش آبهای سطحی مناطق مجاور در ساحل راست رودخانه موجب گردیده تا رودخانه حله در بخش عمده ای از مسیر در خط الراس قرار گیرد. همین مسئله موجب گردیده تا در سیلابهای با دوره برگشت بالاتر از 10 ساله، بخش عمده ای از جریان از مقطع رودخانه سرریز و از دسترس رودخانه به دلیل ورود به تالاب حله و همچنین زهکش مذکور خارج گردد.
به عبارتی رودخانه از بالادست به سمت پایین دست روند کاهشی را در میزان دبی سیلاب تجربه نموده است. شبیه سازی چنین شرایطی با استفاده از مدلهای یک بعدی مستلزم تعیین محلهای واقعی خروج جریان و همچنین تعیین میزان دبی سرریزی می باشد. برای این منظور و جهت فائق آمدن بر محدودیتهای مدلهای یک بعدی اقدام به مدلسازی دو بعدی جریان با استفاده MIKE21 و تلفیق نقشه های کوچک و بزرگ مقیاس گردید تا بتوان محل واقعی سرریز جریان و جهت حرکت آن را تعیین و با معرفی آن به مدل یک بعدی تهیه شده از نقشه کوچک مقیاس اقدام به تعیین پهنه سیلاب و در نتیجه حد بستر با دقت مناسبتر گردد.
1. مقدمه
تعیین دقیق مرزهای سیلابدشت یا همان پهنه بندی سیلاب مهم تر ین پارامتر در مدیریت سیلابدشت ،کنترل سیلاب ،تخمین خسارات سیل و تعیین حق بیمه سیل می باشد. برخوردار و چاوشیان - 1379 - ، تحقیقی را تحت عنوان " پهنه بندی "تهیه نمودند. در این تحقیق پهنهبندی سیل در مدل ریاضی HEC-RAS به انجام رسید و در نهایت نقشه های پهنه سیلگیر در نرم افزار ARCVIEW GIS ترسیم گردید. فارسی و همکاران - 1381 - ، در طرح ساماندهی مسیر هلیل رود در حاشیه شهر جیرفت، 5 کیلومتر از مسیر رودخانه هلیل رود را مورد بررسی قرار دادند. پس از انجام مطالعات پهنهبندی سیل معلوم شد که در ساخت و سازهای فعلی به حریم رودخانه تجاوز شده است.
باقری عباسعلی کشی و همکاران - 1385 - ، اقدام به پهنهبندی سیلاب رودخانه گرمرود نمود. در این تحقیق نقشه های پهنه سیلا بی را با استفاده از نتایج برنامه HEC-RAC و ARCVIEW ارائه میدهد. محسنی وسلیمانی - 1388 - با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS در محیط سامانه اطلاعات جغرافیایی GIS اقدام به تعیین پهنه سیل رودخانه نکا حدفاصل روستاهای چمان تا بزمین آباد نمودند. عبقری - 1383 - ، با استفاده از نرم افزارهای ARCVIEW و HEC-RAS در رودخانه جاجرود اقدام به پهنهبندی سیلاب و تهیه نقشه های پهنهبندی سیل در منطقه مورد نظر نمود. زینی وند - 1379 - ، با استفاده از مدل HEC-RAS اقدام به پهنهبندی خطر سیل در رودخانه سیلاخور واقع در استان لرستان - بروجرد - نمود. و در نهایت نقشه پهنه های سیل با مقیاس 1/50000، پروفیل سطح آب و مشخصات جریان در بازهها و دوره بازگشتهای مختلف را مشخص نمود.
مطیعی و همکاران - 1381 - ، با استفاده از برنامه HEC-GEORAS و سیستم اطلاعات جغرافیایی اقدام به پهنهبندی سیلاب در رودخانه سفید رود نمودند. ایشان نتیجه گرفتند که تلفیقGIS و مدلهای هیدرولیکی موجب تسهیل محاسبات کاربران گردیده و کمک بسیار زیادی به تجزیه و تحلیل دشتهای سیلابی مینمایند. عبداللهی و همکاران - 1385 - در بازه ای بطو ل 35 کیلومتر به مقایسه نتایج مدل HEC-RAS با مدل MIKE11 پرداختند. بررسیهای ایشان نشان داد که پروفیل سطح آب در مدل HEC-RAS اندکی بالاتر از مدل mike11 می باشد - درحالت ماندگار در محدوده معرفی شده اختلاف 4 درصد مشاهده گردید - . در ادامه حساسیت های مدل HEC-RAS نسبت به ضریب زبری و ضریب تن گشدگی و ضریب بازشدگی و شیب انرژی مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده گردید بیشترین حساسیت در پروفیل سطح آب با تغییر ضریب زبری بوجود می آید.
همانطور که ملاحظه گردید تحقیقات زیادی در راستای شبیه سازی سیلاب با استفاده از مدلهای یک بعدی انجام شده است که بیشتر مربوط تهیه نقشه پهنه و گستره سیلاب می باشد و کمتر به کاربرد آن اشاره شده است. از جمله کاربرد ویژه تهیه نقشه های پهنه بندی سیلاب می توان تعیین حد بستر رودخانه ها می باشد. تعیین حد بستر و حریم رودخانه ها در راستای صیانت ازمنابع ملی و کاهش خسارات سیل، امکان حفاظت رودخانه در مقابل دست اندازی و احداث هر گونه تاسیسات غیر مجاز در آن را فراهم می سازد.
از جمله اطلاعات ضروری در مطالعات تعیین حد بستر و حریم رودخانه ها و انجام محاسبات هیدرولیکی لازم، هندسه رودخانه است که این امر با استفاده از نقشه های توپوگرافی انجام می گردد . لذا جهت نقشه برداری از پلان و برداشت مقاطع عرضی می بایست به این نکته توجه داشت که علاوه بر مقطع اصلی، سیلابدشت موجود در طرفین رودخانه نیز به اندازه کافی رقوم برداری و برداشت شود . این عرض در دستورالعمل نقشه برداری رودخانه ها ، به طور معمول بین 100 تا 400 متر ارزیابی می گردد . لیکن در مواقعی که رودخانه در ناحیه دشتی قرار دارد و با سیلابدشت عریض مواجه است، امکان نقشه برداری در پهنه وسیعی از سیلابدشت مقدور نمی باشد.
بررسی سیلاب های تاریخی چنین رودخانه هایی نشان می دهد که به محض وقوع سیلاب با دوره بازگشت 2 سال یا بیش از آن، جریان درسیلابدشت های اطراف رودخانه طغیان می نماید .اگر کرانه های رودخانه را دشت های مسطح با شیب بسیار کم تشکیل دهند، به محض آنکه جریان در سیلابدشت طغیان کند، با توجه به شیب بسیار کم سیلابدشت، سیلاب رودخانه تا مسافت های بسیار دور از آبراهه اصلی و حتی در جهت های کاملا متفاوت از آبراهه اصلی، جاری می شود. این در حالیست که در مطالعات مهندسی رودخانه معمولا مقاطع عرضی در یک باند محدود از رودخانه برداشت می شوند .بنابراین جریان سیلاب 25 ساله که برای تعیین حد بستر رودخانه مبنای کار می باشد، در این محدوده واقع نمی گردد. از سوی دیگر مدلهای معمول هیدرولیک رودخانه مانند مدل HEC-RAS و MIKE 11 قادر نیستند به خوبی جریان را در سیلابدشتهای رودخانه در شرایط مذکور را مدل نمایند.
در این مقاله ابتدا با استفاده از عکسهای هوایی، تصاویر ماهواره ای ، نقشه های موجود و بازدیدهای صحرایی به بررسی مورفولوژی رودخانه حله و سیلابدشت آن پرداخته شده است. بررسیها نشان می دهد که به دلیل وجود پدیده های خاص از جمله محدوده آبی تالاب در ساحل چپ و همچنین زهکش طبیعی در ساحل راست بخش عمده ای از جریان سیلابی رودخانه حله به آنها وارد و از دسترس خارج می شود. به همین دلیل رودخانه حله در شرایط موجود و در بازه انتهایی از عرض بستر کمی برخوردار می باشد. در حالیکه عدم توجه به پدیده های مذکور و عدم تعیین میزان واقعی جریان سیلاب منتقل شده به بازه انتهایی منجر به تولید پهنه سیلاب بسیار وسیعی در این بازه می شود که در نتیجه آن حد بستر غیر واقعی برای آن تعیین خواهد شد.
ظر به اینکه مدلهای یک بعدی قادر به تعیین جهت جریان واقعی ورودی به سیلابدشت نمی باشند و به موجب عدم وجود چنین قابلیتی امکان تعیین میزان جریان از دسترس خارج شده رودخانه مهیا نمی باشد لذا تعیین حد بستر واقعی رودخانه را با مشکل مواجه می سازد. برای این منظور و جهت فائق آمدن بر محدودیتهای مدلهای یک بعدی اقدام به مدلسازی دو بعدی جریان با استفاده از تلفیق نقشه های کوچک و بزرگ مقیاس و همچنین استفاده از مدل MIKE 21 گردید تا بتوان محل واقعی سرریز جریان و جهت حرکت آن را تعیین و با معرفی آن به مدل یک بعدی تهیه شده از نقشه کوچک مقیاس در محیط HEC-RAS اقدام به تعیین پهنه سیلاب و در نتیجه حد بستر با دقت مناسبتر گردد.
2. مواد و روشها
2,1. موقعیت محدوده مورد مطالعه
رودخانه حله در شهرستان دشتستان و در محل اتصال رودخانه های شاپور و دالکی تشکیل شده و جریان می یابد که در ادامه مسیر به سمت خلیج فارس، مرز جغرافیایی شهرستان بوشهر با شهرستان های دشتستان و بندر گناوه را پیموده و در نهایت به خلیج فارس می ریزد. در این مسیر از نزدیکی روستاهای مهمی همچون قلعه سوخته، کلل، هفت جوش، کرهبند، محمدی و فراکه عبور میکند و مسیر 93/5 کیلومتر را میپیماید. در مختصات x=493277 و y= 3239120 که در 66 کیلومتری خلیج فارس واقع شده است، شاخهای فرعی از رودخانه حله در محل روستای کره بند جدا میشود که پس از طی 7 کیلومتر به تالاب حله میریزد. در شکل 110 محدوده مورد مطالعه رودخانه حله ارائه شده است.
تراز ارتفاعی کف رودخانه در بالادست 12/5 متر و در پایین دست -2 متر نسبت به سطح آبهای آزاد میباشد. بر اساس طول بازه مورد مطالعه و ترازهای ارتفاعی، شیب متوسط رودخانه حله در بازه مورد مطالعه %0/016 است. در ساحل راست رودخانه حله نیز زهکش طبیعی واقع شده است که در شرایط سیلابی امکان سرریز جریان رودخانه حله به داخل آن مهیا می باشد که در نهایت جریان این زهکش به خلیج فارس منتهی می گردد.
مسیر زهکش طبیعی
تالاب حله
خلیج فارس
.2,2 اطلاعات مورد استفاده
بطورکلی مطالعات هیدرولیک جریان بر پایه اطلاعات موجود از مشخصات رودخانه حله می باشد. وجود عکسهای هوایی ، تصاویرماهواره ای و نقشه های توپوگرافی در مقیاسهای مناسب، امکان انجام مطالعات مذکور و میزان دقت آنرا فراهم می سازد. با توجه به کمبود و نواقص اطلاعات پایه در کشور ، این محدوده نیز مستثنی نبوده و اطلاعات مورد نیاز در سالهای مختلف به میزان مورد نیاز دردسترس نمیباشد . با این وجود و با توجه به حساسیت مطالعات در تعیین حد بستر رودخانه حله، اطلاعاتی شامل عکسهای هوایی سالهای 1345 و 1372 با مقیاس 1:20000، تصاویر ماهواره ای سال های 2002 تا 2011 و همچنین نقشه های توپوگرافی با مقیاس 1:1000 سال 1390 ، نقشه های رقومی 1:25000 سال 1381 جمع آوری و استفاده شده است.
.3,2 تهیه پلان رودخانه، مقاطع عرضی و سازههای متقاطع
تهیه پلان و هندسه رودخانه جزء اولین و اصلی ترین اطلاعات لازم جهت شبیه سازی هیدرولیک رودخانه میباشد. در واقع با ورود جریان به داخل رودخانه برمبنای مسیر پلان و شکل سطح مقطع رودخانه است که پارامترهای هیدرولیکی آن نظیر سرعت، عمق و سطح آبگرفتگی مشخص میشود. در پروژه های تعیین حد بستر و حریم می بایست جهت شبیه سازی هیدرولیک جریان دو هندسه متفاوت برای شرایط موجود و طبیعی تهیه نمود. شرایط طبیعی رودخانه با حذف هرگونه سازه یا تغییر مصنوعی ایجاد شده در مسیر رودخانه بدست میآید. تغییراتی که توسط انسان در مسیر رودخانه ایجاد می شود باعث تغییر در رژیم جریان یا مسیر و مقطع رودخانه میشود. بدست آوردن مقاطع اولیه در حالت طبیعی رودخانه، کاری دشوار بوده و نیازمند بررسیهای دقیق صحرایی و دفتری است. لیکن ضرورت انجام آن جهت شبیهسازی هندسه رودخانه برای تعیین حد بستر رودخانه طبق قانون الزامی میباشد.
