بخشی از مقاله
چکیده
در مطالعه حاضر با انتخاب بازهای از رودخانه آغاج به بررسی سه روش مختلف عددی روندیابی سیلاب شامل مدلهای ماسکینگام-ترسیمی، کانوکس و مدل عددی موج دینامیکی به کمک نرم افزارهای MIKE11 و EXCEL پرداخته شده است و نتایج آن، با نتایج مشاهداتی ثبت شده در ایستگاه هیدرومتری پاییندست مقایسه شده است. هدف از این مقایسه، بررسی انطباق نتایج روشهای مختلف عددی با توجه به مشخصات فیزیکی و هیدرولیکی آبراهههای طبیعی با مقادیر واقعی بوده است. در این راستا پس از انتخاب ایستگاه منتخب از رودخانهی آغاج در بازهای به طول حدود 39 کیلومتر، اقدام به ورود مقاطع عرضی و شبیهسازی بستر رودخانه گردید و پس از تعریف هیدرولیک جریان، به آنالیز و اجرای مدل پرداخته و نتایج حاصل با نتایج ثبت شده در ایستگاه هیدرومتری پاییندست مقایسه شده است. از آنجا که پیشبینی حداکثر دبی سیلاب در پاییندست و زمان رخ دادن آن از اهمیت بالایی برخوردار است از معیار اختلاف میزان دبی اوج - DPO - و زمان اوج - DPOT - استفاده شد. همچنین از معیار درصد فروکش دبی اوج سیل - - و معیار میزان تاخیر بین هیدروگرافهای بالادست و پایین دست - - در هر روش بهره برده شد. نتایج این پژوهش حاکی از برتری مشهود مدل موج دینامیکی نرم افزارMIKE دارد. با توجه به نتایج این پژوهش توصیه می شود چنانچه اطلاعات هیدرولیکی رودخانه موجود باشد از مدل موج دینامیکی نرم افزار MIKE11 و در غیر اینصورت از مدل ماسکینگام ترسیمی در عملیات روندیابی سیلاب بهره برده شود.
کلمات کلیدی: آغاج، روندیابی هیدرولیکی، روندیابی هیدرولوژیکی، تعدیل سیل، .MIKE11
.1 مقدمه
سیل به عنوان مهمترین جریان غیردائمی، حجم آب مازاد بر ظرفیت رودخانه بوده که اراضی پاییندست و حاشیه رودخانه را فرا گرفته و با تداوم زمانی محدود، خسارتهای مالی و جانی فراوانی را به همراه دارد. از این رو ضرورت شناخت، مطالعه و توانایی کنترل رواناب و سیلابهای به وقوع پیوسته امری ضروری است که توسط عملیات روندیابی سیلاب امکانپذیر است. روندیابی سیلاب مجموعه عملیاتی است که به وسیله آنها هیدروگراف جریان پایین دست توسط هیدروگراف جریان معلوم بالادست تعیین می گردد - آکان، . - 2010 عملیات روندیابی سیلاب در مدیریت روانابهای سطحی، مهندسی رودخانه، طراحی سازههای هیدرولیکی، برنامهریزی منابع آب و پیش بینی شدت جریان و تراز حداکثر آب در رودخانهها طی سیلابهای مختلف ضروری است. به طور کلی روشهای محاسباتی فرآیند روندیابی سیل به دو دسته هیدرولوژیکی و هیدرولیکی تقسیم می-گردد - مککوئن، . - 2012 روشهای هیدرولیکی بر اصول تئوری جریانهای غیردائمی در آبراهههای روباز و حل معادله دیفرانسیل مربوطه استوار است که جوابهای بدست آمده از این روش دقیق بوده، ولی روابط استفاده شده پیچیده و استفاده از آنها مشکل میباشد و همچنین زمان زیادی برای رسیدن به جواب حتی در صورت استفاده از کامپیوتر مورد نیاز است - مککوئن، . - 2012
در روش هیدرولوژیکی معادلات دیفرانسیل جریانهای غیر دائمی، مستقیماً کاربرد نداشته بلکه اصل پیوستگی جریان و رابطه بین دبی و ذخیره آب مورد بررسی قرار میگیرد - مککوئن، . - 2012 این مساله موجب می شود استفاده از این روشها نسبت به روش هیدرولیکی حل مسائل روندیابی را به میزان قابل ملاحضهای ساده نماید، ولی در عین حال این جوابها برای استفاده در کار های عملی و طرح های آبی از دقت لازم برخوردار بوده و می توان با اطمینان کافی از آنها بهره برد - حسینی و ابریشمی، . - 1394 در این میان یافتن مناسبترین روش روندیابی سیلاب، بزرگترین چالش محسوب میشود. در این مطالعه، مدلهای مختلف روندیابی سیلاب شامل موج دینامیکی نرم افزار MIKE 11 به شیوه Fully Dynamic و مدل ماسکینگام با برآورد پارامترها به روش ترسیمی و مدل کانوکس به کمک نرمافزار Excel مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است و نتایج آن، با نتایج مشاهداتی ثبت شده در ایستگاه هیدرومتری پاییندست مقایسه شده است. هدف از این مقایسه، بررسی انطباق نتایج روشهای مختلف عددی با توجه به مشخصات فیزیکی و هیدرولیکی آبراهه با مقادیر واقعی بوده است. در این راستا پس از انتخاب ایستگاه منتخب از رودخانهی آغاج در بازهای به طول حدود 39 کیلومتر، اقدام به ورود مقاطع عرضی و شبیهسازی بستر رودخانه گردید و پس از تعریف هیدرولیک جریان، به آنالیز و اجرای مدل پرداخته و نتایج حاصل با نتایج ثبت شده در ایستگاه هیدرومتری پاییندست مورد مقایسه قرار گرفته است.
2. مواد و روشها
.1-2 مدل ماسکینگام
این روش توسط مککارتی از گروه مهندسین ارتش آمریکا، برای طرح کنترل سیلاب رودخانه ماسکینگام در ایالت اوهایو ارائه شد. روش ماسکینگام براساس معادله زیر استوار است - مککارتی، : - 1936
Oj+1 = C1Ij+1 + C2 Ij + C3Oj - 1 - در این رابطه C3,C2,C1 ضرایب روش ماسکینگام هستند، - C1+C2+C3=1 - و به صورت زیر بیان میشوند: با داشتن مقادیر K،X، دبی خروجی در گام زمانی نخست و هیدروگراف بالادست، با استفاده از رابطه - - 1 می توان هیدروگراف در پایین دست را بدست آورد. پارامتر Kتقریباً برابر فاصله زمانی است که موج سیل از بازه رودخانه عبور می کند و واحد آن مشابه واحد گام زمانی بوده و به طول آبراهه و سرعت موج سیل وابسته است، در حالی که پارامتر X بدون بعد بوده و به بخش ذخیره روندیابی وابسته میباشد - مککارتی، : - 1936
الف - برآورد پارامتره به روش ترسیمی
در برآورد پارامترها به روش ترسیمی جهت تخمین مقادیر X , K از دبی هیدروگراف های ورودی - - I و خروجی - - Q اندازه گیری شده در طول یک بازه از رودخانه استفاده می شود. در این روش با حدس اولیه برای مقادیر مختلف X ، مقادیر عبارت XI - 1 X - Q برای زمانهای مختلف در برابر مقدار ذخیره بدست آمده و همانند نمودارهای شکل.1ترسیم می گردد، که عمدتا به صورت حلقه خواهند بود. از بین نمودارهای ترسیمی هر کدام را که نزدیک به خط مستقیم بود انتخاب و X آن خط به عنوان X نهایی در نظر گرفته میشود - صفوی، K . - 1394 نیز از روی شیب این خط قابل محاسبه می باشد. در اشکال زیر نحوه برآورد پارامترهای ماسکینگام در سری دادههای موجود نشان داده شده است.
.2-2 روش کانوکس1
روش کانوکس مانند دیگر روشهای هیدرولوژیکی روندیابی سیل بر اساس معادله پیوستگی استوار است. این روش بر اساس معادله زیر استوار است - مککوئن، : - 2012 در این رابطه j نشان دهنده تغییرات گام زمانی است و C ضریب کانوکس برابر میباشد. برای محاسبه ضریب - - C در روش کانوکس میتوان با توجه به مشخصات رودخانه از رابطه زیر بهره برد:
.3-2 معادلات سنت-ونانت - معادلات حاکم -
این معادلات اولین بار، توسط باردی سنت-ونانت در سال 1871 که جریان یک بعدی غیردائمی و غیریکنواخت را در آبراههها تشریح نموده است، مدلسازی و ارائه گردیده و در مجلهی آکادمی علوم فرانسه، به چاپ رسیده است. معادلات سنت-ونانت، مجموعه معادلات یک بعدی پیوستگی و اندازه حرکت میباشد که در شبیهسازی هیدرولیکی جریان سیلاب، با صرفنظر کردن از جریانات جانبی، تنش برشی باد و افت های گردابی، به فرم زیر که فرم مانای این دسته معادلات میباشد، نوشته میشود - میرزازاده و اکبری, : - 2013
