بخشی از مقاله
چکیده
اصلاح مسیر رودخانه روشی است که ارتفاع آب در رودخانه در مقطع موردنظر را کاهش داده و به عنوان یکی از روش هاي کنترل سیل محسوب می شود. در این مقاله رودخانهي نکا در استان مازندران با توجه به سیل گیر بودن آن انتخاب شد. ابتدا با استفاده از قابلیت نرم افزار HEC-RAS ، اصلاح مسیر آبراهه انجام شد سپس بعد از کالیبره کردن مدل حمل رسوب FLUVIAL-12 ، تاثیر اصلاح آبراهه بر پارامترهایی نظیر رسوب دهی ، پرو فیل بستر و رقوم سطح آب ، و تغییرات ژئومتري آبراهه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که براي سیلی با دورهي بازگشت 100 سال رقوم سطح آب نسبت به شرایط پیش از سامان دهی به طور قابل ملاحظه اي کاهش یافت. تغییر در رقوم بستر ناچیز و تنها در کیلومتر 1/2 فرسایش در بستر به علت افزایش در سرعت جریان مشاهده می شود. رسوب دهی از بالادست رودخانه تا کیلومتر 1/2 نسبت به شرایط اولیهي رودخانه کم تر می باشدکه به علت ناچیز بودن فرسایش از مرز آبراهه است و پس از آن فرسایش بستر در کیلومتر 1/2 به سمت پایین دست افزایش می یابد.
واژه هاي کلیدي: سامان دهی ، FLUVIAL12 ، HEC-RAS ، رسوب دهی
-1 مقدمه
اصلاح مسیر رودخانه روشی است که ارتفاع آب در رودخانه در مقطع موردنظر را کاهش داده و به عنوان یکی از روش هاي کنترل سیل محسوب می شود.[1] اصلاح آبراه شامل افزایش ظرفیت رودخانه است که با کاهش زبري سطح و یا با افزایش در عرض و عمق انجام می شود.[2] وسیع تر کردن رودخانه در مورد آبراهه هاي تنگ انجام می شود. افزایش عمق بر افزایش عرض ارجحیت دارد که علت این امر افزایش سریع تر شعاع هیدرولیکی رودخانه می باشد. ضریب زبري را می توان با خارج ساختن بوته ها ، لایروبی تپه هاي شنی و یا از بین بردن رشد گیاه در بستر افزایش داد.[1]احمري و همکاران - 1380 - ، وضعیت رسوب گذاري در رودخانهي سیستان را مورد بررسی قرار دادند.
در این تحقیق آنها با ارائهي برنامهي لایروبی پیشنهادي، نحوه- ي رسوب گذاري در رودخانه را با استفاده از مدل HEC-6 شبیه سازي کردند.[3] قدوسی - - 1371 به معرفی و بررسی سازه هاي ساماندهی و اصلاح مسیر رودخانه و نیازهاي تحقیقاتی آن پرداخت.[4]فارسی و همکاران - 1381 - ساماندهی مسیر رودخانه و طراحی بهینهي دیوار حفاظتی رودخانهي هلیل در جیرفت را براي مقابله با سیلاب هاي با دورهي بازگشت 1000 سال را انجام دادند. طرح آنها با اندك تغییراتی به طور کامل در مسیر 5 کیلومتري عبور رودخانه از شهر جیرفت به مرحلهي اجرا درآمد.[5] غضنفري پور - 1371 - اصلاح مسیر رودخانه هاي فصلی در مناطق روستایی ایران را مورد مطالعه قرار داد.[6]
-2 مواد و روش ها
-2-1 حوضهي آبریز رودخانهي نکا
حوضهي آبریز نکا ، بین 53 درجه و 17 دقیقه الی 54 درجه و 44 دقیقه طول شرقی و 36 درجه و 28 دقیقه الی 36 درجه و 42 دقیقه عرض شمالی واقع شده است. منطقهي مورد مطالعه در این تحقیق در بازه اي به طول تقریبی 4 کیلومتر روي رودخانهي نکا ، حدفاصل روستاهاي اسماعیل آقا محله تا چمان می باشد. متوسط بارش سالانه 700 میلیمتر است . ایستگاه هیدرمتري آبلو روي رودخانهي نکا در نزدیکی پل اصلی شهر، بالادست محدودهي مورد مطالعه ، قرار گرفته و مجهز به اشل 5 متري ، لیمنوگراف ، و پل تلفریک است.
-2-2 مدلFLUVIAL12
این مدل ، مدلی تک بعدي بوده که براي روندیابی آب و رسوب در آبراهه هاي طبیعی و مصنوعی به کار می رود.برخی قابلیت هاي این مدل عبارتند از: آنالیز جریان به صورت دائمی و غیر دائمی ، بررسی تغییرات در مقاطع عرضی به صورت فرسایش و رسوب گذاري ، و تخمین و برآورد اثر پیچ و خم یا مئاندرهاي رودخانه بر فرسایش و رسوب گذاري.[7]
-2-3 مدل HEC-RAS
نرم افزار HEC-RAS نسخهي پیشرفتهي نرم افزار HEC-2 می باشد که توسط مرکز مهندسی هیدرولوژي ارتش آمریکا به عنوان سیستم تجزیه و تحلیل رودخانه ارائه شده است ، این سیستم از یک واسط گرافیکی کاربر، مولفهي تحلیل هیدرولیکی مجزا ، قابلیت ذخیره سازي و مدیریت داده ها ، امکانات گرافیکی و گزارش گیري تشکیل شده است. در این تحقیق از جدیدترین نسخهي این برنامه - - 3 . 1 .1 استفاده شد.از جمله قابلیت هاي نسخهي جدید می توان به سامان دهی مسیر آبراه اشاره کرد. اصلاح آبراهه در برنامهي HEC-RAS به کاربر اجازهي اجراي برشی ذوزنقه اي به داخل مقاطع عرضی آبراههي موجود را می دهد. این دستور به طور کلی براي طراحی آبراهه هاي کنترل سیل به کار می رود. ورود داده هاي اصلاح آبراهه. این داده ها شامل عرض کف ، شیب ساحل چپ ، شیب ساحل راست - این شیب ها به صورت فاصلهي افقی در یک واحد عمودي می باشد - ، زبري مانینگ می باشند.[8] در این تحقیق براي تمامی مقاطع عرضی رودخانه اصلاح انجام شد. مقادیر عرض کف 100،50،40،25 متر انتخاب شدند. شیب ساحل هاي چپ و راست 2 و مقدار زبري مانینگ 0/04 در نظر گرفته شد.
-2-4 اطلاعات ورودي مدل ها
-1نقشه هاي توپوگرافی منطقه: نقشه هاي توپوگرافی منطقه به صورت مدل ارتفاعی رقومی در محیط آرك ویو1 از سازمان آب منطقهاي مازندران تهیه شد.
-2داده هاي رقومی مقاطع عرضی : در محیط آرك ویو مقاطع عرضی به صورت دستی ،عمود بر مسیر جریان ، از ساحل چپ به ساحل راست ، و در حدود 34 مقطع زده شد.
-3هیدروگراف سیل با دوره بازگشت 100 سال به عنوان شرایط مرز بالادست و دبی اشل به عنوان شرایط مرز پایین دست: به منظور تعیین سیلاب با دوره بازگشت 100 سال ، داده هاي دبی حداکثر لحظه اي ایستگاه هیدرومتري طی سال هاي 1360-80 جمع آوري شد. با استفاده از نرم افزار SMADA ، بهترین توزیع آماري ، لوگ پیرسون تیپ 3 بود. بعد از تعیین سیلاب بادوره بازگشت هاي مختلف ، با استفاده از هیدروگراف سیل معلوم ، هیدروگراف سیل با دوره بازگشت مورد نظر تعیین شد - شکل. - 1 از آنجا که در روستاي چمان ایستگاه هیدرومتري موجود نیست ، براي داشتن نسبت دبی اشل از نرم افزار HEC-RAS استفاده شد .
-4نمونه هاي رسوب در رودخانه مورد مطالعه : نمونه هاي رسوب از بستر رودخانهي نکا تهیه شد . با انجام آزمایش دانه بندي منحنی دانه بندي مواد بستر بدست آمد. پس از آن منحنی دانه بندي به چند قسمت تقسیم شده و اندازهي متوسط هر قسمت و همچنین درصد وزنی مصالح در هر قسمت تهیه شد.
-3 کالیبره کردن مدلFLUVIAL-12
آیتم هاي اصلی که نیاز به کالیبره کردن دارند ، عبارتند از: ضریب زبري، معادلهي حمل رسوب، و فاکتور فرسایش پذیري سواحل. -3-1 ضریب زبري مانینگ: با توجه به جداول چو2 مقدار زبري مانینگ براي آبراههي اصلی ، 0/04 ، و براي دشت هاي سیلاب 0/055 انتخاب گردید.
-3-2 معادلهي حمل رسوب: براي انتخاب معادلهي حمل رسوب سازگار با شرایط رودخانهي مورد مطالعه ، نیاز به منحنی سنجه رسوب است. با توجه به اندازه گیري بار معلق در دورهي 10 ساله ، منحنی سنجهي رسوب ایستگاه آبلو تهیه شد. از انجا که این مدل قادر به شبیه سازي بار مواد بستر است، بار بستر رودخانهي نکا با استفاده از رابطهي میر پیتر و مولر تهیه شد سپس مجموع بار معلق و بار بستر به عنوان بار مواد بستر در نظر گرفته شد. مدل براي معادلات مختلف حمل رسوب اجرا شد و معادله ي انگلند و هانسن به عنوان بهترین معادله انتخاب شد - شکل . - 2
-3-3 فاکتور فرسایش پذیري سواحل : مقدار این ضریب از 0 تا 1 و با توجه به شدت فرسایش پذیري سواحل تغییر می کند. مقدار این ضریب به طور دقیق از مقایسهي مقاطع عرضی در قبل و بعد از وقوع سیلاب بدست می آید. با نمونه گیري از سواحل رودخانهي نکا ، و وضعیت خاك ماسه اي ، بالاترین حد فرسایش، 1 ، در نظر گرفته شد.
-4 نتایج وبحث
-4-1 تغییر رقوم سطح آب و پروفیل بستر: پس از اصلاح آبراهه تغییر در رقوم بستر و پروفیل سطح آب با استفاده از مدل FLUVIAL12 شبیه سازي شد. شکل - - 3 تغییرات پروفیل سطح آب را در هر دو حالت اولیه و پس از اصلاح آبراهه براي سیلی با دورهي بازگشت 100 سال نشان می دهد. همانطور که مشخص است ، رقوم سطح آب نسبت به حالت اولیه کاهش قابل ملاحظه اي دارد.شکل - - 4 تغییر رقوم بستر رودخانهي نکا را براي سیلی با دوره بازگشت 100 سال نشان می دهد. همانطور که مشخص است فرسایش و رسوب گذاري در بستر ناچیز است و تنها در مقطع شمارهي20 فرسایش قابل ملاحظه اي رخ می دهد.چون در این مقطع گرادیان انرژي پرشیب بوده و شکل گیري آبراههي باریک تر و عمیق تر در کاهش گرادیان انرژي موثر است.
