بخشی از مقاله
چکیده
ساماندهی و اصلاح مسیر رودخانهها با اهداف کاهش تراز سیلاب، بهبود شرایط هیدرولیکی، کاهش فرسایش و جلوگیری از تغییر مسیر رودخانه صورت میپذیرد. در پژوهش حاضر اصلاح مسیر بازهای پیچانرودی از رودخانه سفیدرود طی سه سناریو - 1 وضعیت موجود، - 2 ایجاد میانبر و - 3 ایجاد مسیر با خم بهینه در مدل CCHE2D اجرا و مورد بررسی قرار گرفته است.
نتایج نشان داد چنانچه مسیر پیچانرودی با استفاده از شعاع خم بهینه اصلاح گردد، دامنه تغییرات عمق جریان در طول مسیر خم نسبت به دو سناریوی دیگر کاهش یافته و نوسانات ارتفاعی جریان کم میشود. همچنین دامنه سرعت جریان بین 1 تا 2 متر بر ثانیه محدود خواهد شد. با اعمال شرایط اصلاحی، طول مسیر رودخانه در بازه مورد بررسی به میزان 23 درصد کاهش یافته که این امر موجب کاهش هزینه حفاظت و تثبیت بستر و کناره رودخانه میگردد.
مقدمه
پیچانرودها در اثر تغییرات و جابجاییهایی که در اثر روند طبیعی یا توسعهطلبی هنجار و یا ناهنجار بشر در مسیر، راستا و هندسه رودخانه رخ میدهد، بوجود میآیند که در واقع نتیجه منطقی واکنش سامانه رودخانه برای برقراری موازنه جدید میباشد. تغییرات رودخانهای بهصورت فرسایش و رسوبگذاری متناوب در بستر، تخریب و تعرض دیوارهها و سواحل، جابجایی الگوی مارپیچی و راستای جریان، تغییر فرم رودخانه - شریانی-مارپیچی-مستقیم - میان بری و یا انحراف مسیر رخ میدهد . فرسایش و تخریب کنارههای رودخانه و تغییر در کیفیت و کمیت جریان رودخانهای، از مسایل مهم منابع آب و خاک بوده و از دیدگاه زیست محیطی نیز حایز اهمیت است.
از جمله اهداف بهسازی رودخانهها کاهش تراز سیلاب در بازهای از رودخانه میباشد. این کار به وسیله افزایش توان آبگذری آبراه و سیلابدشت همراه با اصلاح راستا و تثبیت رودخانه صورت میگیرد و شامل کلیه کارهایی است که منجر به اصلاح مسیر، تعریض، تعمیق مقطع عرضی، تنظیم عمق جریان و شیب طولی، تغییر ضریب زیری بستر، حذف موانع زاید در مسیر جریان و تثبیت کنارهها و بستر رودخانه میگردد
رودخانه سفیدرود در بخش مرکزی استان گیلان قراردارد. این رودخانه پس از عبور از شهرستانهای رودبار و منجیل وارد شهرستان رشت میگردد و در انتهای مسیر خود از شهرستان آستانه میگذرد و به دریای خزر میریزد. در فاصله حدود 15 کیلومتری پاییندست پل بزرگ آستانه، به دلیل شیب کم و آبرفتی بودن خاک، این رودخانه دارای چند مسیر پیچانرود میباشد. با عنایت به اهمیت رودخانه سفیدرود در استان گیلان هدف از این پژوهش شبیهسازی عددی الگوی جریان در پیچانرود این رودخانه و ارائه مسیر اصلاحی، در پایین دست آن میباشد. این امر سبب کاهش طول و کمتر شدن هزینههای احتمالی تخریبی و حفاظتی آن میگردد.
در پژوهش حاضر، از میان مدلهای عددی دو بعدی موجود، مدل دو بعدی CCHE2D، به واسطه قابلیتهای منحصر به فرد این مدل - نظیر بهرهگیری از نرمافزار مناسب تولید شبکه، بهرهگیری از مدلهای آشفتگی در شبیهسازی الگوی جریان و استفاده از روش المان محدود برای حل عددی معادلات حاکم بر جریان - برای شبیهسازی الگوی جریان، انتخاب شد.
نتایج پژوهشها نشان داد که مدل CCHE2D در پیشبینی مقادیر سرعت جریان، کمترین خطای ممکن را دارد و نتایج حاصل از مدل، اختلاف ناچیزی با مقادیر اندازه گیری شده دارد. همچنین نتایج به دست آمده نشان داد که مدل به تغییرات ضریب زبری حساس است
خسروی و همکاران . - 94 در پژوهشی دیگر مغربی به بررسی قابلیت مدل CCHE2D در جریان غیردائم بازهای از رودخانه کارون پرداخته است. نتایج پژوهش وی نشان داد مدل به طور کلی به درستی الگوی جریان در ناحیهی مورد بررسی را پیشبینی مینماید
در پژوهش حاضر بررسی رفتار هیدرولیکی رودخانه در بازه مورد بررسی در سه حالت -1 وضع موجود، -2 ایجاد میانبر و -3 ایجاد مقطع بهینه با درنظر گرفتن قوس مطرح و شبیه سازی گردید و تاثیر سناریوهای مختلف بر تراز سطح آب، سرعت در جهتهای عرض و طول رودخانه و عدد فرود ارزیابی شده و مناسبترین سناریو ارائه گردید.
مواد و روشها
معرفی منطقه مورد مطالعه
محدوده مورد مطالعه بخشی از مسیر رودخانه سفیدرود، حد فاصل پل بزرگ آستانه تا چهار ده میباشد. در شکل 1، تصویر ماهوارهای بازه مورد بررسی نشان داده شده است.
مدل دوبعدی CCHE2D
این مدل توسط مرکز بینالمللی هیدرولیک محاسباتی و مهندسی دانشگاه میسیسی پی توسعه یافته است. تاکنون از این مدل برای شبیهسازی جریان در قوس، آبشکن، کانال و مطالعه تغییرات مورفولوژیکی در آنها استفاده شده است. بررسی جریان آشفته، توانایی انتقال رسوب جریان، ایجاد جزیره رسوبی در رودخانههای شریانی، تغییر مسیر در پیچانرودها، پیشبینی سیلاب و شرایط رسوبگذاری در مخازن سدها ازجمله موارد دیگری هستند که به کمک مدل CCHE2D شبیهسازی شدهاند
شکل - : - 1 تصویر ماهوارهای بازه مورد مطالعه و طرح شماتیک سناریوها
دادههای موردنیاز
به طور کلی برای انجام فرآیند مدلسازی، تهیه عاملهایی الزامی میباشند که عبارتند از:
-1 دادههای مرتبط با تعریف هندسه رودخانه، مانند مختصات X، Y و Z؛
-2 دادههای مرتبط با تراز سطح آب رودخانه؛
-3 دادههای مربوط به ضریب زبری، سرعت و دبی جریان آب میباشد. بر این اساس دادههای نقشهبرداری شده از مسیر مورد مطالعه از شرکت سهامی آب منطقهای گیلان اخذ گردید.
سپس، نقشه نهایی به شکلی تهیه گردید که پلان نهایی، دارای مولفه ارتفاع یا Z بوده و بدین وسیله بتوان، فایل پستی و بلندی ورودی به نرمافزار تولید شبکه محاسباتی با پسوند mesh_xyz.* را ساخت. شکل 2 پلان نقشهبرداری شده از بازه است.
ایجاد سناریوهای مختلف
به منظور ایجاد مسیرهای اصلاحی، ابتدا نقاط وضعیت موجود در مدل LAND وارد شد. پس از آن برای ایجاد مسیر میانبر، بدون تغییر در تراز نقاط ابتدا و انتها، با شیب ثابت، مسیر جدید ایجاد و نقاط دارای مختصات UTM و تراز ارتفاعی در مسیر موردنظر خارج شد. همچنین برای ایجاد مسیر با خم بهینه، ابتدا با استفاده از روابط تعیین مناسبترین شعاع خم در رودخانهها و کانالهای خاکی، شعاع خم بهینه در مسیر رودخانه به میزان 600 متر تعیین و سپس مانند مرحله قبل با شیب ملایم و بدون تغییر در تراز ابتدا و انتها، نقاط جدید ایجاد گردید. پس از تغییرات اعمال شده بر مسیر جریان، طول رودخانه در سه سناریو به ترتیب 11100، 8100 و 8300 متر میباشد.
شکل - : - 2 پلان نقشهبرداری از بازه مورد مطالعه
تولید شبکه محاسباتی در مدل عددی CCHE2D
مراحل تولید شبکه با استفاده از دادههای توپوگرافی بازه پیچانرود انتخابی - شامل مقادیر X، Y و - Z به صورت خلاصه شامل موارد ذیل بود: ایجاد محیط کار؛ بارگذاری دادههای پستی و بلندی با پسوند mesh_xyz.*؛ تعریف مرزهای بلوک؛ تولید شبکه محاسباتی جبری؛ تولید شبکه محاسباتی عددی؛ ارزیابی شبکه محاسباتی؛ درونیابی رقوم بستر رودخانه؛ ذخیره شبکه با پسوند geo.* و نمایش شبکه. در پروژه حاضر با توجه به عرض رودخانه و طول مسیر آن، i 12 در عرض رودخانه و j 65 در طول رودخانه برای تولید شبکه محاسباتی درنظر گرفته شد. شکل 3 شبکه محاسباتی تهیه شده محدوده مورد مطالعه نشان داده شده است.
