بخشی از مقاله
خلاصه
تقاطع رودخانه کن با چندین بزرگراه، پارك، پل و دیوارههاي هدایت کننده جریان موجب تغییر بستر و هندسه و به تبع آن تغییر هیدرولیک رودخانه گشته است. این تغییرات، خطري براي شهر تهران محسوب میگردد. ازاینرو در این مقاله شبیه سازي هیدرولیکی اثرات اجراي این سازهها بر بخش درون شهري رودخانه کن با استفاده از مدل HEC-RAS4 انجام و رفتار هیدرولیکی رودخانه در بازههاي مختلف بررسی شده و تغییرات بستر، ساحل کناري رودخانه و پدیدههاي خاص هیدرولیکی آن در سیلاب با دوره بازگشت مختلف بدست آمده است.
آبشستگی فراوان پاییندست پل آزادراه تهران-کرج و بزرگراه فتح، کنترل تراز سطح آب با دیوارههاي موجود در بخشی از بازه مورد نظر، استاندارد نبودن طراحی مناطق تفرجگاهی و عدم کفایت ظرفیت کانال اصلی رودخانه در مناطق کانالیزه شده براي سیلاب25، 50و100ساله و تاثیر وجود سیل برگردان غرب بر آبشستگی پاییندست پلها در نتایج قابل مشاهده است.
1. مقدمه
رودخانه کن به طول 33 کیلومتر است از رشته کوه توچال سرچشمه گرفته، از شهر تهران گذشته و به رودخانه کرج در جنوب تهران ملحق میشود. این رودخانه با بده میانگین 88 میلیون متر مکعب بر سال یا حدود 2700 لیتر بر ثانیه پرآبترین رود تهران است و از زمانیکه که مناطق 21 و 22 شهرداري به شهر تهران اضافه شده و مرز شهرداري تهران را به مرز شهرداري کرج متصل کرده ، یکی از رودهاي اصلی تهران به حساب میآید.
این رودخانه در عبوراز شهر تهران با پلهاي بزرگراههاي همت،رسالت،تهران-کرج،مخصوص کرج، فتح، آزادگان وتعداد زیادي سازه شیب شکن در حد فاصل بزرگراه همت تا حکیم روبروست. هریک از این سازهها در مکانی خاص وارد شبکه رودخانه شده اند و تاثیر قابل توجهی بر رفتارهیدرولیکی آن داشتهاند. در این مقاله به منظور بررسی این تاثیرات، هیدرولیک جریان یک بعدي رودخانه کن به حالت دائمی شبیه سازي شده و تغییرات ایجاد شده در رفتار رودخانه براثر این دستکاريها مورد بررسی قرار گرفته است.
2. مواد و روش ها
2.1. منطقه مورد مطالعه
بازه مورد مطالعه از تقاطع رودخانه کن با بزرگراه همت آغاز و به طول 13.6کیلومتر تا تقاطع رودخانه با بزرگراه آزادگان ادامه می یابد. موقعیت جغرافیایی این حوضه در حد فاصل طول جغرافیایی51 درجه و 16دقیقه و 6.78 ثانیه تا 51 درجه و 17 دقیقه و 4.92 ثانیه شرقی و عرض جغرافیایی 35 درجه و 45 دقیقه و 22.15 ثانیه و 35 درجه و 38 دقیقه و 42.24 ثانیه شمالی قرار دارد. در این مسیر رفتار رودخانه در بخش کانالیزه شده مجاور بوستان جوانمردان در حد فاصل بزرگراه همت تا آزاد راه تهران-کرج، تقاطع رودخانه با آزادراه تهران- کرج، بزرگراه مخصوص کرج، بزرگراه فتح ، بزرگراه آزادگان و محل عبور از کنار شنچاله ها حدفاصل بزرگراه فتح تا آزادگان بررسی میگردد - شکل. - 1
2.2. مدل مورد استفاده
در مطالعه حاضر مدل HEC-RAS بدلیل کاربرد گسترده آن، کاربردوست بودن و نیز دسترسی رایگان انتخاب گردیده است. برنامه HEC-RAS نسخه تکمیل شده مدل HEC-2 میباشد که در سال 2003 در دسترس قرار گرفت. HEC-RAS یک سیستم جامع نرمافزاري است که شامل سه بخش تحلیل هیدرولیکی یک بعدي براي - 1 محاسبات پروفیل سطح آب در حالت دائمی، - 2 شبیهسازي جریان غیر دائمی و - 3 محاسبات انتقال رسوب با مرز متحرك است[1] .بخش پروفیل سطح آب در حالت دائمی به منظور انجام محاسبات پروفیل سطح آب براي جریانهاي دائمی متغیر تدریجی طراحی شده است.
محاسبه جریان بر پایه معادله یک بعدي انرژي است. اتلاف انرژي با استفاده از مطالعات مربوط به اصطکاك - معادله مانینگ - و انقباض انبساط - ضرایبی که به خاطر تغییرات هد سرعت اعمال میشوند - محاسبه میشود. در مواقعی مانند پرش هیدرولیکی، هیدرولیک پلها و ارزیابی پروفیل در محل تلاقی آبراههها که پروفیل سطح آب به سرعت تغییر می کند، معادله اندازه حرکت استفاده میشود. اثر موانع مختلف مثل پلها، آبگذرها، خاکریزها سرریزها و سازه هاي دیگر در سیلابدشت نیز در محاسبات جریان در نظر گرفته میشوند . [3,2]
3. داده هاي ورودي نرمافزار
3.1. هندسه رودخانه
در محدوده مطالعاتی مورد نظر از حوضه آبریز کن، اطلاعات نقشهبرداري مسیر رودخانه که از نقشه 1 به 2000 سازمان نقشه برداري اخذ شده بود، وارد محیط GIS شد و با استفاده از مدل HEC-GEO-RAS در محیط ArcGIS مقاطع عرضی در طول آبراهههاي اصلی استخراج شدند. مقاطع عرضی قسمتهاي کانالیزه شده نیز از نقشه هاي ازبیلت شرکت هاي مربوطه تهیه و به فایل هندسی اضافه گشت. براي پیاده سازي ابعاد سازه هاي موجود در مسیر، ابتدا محل دقیق آنها از روي نقشه هاي 1:2000 ، عکسهاي هوایی و تصاویر ماهوارهاي مربوط به منطقه مورد مطالعه تعیین و سپس مشخصات سازهها از بازدیدهاي میدانی و نقشههاي سازه هاي موجود بدست آمد و طبق جدول 1 در مدل وارد گردید.
با توجه به اینکه رودخانه کن در بخش هایی از مسیر شکل طبیعی اش را حفظ نموده و در بخشهایی کانالیزه شده است، تخمین ضریب زبري آن در سه بازه مختلف براي بستر و سیلاب دشت، با بهره گیري از منابع هیدرولیکی و با عنایت به بازدیدهاي محلی انجام شده و قیاس آن با روشهاي تخمین معتبر و همچنین قضاوتهاي مهندسی باتوجه به پوشش گیاهی منطقه و همچنین دانه بندي مصالح بستر و سیلاب دشت مطابق جدول2 صورت گرفته است.
با انجام تحلیل حساسیت براي ضریب بازشدگی و تنگشدگی و ملاحظه عدم تغییر قابل ملاحظه در تراز آب محاسباتی، در این مطالعات از مقادیر معمول این ضریب استفاده شد 0/3 - براي انبساط مقاطع و 0/1 براي انقباض مقاطع - . همچنین در مقطع بالادست - انقباض - و پاییندست - انبساط - پلها در حوضه آبریز کن به ترتیب از مقادیر 0/3 و 0/5 براي این ضرایب استفاده شد - . - USACE, 2010
3.2. شرایط مرزي جریان
با توجه عدم اطلاع از وضعیت جریان رودخانه جهت مدلسازي، شرط مرزي عمق نرمال بعنوان شرط مرزي مناسب در بالادست و پاییندست انتخاب و با تقریبی مناسب، از شیب کف کانال به عنوان شیب اصطکاکی استفاده شد. به جهت اجتناب از بروز خطا، انتها و ابتداي پروفیل طولی به میزان معینی با رعایت شیب طولی رودخانه امتداد داده شده و شرط مرزي عمق نرمال در انتهاي مجازي پروفیل طولی رودخانه اعمال شده است. بطوري که انتهاي حقیقی پروفیل طولی رودخانه از اثرات بازگشت آب در امان بماند.
