بخشی از مقاله
چکیده:
پیش بینی رفتار هیدرولیکی رودخانه در مقابل سیلابهای احتمالی جهت کاهش خسارات وارده به مناطق شهری، تاسیسات در حال ساخت، مزارع و سایر کاربریها در اطراف رودخانه از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد. از طرفی برآورد جریان در نقطهای از رودخانه به منظور کاربردهای مختلف هیدرولوژیکی همچون پیشبینی سیل حیاتی است.
اثرات تخریبی انسان در محدوده حریم و بستر رودخانههای کشور به شکلهای گوناگون رخ داده که شدت و ضعف آن در رودخانههای مختلف متفاوت میباشد. لذا شبیه سازی رفتار هیدرولیکی رودخانهها، برای پیشبینی خسارات ناشی از سیل در شرایط مختلف، اجرای طرحهای مهندسی رودخانه، مطالعات توجیهی اقتصادی- اجتماعی برنامههای کنترل و مهار سیل و دیگر مطالعات وابسته به سامانهی رودخانهها ضرورت دارد.
هدف این تحقیق تلفیق مدل هیدرولیکی HEC-RAS با نرم افزار Arc View از مجموعه نرم افزارهای ArcGIS از طریق الحاقیه HEC-GeoRAS به منظور شبیه سازی پارامترهای هیدرولیکی رودخانه کارون واقع در استان خوزستان میباشد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان میدهد که مدل HEC-RAS میتواند مقادیر عددی مناسبی را جهت مطالعه خصوصیات هیدرولیکی جریان در رودخانهها ارائه دهد و جهت پهنه بندی سیلاب با دقت بالا و هزینه اندک مورد استفاده قرار گیرد.
مقدمه :
رودخانه ها به عنوان اصلی ترین منبع تامین کننده آب برای انسان و سایر موجودات بشمارمیآیند و بعضاً این منبع زندگی باعث نابودی و وارد شدن خسارات جبران ناپذیری نیز میگردد. بنابراین لازم است با مطالعه خصوصیات هیدرولیکی جریان و حریم بستر رودخانه، محدوده امن برای فعالیتهای انسان در اطراف آن تعریف گردد.تجاوزات صورت گرفته توسط انسان در محدوده حریم و بستر رودخانه های کشور به شکلهای گوناگون رخ داده که شدت و ضعف آن در رودخانه های مختلف، متفاوت میباشد.
بررسی تعیین حریم و بستر رودخانه به معنای تعریف دقیق بخشهای مطالعات آن و روابط صحیح بین این اجزا است که میتواند نقش کلیدی در برآورد صحیح حریم رودخانه داشته باشد که شامل دو رکن بکارگیری آمار و اطلاعات صحیح و بهرهگیری از روشهای دقیق میباشد .همچنین با توجه به اهمیت تعیین پهنه های سیلابی با دوره بازگشتهای مختلف برای جلوگیری از خطرات سیلابها و سازماندهی و بهسازی رودخانه و با مشخص نمودن وضعیت تأسیسات موجود در مجاور رودخانه ها، نیاز به انجام مطالعات هیدرولیک جریان رودخانه و تعیین پهنه بندی سیلاب با دوره بازگشتهای مختلف میباشد.
حد بستر رودخانه با مشخص شدن بستر هیدرولیکی و در نظر گرفتن تأثیر مطالعات ریخت شناسی، کاربری بستر، حقوقی، اقتصادی- اجتماعی و در نهایت قضاوت کارشناسی که در بازدید از رودخانه بدست میآید، تعیین میشود. به منظور تعیین حد بستر و حریم رودخانه ها که پایه مطالعات آن بررسی رفتارسنجی هیدرولیک جریان رودخانه میباشد.
قوانین و آییننامه هایی نیز به تصویب رسیده است که از آن جمله میتوان به مواد 1 و 2 قانون توزیع عادلانه آب مصوب1361/12/16 مجلس شورای اسلامی و همچنین آییننامه تعیین حریم بستر و حریم رودخانه ها مصوب 11/8/1379 هیئت وزیران اشاره نمود که در آن مالکیت عمومی و ملی آب مشخص شده و وزارت نیرو و شرکتهای آب منطقه ای مسئول تعیین حد بستر و حریم انهار طبیعی یا رودخانهها تعیین شده اند.
مدلی که برای این منظور استفاده شده مدل HEC-RAS میباشد، که از مدلهای معتبر برای محاسبات هیدرولیک آبراهه های طبیعی است که با شبیه سازی یک بعدی رودخانه ها امکان محاسبات جریانهای پایدار و ناپایدار را به راحتی مهیا میسازد. بار در تحقیقی تحت عنوان کاربرد ابزارهای GISدر مدلسازی هیدرولیکی، عنوان نمود که یکی از مهمترین مزایای استفاده از HEC-RAS و الحاقیه HEC-GeoRAS دقت و صرفه جویی در هزینه های مربوط به مهندسی رودخانه به ویژه در حوزههای بزرگ و نهایتاً اعمال بهترین روش مدیریتی در منطقه میباشد. وهابی با بکارگیری تکنیکهای سنجش از دور، سامانه اطلاعات جغرافیایی و نرم افزار HEC-1 و Mike 11به کمک مقاطع عرضی تهیه شده از رودخانه در حوزه آبخیز طالقان اقدام به پهنه بندی خطر سیل نمود.
در نقشه پهنه بندی تهیه شده مناطق ممنوع، مشروط و مجاز با ذکر شرایط مشخص گردید. جیمز و همکاران اقدام به پهنه بندی سیل در ایالت یوتای آمریکا نمودند و اظهار داشتند که به علت تغییرات مناطق سیلگیر از سیلی به سیل بعدی باید توجه نمود که در مناطق پهنه بندی شده، میزان خطرات به مقدار واقعی نشان داده شوند. جانسون و همکاران - 7 - مدل HEC-RAS را برای پیشبینی و تعیین حد اراضی مرطوب در آمریکا بکار بردند. آنها با استفاده از این مدل پروفیل سطح آب رودخانه را ترسیم نمودند و معتقدند که روش فوق یک روش معتبر برای تعیین کمیت اثرات انحراف رویاراضی مرطوب کناره رودخانهها میباشد .
آندام در مقایسه رژیم رودخانههای جنگلی و خارج از جنگل با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-GeoRASالحاقیه و HEC-RAS تغییرات سرعت و عدد فرود را در این دو نوع رودخانه مورد بررسی قرار داد و تأثیر پوشش گیاهی بر رژیم و رفتار هیدرولیکی جریان را با این مدل مورد مقایسه قرار داد و نتیجه گرفت که استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RASمیتواند مقادیر عددی مناسبی را جهت مطالعه رژیم و سایر خصوصیات هیدرولیکی جریان رودخانه در اختیار محققین قرار دهد.
لازم به ذکر است حد بستر هیدرولیکی رودخانه ها بر طبق قوانین موجود، پهنه سیلابی در شرایط طبیعی رودخانه و به ازای دبی سیلابی 25 ساله است. لذا هدف این تحقیق تلفیق مدل هیدرولیکی HEC-RAS با نرم افزار Arc View از مجموعه نرم افزارهای ArcGISاز طریق الحاقیه HEC-GeoRAS به منظور شبیه سازی پارامترهای هیدرولیکی رودخانه کارون واقع در استان خوزستان میباشد.
مواد و روشها:
رودخانه کارون یکی از بزرگترین و طویلترین رودخانه های ایران و حوضه آبریز خلیج فارس و دریای عمان بوده و آبهای مناطق وسیعی از کشور را جمع آوری و به خلیج فارس میرساند. طول رودخانه کارون حدود 890 کیلومتر و حوضه آبریز آن منطقهای به وسعت 62570 کیلومترمربع و آورد سالانه ی آن مطابق اندازه -گیریهای ایستگاه اهواز 22 میلیارد متر مکعب تخمین زده شده است.حوضه مورد مطالعه در این تحقیق بازه ملاثانی تا اهواز میباشد که طول آن حدودا 70 کیلومتر است.
مدل ریاضی : hec-ras
مدل HEC-RAS برای محاسبات هیدرولیکی جریان یک بعدی در یک شبکه کامل از کانالها طراحی شده است. مدل شامل سه مولفه تحلیل هیدرولیکی یکبعدی برای: -1 محاسبه پروفیل سطح آب در حالت جریان ماندگار -2 شبیه سازی جریان غیر ماندگار 3 -محاسبه انتقال رسوب در مرز متحرک میباشد. مولفه جریان ماندگار قابلیت مدل سازی پروفیلهای سطح آب در رژیمهای جریان زیر -بحرانی، فوق بحرانی و مختلط را دارا است.
تعیین مشخصات هیدرولیکی محدوه مورد مطالعه دبی جریان:
با توجه به هدف تحقیق مبنی بر شبیه سازی رفتار هیدرولیکی رودخانه جهت انجام مطالعات حریم و حد بستر هیدرولیکی رودخانه، محاسبات هیدرولیکی جریان برای دبی با دوره بازگشتهای مختلف انجام شده است. چون محاسبات هیدرولیکی بر مبنای جریان ماندگار انجام میگیرد لذا از تغییرات دبی جریان در طول زمان صرف نظر شده و محاسبات با دبی جریان با دوره بازگشتهای مختلف - پیک هیدروگراف مربوط به آن - انجام شده ولی به لحاظ افزایش دقت محاسبات و نتایج آن، تغییرات دبی در طول رودخانه و تأثیر شاخههای فرعی در نظر گرفته شد. با توجه به دقت مورد نیاز و شدت تغییرات دبی جریان در طول رودخانه در پنج نقطه دیگر در طول بازه مقادیر دبی سیلابی محاسبه شده و در مطالعات هیدرولیکی مد نظر قرار گرفت .
مهمترین مشخصات هیدرولیکی رودخانه که برای تعیین سایر عوامل هیدرولیکی مانند عمق و سرعت جریان مورد نیاز میباشد عبارتند از دبی جریان، ضریب زبری مانینگ، هندسه و مقاطع عرضی رودخانه میباشد. این مشخصات در شرایط طبیعی و موجود ممکن است متفاوت باشد و در این صورت بایستی برای هر دو حالت طبیعی و موجود مورد بررسی قرار گیرد. در محدوده مورد مطالعه به علت عدم وجود سازه تأثیرگذار بر میزان جریان مقادیر دبی سیلابی در شرایط طبیعی و موجود یکسان است.
تعیین ضریب زبری مانینگ:
یک رودخانه ممکن است محدوده وسیعی از تغییرات ضریب زبری مانینگ را در طول مسیر خود داشته باشد. محاسبه ضریب زبری مانینگ در این رودخانه بر اساس بازدیدهای صحرایی، محاسبات و جداول تجربی ارائه شده توسط چاو صورت پذیرفت .
