بخشی از مقاله
چکیده
برآورد صحیح میزان رسوبات حمل شده توس جریان رودخانه در طراحی تمامی پروژه های آبی ضروری می باشد. با این وجود هنوز در بسیاری از رودخانههای کشور ایستگاه هیدرومتری تاسیس نشده و در ایستگاههای موجود نیز آماربرداری رسوب به صورت نامنظم و فق در تعداد کمی از روزهای سال انجام می شود. به همین دلیل نیاز به برآورد بار معلق در رودخانه های کشورهایی نظیر ایران که با کمبود آمار رسوب مواجه هستند بسیار ضروری است.
منحنی های سنجه رسوب یکی از معمولترین روش های برآورد بار رسوبی معلق رودخانهها هستند. از طرف دیگر تفکیک دادههای متناظر دبی جریان و رسوب بر مبانی مختلف زمانی و تهیه معادله سنجه برای هر مقطع زمانی به صورت جداگانه در بسیاری از رودخانهها میتواند منجر به افزایش دقت برآورد رسوب برای هر مقطع شود. در پژوهش حاضر معادلات سنجه رسوب در پایههای زمانی سالانه، فصلی و ماهانه 24 ایستگاههای هیدرومتری استان مازندران دارای حداقل 15 سال طول دوره آماری تهیه شد.
در ادامه با توجه به ویژگیهای هیدرواقلیمی، تفکیک دادهها در فصول با تأخیر و تقدم یک ماهه نیز مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت به منظور صحتسنجی معادلات تهیه شده شاخصهای نکویی برازش از قبیل ضریب تبیین - R2 - ، ضریب کارایی - E - و مجموع میانگین مربعات خطا - RMSE - مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که در بیشتر ایستگاههای مورد بررسی، سنجه رسوب سالانه نسبت به فصلی و ماهانه بهطور معنیداری از شاخص ضریب تبیین بالاتر برخورداری است که نشان میدهد تفکیک دادهها از سالانه به فصلی و ماهانه باعث کاهش دقت سنجه از نظر شاخص ضریب تبیین شده است.
با اینحال در نظر گرفتن فصول هیدرواقلیمی اثر قابل ملاحظهای بر افزایش دقت و صحت منحنی سنجه رسوب نسبت به فصول تقویمی داشت و در بیشتر ایستگاهها تفکیک به صورت فصول متأخر بهتر از فصول متقدم بود. همچنین تفکیک داده منجر به تغییر معنیدار در شاخصهای ضریب تبیین و مجموع میانگین مربعات خطا نشد.
مقدمه
یکی از روشهای برآورد رسوب بهره گیری از آمار ایستگاههای آبسنجی و برقراری رابطه بین دبی آب و دبی رسوب به عنوان منحنی سنجه رسوب می باشد. همواره گروه های زیادی اعم از متخصصان، مدیران حوضه ها و آبخیزداران نیاز به اطلاعات مرتب با رسوبدهیحوضه ها دارند. با کمک معادله سنجه رسوب و با بررسی عامل های مؤثر بر آن می توان از نتایج حاصله در حوضه های فاقد آمار بهره گرفت و بدین گونه گام مهمی در زمینه مدیریت رسوب و کنترل فرسایش برداشت.
به طوری که بر اساس سوابق موجود کمبل و بادر برای اولین بار در سال 1940 از منحنی سنجه بدین منظور استفاده نمودند. سهولت کاربرد باعث شده است که معادلات رگرسیونی منحنی های سنجه رسوب استفاده زیادی در برآوردهای بار رسوبی داشته باشند، اما از آنجایی که در این معادلات تنها یک متغیر مستقل وارد میشود، سنجه رسوب قادر به پیش بینی دقیق و صحیح مقدار بار رسوبی واقعی رودخانه ها نیست.
بنابراین سعی می شود با اعمال شرای یا تغییراتی در آن ها - از جمله دسته بندی و تفکیکهای زمانی دادهها - خطای برآورد رسوب را کاهش داد. از طرف دیگر تغییرات ویژگیهای فیزیکی حوزههای آبخیز - از قبیل ارتفاع متوس - میتواند منجر به تغییر زمانی در بروز ویژگیهای اقلیمی و هیدرولوژیکی هر فصل شود. لذا تفکیک فصول غیرتقویمی - به عنوان مثال هیدرواقلیمی - در حوزههای آبخیز دارای دامنه تغییرات ارتفاعی بیشتر، مشخصتر بوده و همچنین انتظار تغییر و تنوع کاربری اراضی نیز در این حوضهها بیشتر است، اما با اینحال بررسی امکان افزایش صحت سنجه رسوب فصول غیرتقویمی به عنوان موضوع پژوهشی کمتر مورد توجه بوده و موارد انجام شده در یک یا دو ایستگاه هیدرومتری است.
میلر در سال 1951 برای اولین بار از تفکیک دادهها بهمنظور افزایش صحت معادلات سنجه رسوب استفاده کرد. بروس - 2001 - با تعیین منحنیهای سنجه رسوب و تقسیم بندی منحنی ها بر پایه فصل، میزان گل آلودگی، بار بسترو محاسبه میزان رسوبدهی و بررسی شماری از عاملهای دیگر، فرسایش تشدید شونده را به علت تغییر کاربری اراضی وکاهش تنوع شکل بستر رودخانه میداند.
آسلمان - 2000 - به ارزیابی منحنی های سنجه رسوب در رودخانه راین و انشعابات آن پرداخت و خطاها و اشتباهات ارزیابی بارهای رسوبی را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد و دریافت که تفاوت های منحصر به فرد در اشکال منحنی های سنجه رسوب به خصوصیات بار آبرفتی وابسته است وی به منظور انتخاب بهترین مدل از شاخص حداقل میانگین مربعات خطا بهره جست.
صادقی و همکاران - 2008 - در مطالعه تهیه، ارزیابی و تفسیر منحنی های سنجه رسوب برای یک منطقه جنگل کاری شده در ژاپن به بررسی اختلاف میان روش های تابع تحلیل خطی و غیرخطی منحنی سنجه رسوب به منظور بررسی و هماهنگی و ارتباط مقدار دبی انتقال یافته و مقدار رسوب معلق بر اساس داده های دو ساله نشان دادند که معادله رگرسیون توانی سنجه رسوب - منحنی سنجه - به وسیله تبدیل ریشه چهارم داده های جریان دبی و مقدار تجمع رسوب به نسبت طبقه بندی مکانی و مقدار داده ها به خوبی عمل کرده اند و استفاده از این مدل برای برآورد رسوب و جریان دبی رودخانه ها در مناطق کوچک موفق ارزیابی نمودند.
همچنین نتایج اثبات کرد که ارتباط بین تجمع رسوب و جریان دبی بستگی و مقدار رواناب تولید شده به عواملی مانند تغییرپذیری رسوب، شرای فیزیکی منطقه و پراکنش چرخه هیدرولوژیک و خصوصیات خاک منطقه جنگل کاری شده بستگی داشته است. شریدان و همکاران - 2011 - به بررسی تغییرات به وجود آمده ناشی از آتشسوزی بر منحنیهای سنجه رسوب در جنگلهای مرطوب واقع در جنوب شرق استرالیا پرداختند.
نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل ضرایب منحنی سنجه رسوب بیانگر رابطه منفی معنیدار بین لگاریتم ضریب دبی - log - a و توان - b - آن دارد که حاکی از تمرکز نقاط در منحنی سنجه حول یک نقطه و در اثر آتشسوزی میباشد و تاکید بر اعمال ضرایب اصلاحی میکند. وانگ و همکاران - 2013 - نیز شکل جدیدی از منحنیسنجه رسوب را با توجه به اثر پوشش گیاهی برای حوزه آبخیز لیچاو واقع در چین توسعه و تحلیل نمودند و سپس برای حوزههای آبخیز آسیا مورد ارزیابی قرار دادند.
نتایج بهدست آمده در یک دوره زمانی 1988 الی 2006 بیانگر تاثیرگذاری پوشش گیاهی بر شکل منحنیسنجه رسوب بوده است. معادله به دست آمده از تحقیق آنها بیانگر ارتباط بین سه مولفه رسوب، دبی و پوشش گیاهی میباشد. اخیراً گیانباتیستا و سیمون - 2015 - به تحلیل پویایی رسوب معلق در حوزه آبخیز رودخانه تامس واقع در انگلیس با استفاده از منحنی سنجه رسوب پرداختند. نتایج تحلیل حاصل از تحقیق آنها به تغییرپذیری مکانی و زمانی منحنی سنجه رسوب تاکید نمود.
ذرتی پور و همکاران - 1387 - با بررسی تاثیر طبقهبندی رسوب بر بهبود روشهای هیدرولوژیکی برآورد بار معلق رودخانهها درحوزه آبخیز طالقان به این نتیجه رسیدند که استفاده از کلاسهبندی فصلی دادههای رسوب و تجزیه هیدروگراف خروجی حوزه برای افزایش دقت منحنی سنجه رسوب و برآورد بار معلق رودخانه است.
برای بهینه سازی رابطه دبی آب و دبی رسوب با استفاده از منحنی سنجه حیدرنژاد و همکاران - 1383 - در سدهای مخزنی کرج و دز، پیری و همکاران - 1384 - در حوزه معرف امامه و همچنین مساعدی و همکاران - 1385 - در رودخانه گرگانرود گلستان از تفکیک داده ها به روش های مختلف استفاده کردند و به این نتیجه رسیدند مدلی که براساس تمام داده های اندازه گیری شده و بدون تفکیک داده ها در نظر گرفته شده و در آن فق از یک معادله به عنوان معادله سنجه رسوب استفاده شوده است، در بین مدل های مورد مطالعه دارای بیشترین میزان خطا در برآورد رسوب معلق است.
پرهمت و دومیری گنجی - 1383 - نشان دادند که روش متوس دستهها در بهبود رواب موثر بوده و همبستگی دبی و رسوب را بطور چشمگیری افزایش می دهد، ضمن آنکه تاثیر فصلی را نیز نمیتوان نادیده گرفت. تحقیق پدرام و بارانی - 1386 - درمخزن سد زاینده رود نشان داد که برآورد رسوب با استفاده روش متوس دستهها و همچنین تفکیک آمار به صورت ماههای خشک و تر بالاترین میزان همبستگی را دارد.
کیاء و عمادی - 1392 - دریافتند که منحنی سنجه رسوب بدون تفکیک داده ها همواره با مقداری خطا همراه است. بنابراین، استفاده از متوس دسته های دبی، کلاسه بندی دقیق و تفکیک زمانی داده ها می تواند به کاهش خطای برآورد دبی رسوب کمک نماید. عمادی و همکاران - 1390 - رابطه ای به دو روش سالانه و ماهانه جهت برآورد رسوب ورودی به مخزن سد سفیدرود تعیین کردند و به این نتیجه رسیدند که رواب ماهانه برآورد دقیق تری از رسوب ورودی به مخزن ارائه می دهد.
هادی قورقی و همکاران - 1391 - دریافتند که تفکیک داده ها برای شرای مختلف بارش و جریان، همگنی لازم را در دادهها برای ایجاد منحنی سنجه رسوب با دقت و صحت بالاتر ایجاد می کند. همچنین نتایج تایید کرد که تأخیر طبیعی ایجاد شده در شرای بارش و جریان توأم با پیچیدگی های اثر دما و پوشش گیاهی موجب می شوند که در نظر گرفتن فصول هیدرواقلیمی منطقه اثر قابل ملاحظه ای بر افزایش دقت و صحت منحنی سنجه رسوب نسبت به فصول اصلی داشته باشد.
هادی قورقی و خالدی درویشان - 1394 - در تحقیقی نشان دادند که مقدار رسوب معلق تخمینی در روش های منحنی سنجه معمولی، Smearing و LQMLE در حالت روش کلی و سال پر آب وکم آب در ایستگاه قورباغستان - رودخانه قره سو - کمتر از مقدار مشاهده ای بوده و در روش های CF1، CF2، FAO و LQMLE در حالت فصول هیدرواقلیمی، فصول اصلی و روش ترکیبی بیشتر از مقادیر مشاهده ای بوده است درحالیکه در ایستگاه کردخیل - رودخانه تجن - به طور تقریبیدرتمامیحالت های تفکیک داده ها بجز مدل FAO نتایج تمامی مدل های مورد بررسی کمتر از مقادیر مشاهده ای بوده است.
