بخشی از مقاله
چکیده
رودخانهها بهعنوان یکی از با ارزشترین و مهمترین منابع آبهای سطحی در زمینههای کشاورزی، اقتصادی صنعتی و شرب از جایگاه ویژهای برخوردار میباشند. وقوع سیلاب و خسارات فراوان ناشی از آن و نیز تاثیر این رخداد بر روی ساختار رودخانهها بهصورت بروز فرسایش یا رسوبگذاری از جمله عواملی هستند که میتوان با بررسی هیدرولیکی جریان در رودخانهها، روند حاکم بر این پدیدهها را شبیه-سازی و با استفاده از نتایج حاصل از آن اقدام به اتخاذ تدابیر مدیریتی لازم به منظور بهرهبرداری و حفاظت از رودخانهها موجود نمود.
مطالعات پروفیل سطح آب رودخانه، که نشاندهنده تغییرات طولی پارامترهای جریان آب رودخانه در یک محدوده خاص است، یکی از اجزای اصلی مجموعه مطالعات لازم در طراحی سیستمهای مهندسی رودخانه و مدیریت منابع آب و نیز طراحی سازههای هیدرولیکی میباشد.
در این زمینه، مساعدی و توکلی - 1382 - با در نظر گرفتن بازهای از رودخانه اترک، ضمن محاسبه ضریب مانینگ و تراز سطح آب در هر مقطع، اقدام به ترسیم نیمرخ طولی سطح آب و پهنههای خطر سیل برای دوره برگشتهای مختلف نمودند
شیری و همکاران - 1387 - روشهای مختلف تخمین ضریب زبری را در بازهای از رودخانه بانه مورد اجرا قرار داده و نتایج حاصل از آن را با مقادیر بدست آمده از نرم-افزار HEC-RAS مورد مقایسه قرار دادند. جانسون و همکاران - 1999 - مدل عددی HEC-RAS را برای پیشبینی و تعیین حدود اراضی غرقاب در طول 10 کیلومتر از رودخانه ویومینگ- گری بال در آمریکا بکار برده و با استفاده از مدل فوق، پروفیل سطح آب رودخانه را ترسیم نمودند
پیش از اقدام به بررسی های تفصیلی هیدرولیک رودخانه، ابتدا باید مجموعهای از داده های پایه و اطلاعات مربوط به آن گردآوری و آماده شوند. از این بین می توان به مقادیر اوج آبدهی - یا هیدروگراف - سیلاب، رابطه بین تراز سطح آب و آبدهی رودخانه - رابطه دبی- اشل - در ایستگاه یا ایستگاه های مستقر در داخل یا در مجاورت محدوده مطالعات، وضعیت عمومی توپوگرافی و مشخصات هندسی رودخانه و سیلابدشت آن - طبق نقشه های توپوگرافی و مقاطع طولی و عرضی رودخانه و اراضی ساحلی - ، مشخصات سازهها و تاسیسات هیدرولیک موجود در داخل و حواشی محدوده مطالعات و سایر اطلاعات مرتبط با جزئیات هیدرولیکی رودخانه اشاره نمود.
منطقه مورد مطالعه
حوضه آبریز رودخانه خرسان، که یکی از سر شاخهای مهم حوضه آبریز رودخانه کارون می باشد، در جنوب غربی ایران حدوداً در محدوده ای بین عرض جغرافیایی 30 - 15' تا 31 - 30' درجه شمالی و طول جغرافیایی بین 50 - 55' تا 52 -0' درجه شرقی در دامنه رشته کوههای زاگرس واقع شده است. در شکل - 1 - موقعیت تقریبی جغرافیایی منطقه مورد مطالعه مشخص شده است.
شکل - 1 - موقعیت تقریبی جغرافیایی منطقه مورد مطالعه
منطقه مذکور از شمال به حوضه های آبریز زاینده رود، دز و کارون، از غرب به حوضه های دز و کرخه، از شرق به حوضه های کر و زاینده رود و از جنوب به حوضه های زهره، کارون، جراحی و مارون محدود می گردد. رودخانه خرسان از دو شاخه اصلی ماربر و گرمرود یا بشار تشکیل گردیده است این دو شاخه در نزدیکی روستای سرسور به هم پیوسته و رودخانه خرسان را شکل می دهند.
ساختگاه سد مخزنی خرسان سه، در بخش علیای رودخانه خرسان در دامنه شمال شرق کوه های زاگرس چین خورده در ناحیه ای به طول شرقی حدود" 25 ، 58 ، 50 و عرض شمالی" 50 ، 14، 31 در حوالی روستاهای طلایه و آتشگاه به فاصله تقریبی 50 کیلومتری از شهرستان لردگان واقع شده است .[3] در شکل - 2 - موقعیت مقاطع انتخاب شده برای انجام مطالعات پروفیل سطح آب، نمایش داده شده است.
شکل - 2 - موقعیت مقاطع انتخاب شده برای انجام مطالعات پروفیل سطح آب
دادهها و اطلاعات پایه
داده ها و اطلاعات لازم برای انجام بررسی های هیدرولیکی به شرح زیر میباشنئ
-1 آبدهی رودخانه به صورت اوج آبدهی سیل - برای مدل های ماندگار - و هیدروگراف سیل - برای مدل های غیر ماندگار - ،
-2 مقاطع عرضی رودخانه و سیلاب دشت آن، در فواصل مناسب از یکدیگر برای سراسر طول مسیر منتخب،
-3 ضرایب هیدرولیکی رودخانه، مشتمل بر ضریب زبری - ضریب مانینگ - و همچنین ضرایب انبساط و انقباض عرضی در مقاطع متوالی، و
-4 شرایط هیدرولیکی حاکم بر مرزهای بالا و پایین - شرایط مرزی -
دبی سیلاب رودخانه
بر اساس مطالعات انجام شده، هیدروگراف سیل با دوره بازگشتهای مختلف در رودخانه خرسان در شکل 3 ، نشان داده شده است.
شکل - 3 - هیدروگراف سیلاب رودخانه خرسان با دوره برگشتهای مختلف
مقاطع عرضی
مقاطع عرضی رودخانه و سیلابدشت آن، که شامل موقعیت ایستگاه اندازهگیری و ارتفاع آن است، مهمترین اطلاعات پایه برای مطالعات پروفیل سطح آب رودخانه محسوب میگردد. مقاطع عرضی رودخانه خرسان در محدوده سد خرسان 3 ، بر اساس مقطع برداری انجام شده از این رودخانه و همچنین نقشه های 1:500 برداشت شده از محدوده طرح استخراج گردیده است. بازه مطالعاتی که مقاطع عرضی از آن برداشت شده است، از محل انتهایی رودخانه خرسان تا محل ورودی به مخزن سد خرسان 3 ، به طول 750 متر میباشد. در این بازه تعداد 25 مقطع عرضی برداشت گردیده که با استفاده از نرمافزار اتوکد - Auto Cad - به مدل عددی HEC-RAS معرفی میگردد.
ضرایب هیدرولیکی رودخانه
ضرایب هیدرولیکی رودخانه از جمله ضریب مقاومت بستر، دیواره ها و سیلابدشت رودخانه و همچنین ضرایب انبساط و انقباض مقاطع عرضی رودخانه در طول مسیر مورد مطالعه، جزء داده های پایه با اهمیت محسوب می گردند. ضریب زبری مانینگ، مهمترین ضریب هیدرولیکی در انواع مطالعات هیدرولیک رودخانه است. در این تحقیق، برآورد ضریب مانینگ به کمک دو روش زیر صورت گرفته است:
-1 بهره گیری از تجارب عمومی بین المللی برای دست یابی به یک برآورد عمومی و اولیه از دامنه تغییرات ضریب مانینگ - با توجه به شرایط عمومی و زمینشناسی رودخانه - و
-2 استفاده از ضرایب توصیه شده توسط سازمان حفاظت خاک و سازمان زمینشناسی آمریکا - استفاده از روش کاون -
به رغم انجام اقدامات فوق بایستی اذعان داشت که نتایج حاصل را تنها می توان برآوردی از ضریب مانینگ تلقی نمود که در سطح مطالعات حاضر مورد نیاز بوده است. برای کاهش تردیدهایی که در زمینه مقدار عددی نزدیک به واقعیت این پارامتر همچنان وجود دارد، میزان ضریب مانینگ در یک طیف حداقل تا حداکثر ممکن، در نظر گرفته شده و در مطالعات مورد استفاده قرار گرفته است.
الف - تعیین ضریب زبری پایه با توجه به جنس بستر اصلی رودخانه و دشت سیلابگیر آن - و یکنواخت بودن نسبی این دو محدوده با توجه به مقادیر دبیهای مورد بررسی - ضریب زبری پایه بین حداقل0/020 تا حداکثر 0/025 برآورد شده است.
ب- اعمال ضرایب اصلاحی و انتخاب ضریب زبری نهایی در این مرحله با استفاده از جداول موجود در مراجع مختلف و با توجه به ویژگیهای ساختاری و مورفولوژیک رودخانه، ضرایبی به منظور تعدیل مقدار اولیه ضریب زبری بر روی آن اعمال میگردد. بنابراین با توجه به رابطه کاون، میزان ضرایب اصلاحی و در نهایت نحوه محاسبه ضریب زبری کل در رودخانه خرسان را میتوان بهشرح جدول - 1 - خلاصه نمود.
در واقع در این تحقیق، با استفاده از روش شبیه-سازی جریان و با انجام سعی و خطا و با حداقل سازی اختلاف بین سطوح آب حاصل از مقادیر مشاهداتی و محاسباتی در ایستگاههای معرف، مقدار پارامتر n بهینه تعیین گردیده است. همانگونه که مشهود است، نتایج روش بکار گرفته شده ضریب مانینگ را مابین اعداد 0/040 الی 0/060 بدست میدهد. همواره در مطالعات مهندسی رودخانه رسیدن به قطعیت در ارتباط با ضریب مانینگ میسر نبوده، ولی می توان با اطمینان مناسب، طیفی از میزان ضریب مانینگ را بعنوان حدود منتخب گزینش نمود. با توجه به مجموعه نتایج بدست آمده، محدوده ارائه شده برای ضرایب مانینگ در جدول - 2 - نشان داده شده است.
