پژوهش‌های حفاظت آب و خاک (Mar 2023)
مطالعه عددی تغییرات ابعاد مقطع رژیم کانال تحت جریان های دائمی و غیردائمی سیلابی
Abstract
سابقه و هدف: سیلاب یکی از حوادث طبیعی است که باعث تغییرات چشم‌گیر ریخت‌شناسی در بستر رودخانه‌ها و اراضی مجاور آن‌ها می‌شود. این جابجایی‌ها و تغییرات ممکن است خسارات مالی و جانی جبران ناپذیری را به‌دنبال داشته باشد. از اینرو نقش مطالعات ریخت‌شناسی در رودخانه‌ها، تعیین کمی وکیفی عکس‌العمل رودخانه و پیش‌بینی روند تغییرات کوتاه‌مدت و دراز‌مدت آن تحت جریان‌های سیلابی از موضوعات مهم در مهندسی رودخانه می باشد. در جریان‌های سیلابی، تداخل جریان در مقطع اصلی کانال و سیلاب‌دشت، باعث انتقال مومنتم و پیچیدگی در الگوی جریان از کانال اصلی به سیلاب‌دشت می‌گردد. به‌دلیل دینامیکی بودن این وقایع از معیارهای آماری، تجربی و نیمه‌تجربی به منظور تعیین ابعاد کانال‌های پایدار رژیمی استفاده می‌گردد. امروزه استفاده از مدل‌های دو بعدی برای بررسی رفتار رژیم کانال‌ها نسبت به روش‌های تجربی که جریان یک‌بعدی فرض می‌شود، برتری دارد. در رابطه با بررسی الگوی جریان و انتقال رسوب در کانال‌های آبرفتی مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی بسیاری انجام شده است اما به‌صورت عددی مطالعه‌ی چندانی صورت نگرفته است. در این تحقیق، رفتار وهندسه کانال ذوزنقه‌ای مرکب با استفاده از مدل MIKE21 برای دونوع جریان دائمی و غیردائمی سیلابی بررسی شده است. ابعاد نهایی مقطع رژیم کانال بدست آمده از مدل‌سازی تحت جریان دائمی، اختلاف کمتری بامقادیر مشاهداتی در مقایسه با نتایج بدست آمده از مدل‌سازی تحت جریان غیردائمی را نشان داد.مواد و روش‌ها: جهت مطالعه رفتار کانال اصلی در جریان سیلابی، جریان به‌صورتی انتخاب گردیده است که پهنه‌های سیلابی در حالت قبل از آستانه حرکت قرار داشته باشد. ابتدا مقطع کانال ذوزنقه‌ای مرکب با مرزهای فرسایش‌پذیر تحت جریان دائمی مقطع پر توسعه داده شد و سپس رفتار و هندسه کانال ذوزنقه‌ای توسعه یافته تحت جریان سیلابی دائمی و غیردائمی مورد مطالعه قرار گرفت. در گام اول مدل‌سازی جریان دائمی، شرایط جریان در کانال در یک نقطه معین نسبت به زمان ثابت می‌باشد که به معنی یکسان بودن سرعت در طول جریان و عمق متوسط جریان است. در گام دوم مدل‌سازی، بررسی جریان غیردائمی در طول کانال با شرایط مشابه گام اول بررسی شد با این تفاوت که دبی ورودی به‌صورت متغیر در زمان می‌باشد.یافته‌ها: نتایج نشان دادهنگامی که مقطع اصلی کانال پر است، تغییر قابل توجهی در عرض کانال اصلی ایجاد نمی‌شود، اما عرض کانال اصلی برای جریان‌های سیلابی نسبت به مقطع پر به سرعت افزایش می‌یابد. متوسط اختلاف نسبی بدست آمده نسبت به داده‌های آزمایشگاهی درپارامترهای عرض بالا وپایین مقطع ذوزنقه‌ای و همچنین عمق جریان در شرایط جریان دائمی به‌ترتیب 96/0، 88/0و 98/0و در شرایط جریان غیردائمی نیز متوسط اختلاف نسبی بدست آمده پارامترهای عرض بالا و پایین مقطع ذوزنقه‌ای و عمق جریان به‌ترتیب 12/1، 15/1و 05/1می‌باشد. با توجه به معادلات انتقال رسوب موجود در نرم‌افزار، رابطه انتقال رسوب انگلند هانسن به‌عنوان رابطه انتقال رسوب مناسب برای پارامترهای ابعادکانال انتخاب گردید که توانست پیش‌بینی نزدیک‌تری به مقادیر آزمایشگاهی داشته باشد.نتیجه‌گیری: یک کانال آبرفتی مقطع پرپایدار، هنگامی که درمعرض سیلاب قرارمی‌گیرد، به سمت یک کانال پایدارجدید متمایل می‌گردد. درشرایط جریان دائمی، برآورد نتایج عمق وعرض کانال پایدار درمدل MIKE21 درمقایسه بانتـایج حاصل ازجریان غیردائمی دقت بیشتری دارد. همچنین مقادیر عرض، عمق وغلظت رسوب پیش‌بینی شده کانال توسط نرم‌افزارفوق نسبت به روش‌های طراحی کانال پایدارنظیر برونلی، ون‌راین و WBP بهتـر تخمین زده شده است. در تمامی مدل‌ها، عرض کانال تقریباً طی 3ساعت ابتدایی به سرعت افزایش می‌یابد وپس از آن به مرحله‌ی تعادل نزدیک می‌شودو از سرعت فرسایش کانال کاسته می‌شود. با افزایش دبی تاحدود 15لیتربرثانیه عمق وعرض کانال بـاشدت بیشتری تغییر یافته وسپس این تغییرات تقریباًثابت می‌گردد.
Keywords
