چکیده
فرسایش و انتقال رسوب از پدیدههای مهم رودخانهای میباشند و در طرحهای آبخیزداری و حفاظت آب و خاک، برآورد بار رسوبی رودخانه از اهمیت زیادی برخوردار میباشد. از نتایج مطالعه رسوب در سیلابها، می‌توان؛ طرحهای مهندسی رودخانه و کاهش خسارات سیل استفاده نمود. حوزه کشکان لرستان، با مساحتی معادل 4/9274 کیلومتر مربع میباشد، این حوزه دارای ارتفاع حداکثر 3610 متر و ارتفاع حداقل 657 متر و میانگین سالانه بارش 3/439 میلیمتر یکی از زیرحوزههای مهم حوزه کرخه بوده که گستره جغرافیایی آن از’50 ◦46 تا ‘1 ◦50 طول شرقی و از ’40 ◦32 تا ’23 ◦34 عرض شمالی میباشد، در این تحقیق به ارزیابی کمی و کیفی انتقال رسوب سیلابها و تغییرات زمانی آن در ماههای مختلف در رودخانه کشکان، در بازه ایستگاه هیدرومتری کشکان پلدختر تا 200 متر به سمت بالای ایستگاه با استفاده از نرمافزارهای HEC RAS 4.1 و GEP 4.3 پرداخته شدهاست. دورهی آماری مورد استفاده سال آبی 1359-1358 تا سال آبی 1389-1388 میباشد. برای واسنجی مدلها از پارامتر ضریب زبری مانینگ استفاده شد که مناسبترین آن در این بازه ضریب زبری 0454/0 بوده است. ارزیابی شبیه‌سازی رسوب معلق سیلابها بر اساس معیار ناشساتکلیف 701/0 درصد در دوره واسنجی، و 74/0 درصد در دوره اعتبارسنجی در نرمافزارHEC RAS 4.1 میباشد و مقادیر متناظر در نرمافزار GEP 4.3 به ترتیب 751/0 درصد و 783/0 درصد است که نشان از قابلیت دو نرمافزار در شبیه‌سازی رسوب میباشد. با توجه به نتایج حاصل؛ حداکثر رسوب انتقالی سیلابها در ماه اسفند میباشد که دلیل آن را می‌توان تمرکز بارش، عدم وجود پوشش مناسب برای نفوذ بارش و حفظ ذرات خاک حوزه، افزایش دما و وقوع ذوب برف و تغییرات کاربری اراضی دانست. رسوب انتقالی در دوره اندازهگیری، شبیه‌سازی HEC RAS 4.1 و GEP 4.3 به ترتیب 3/152، 14/128و 09/125 هزار تن و با درصد 50، 48 و 46 میباشد. نرمافزار GEP 4.3 با 55/12 درصد خطا کمتر نسبت به نرمافزار HEC RAS 4.1، رسوب سیلابها را شبیه‌سازی کرده است.
واژگان کلیدی: انتقال رسوب معلق، سیلاب، شبیه‌سازی، HEC RAS 4.1، GEP 4.3.
Abstract
Knowing the amount of sediment transport in rivers and its effectiveness of protective measures is necessary. Due to the proliferation of dams on rivers, knowledge of sediment volume estimation and how and when sediment transports is so important. The results of sediment in floods can be used in river engineering and flood damage reduction projects.. Kashkan watershed in Lorestan province located between longitude 46º 50´ to 50º 1´ East and latitude 32º 40´ to 34º 23´ North with an area of 9287.39 km2. This field has a maximum altitude of 3610 m and a minimum height of 657 mm and an annual average rainfall of 3/439 mm. In this research, different aspects of sediment transport in Kashkan river for steady and unsteady flow conditions at the moving boundary using HEC RAS 4.1 and GEP 4.3 softwares for various months was assessed. . In this study, 31 years (1980 to 2010) discharge and sediment data, also geometery data between Poldokhtar station and 200 meters its upstream were used and assessed for simulating sediment transport and its temporal changes. Manning roughness coefficient models were used for calibration of the suitable roughness coefficient in the range of 0.0454. The evaluation of sediment transport by the HEC RAS 4.1 4.1showed a good agreement between measured and simulated sediment based on Nash Sutcliffe efficiency criteria 70% for the calibration and 74% for the validation period, also in GEP 4.3 these indexes 75% for the calibration and 78% for the validation period, which show the capability of the softwares to simulate sediment. Moreover, most of floods with high sediment transport occur in the winter especially in December, The reason could 
be the concentration of rainfall, lack of adequate coverage for precipitation infiltration and preserving areas of soil particles, increasing temperatures and melting snow and land use changes. Transported sediment during the measurement, simulation,in HEC RAS 4.1 and GEP 4.3, are respectively, 152.3, 128.14 and 125.09 thousand tonnes and with a percentage of 50, 48 and 46. The error of simulation of sediment with HEC RAS 4.1 is 12.55 percent less than GEP 4.3.
Key Words: Suspended sediment transport, flood, simulation, HEC RAS 4.1، GEP 4.3
فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-مقدمه و بیان مسئله. 1
1-1-مقدمه. 1
1-2 بیان مسئله. 2
1-3 اهداف تحقیق. 3
1-4 فرضیات تحقیق. 3
2-کلیات و مرور منابع. 5
2-1-مقدمه. 5
2-2- رودخانه، سیلاب و انتقال رسوب. 5
2-3- اهمیت انتقال رسوب در رودخانه ها. 6
2-4- مدل. 7
2-5- انواع مدل ها. 9
2-6-مؤلفه های مدلسازی حوزه. 10
2-6-1- واسنجی مدل. 10
2-6-2- صحت سنجی مدل. 11
2-9- نقش مدل ها در پیش بینی روند فرسایش و رسوبگذاری در محدوده مطالعاتی 12
2-9-1- مدل های تجربی. 12
2-9-2- مدل ها و نرم افزارهای کامپیوتری. 13
2-10- استفاده از مدل در سیلاب و انتقال رسوب. 14
2-10-1- شبیه‌سازی جریان در رودخانه. 14
عنوان صفحه
2-11 سیلاب. 16
2-12- ارزیابی خسارات سیلاب. 17
2-13- انتقال رسوب و اثرات آن. 19
2-13-1- انتقال رسوب و پیامدهای اجتماعی. 21
2-13-2- انتقال رسوب و پیامدهای اقتصادی. 21
2-13-3- انتقال رسوب و پیامدهای زیست محیطی. 22
2-13-4- رسوب و تغییرات بستر. 22
2-14- بررسی انواع رودخانه ها از دیدگاه انتقال رسوب.. 23
2-15- اثرات انتقال رسوب بر رفتار رودخانه و عملکرد مخازن سدها.. 23
2-16- منابع تغذیه رسوبی رودخانه ها.. 24
2-13 عوامل مؤثر بر انتقال رسوب. 25
2-17- اهمیت تعیین بار رسوبی رودخانه ها.. 25
2-18- شکل های مختلف انتقال رسوب در رودخانه ها.. 26
2-18-1- بار انحلالی:. 27
2-18-2 – بارکف:. 28
2-18-3- بار معلق:. 28
2-19- نمونه برداری از مواد معلق. 29
2-19-1- نمونه بردارهای بار معلق. 29
2-19-2- روش های نمونه برداری از مواد معلق :.. 31
2-20- روش های برآورد رسوب معلق. 32
2-21- محاسبه رسوب معلق با استفاده از منحنی سنجه رسوب و دبی های متوسط روزانه : 32
عنوان صفحه
2-22- محاسبه رسوب معلق با استفاده از روش اداره عمران ایلات متحده(USBR) 33
2-22-1- منحنی سنجه رسوب. 33
2-22-2 – انواع منحنی سنجه. 34
2-23-کلیاتی در خصوص هیدرولیک کانال های روباز. 35
2-23-1- دانه بندی رسوبات. 35
2-23-2-تقسیمبندی رودخانه ها از نظر مصالح بستری. 36
2-24- انجام محاسبات هیدرولیکی. 37
2-24-1 قوانین حاكم بر حركت جریان. 38
2-25-طبقه بندی جریان در کانالهای روباز. 40
2-26 -روشهای تعیین معادله های شیب اصطکاکی. 41
2-27- تحلیل جریان ماندگار و غیر‌ماندگار.. 41
2-28- شرایط مرزی. 41
2-29- معرفی اجمالی برخی از مدل های کامپیوتری توسعه یافته برای مطالعات فرسایش و رسوب. 42
2-30- دلیل انتخاب مدل HEC RAS. 43
2-31- دلایل انتخاب GEP4.3. 44
2-32- بررسی پیشینه تحقیق در داخل و خارج کشور. 44
منابع داخلی. 45
منابع خارجی. 53
3-مواد و روش ها. 61
3-1مقدمه. 61
عنوان صفحه
3-2- معرفی منطقه مورد مطالعه. 61
3-2-1- موقعیت و مشخصات حوزه آبخیز کشکان. 61
3-2-2- بررسی و ویژگی های رودخانه کشکان. 63
3-2-3- بررسی ویژگی های توپوگرافیک و فیزیوگرافیک رودخانه کشکان 64
3-2-4- بررسی وضعیت پوشش گیاهی رودخانه کشکان. 64
3-2-5 ویژگی های زمینشناسی. 65
3-2-6 – ویژگی های آب و هوایی.. 65
3-3-جمع آوری آمار و اطلاعات هواشناسی و هیدرومتری مشاهده شده. 66
3-4 تعیین منحنی سنجه رسوب و معادله توانی آن در ایستگاه کشکان پلدختر 68
3-4-1- تعیین سیلاب ها. 68
3-5- آماده سازی داده ها برای ورود به نرم افزار. 69
3-6 معرفی مدل ها. 70
3-6-1- مدلHEC RAS 4.1. 70
3-7 مراحل اجرای مدل HEC-RAS. 71
3-7-1 شروع یک پروژه جدید. 71
3-7-2وارد کردن داده های هندسی. 72
3-8- وارد کردن داده های جریان و شرایط مرزی. 72
3-9- ورود داده های رسوب. 73
3-9-2 دانه بندی مواد بستری. 74
3-9-3 بررسی معادلات انتقال رسوب و انتخاب معادله مناسب. 74
3-10- محاسبات هیدرولیک جریان.. 80
عنوان صفحه
3-11- مدل GEP 4.3. 82
3-12 اجرای مدل GEP. 82
3 -13 تعیین نسبت بار بستر به بار معلق از روش های تجربی. 86
3-14 آنالیز رسوب در نرم افزارهای HEC RAS 4.1 و GEP 4.3. 88
3-15 تغییرات انتقال رسوب سیلاب ها، در ماه های سیلابی در نرم افزارهای HEC RAS 4.1 و GEP 4.3. 88
3-16 متوسط انتقال رسوب در نرم افزارهای HEC RAS 4.1 و GEP 4.3. 88
3-17 درصد انتقال رسوب سیلاب ها در نرم افزار HEC RAS 4.1 و GEP 4.3. 88
3-18 واسنجی و صحت سنجی مدل ها. 88
3-19-1 معیار ناش- ساتکلیف (C1).. 88
3-19-2 معیار ضریب همبستگی:. 89
4- نتایج. 91
4-1-نتایج آزمون داده ها. 91
4-2- منحنی سنجه رسوب و معادله توانی آن در ایستگاه کشکان پلدختر.. 91
4-3- تعیین سیلاب ها. 92
4-4-دانه بندی مواد بستری. 93
4-5- نتایج شبیه سازی رسوب سیلاب ها در نرم افزار HEC RAS 4.1. 94
4-6- محاسبه بارمعلق از بارکل شبیه سازی شده. 94
4-7- بررسی رسوب سیلاب ها در دوره های واسنجی و اعتبار سنجی. 96
4-8 نحوه شبیه سازی رسوب معلق حداکثر و حداقل دوره آماری با نرم افزار HEC RAS 4.1. 98
4-9 بررسی تغییرات زمانی ماهانه سیلاب ها در دوره آماری با نرم افزار HEC RAS 4.1. 99
4-10 بررسی رسوب شبیه سازی شده هر یک از سیلاب ها در ماه های مختلف دوره آماری 100
عنوان صفحه
4-10-1 رسوب سیلابهای دی ماه در طول دوره آماری. 100
4-10-2 رسوب سیلابهای بهمن ماه در طول دوره آماری. 101
4-10-3 رسوب سیلاب های اسفند ماه در طول دوره آماری. 101
4-10-4 رسوب سیلاب های فروردین ماه در طول دوره آماری. 102
4-11- حداقل و حداکثر رسوب انتقالی سیلاب ها. 102
4-11-1 حداقل و حداکثر رسوب انتفالی سیلاب های ماه های دی. 103
4-11-2 حداقل و حداکثر رسوب انتفالی سیلاب های ماه های بهمن. 103
4-11-3 حداقل و حداکثر رسوب انتفالی سیلاب های ماه های اسفند. 104
4-11-4 حداقل و حداکثر رسوب انتقالی ماه های ماه های فروردین. 104
4-12-نتایج مدل GEP 4.3. 105
4-12-1- نتایج محاسبات هیدرولیكی اجرای مدل GEP 4.3. 105
4-13 شبیه سازی رسوب معلق سیلاب ها در دوره واسنجی و اعتبارسنجی با نرم افزار GEP 4.3. 106
4-14 شبیه سازی سیلاب ها در دوره واسنجی و اعتبارسنجی با نرم افزار GEP 4.3 106
4-15 شبیه سازی هریک از سیلاب ها در مرحله واسنجی و اعتبار سنجی نرم افزار GEP 4.3. 107
4-16 تغییرات شبیه سازی رسوب معلق سیلاب ها در ماه های مختلف با نرم افزار GEP 4.3. 109
4-17 شبیه سازی سیلاب با حداقل و حداکثر رسوب انتقالی با نرم افزار GEP 4.3 110
4-17-1 رسوب معلق سیلاب های ماه دی. 110
4-17-2 رسوب معلق سیلاب0های ماه بهمن. 110
4-17-3 رسوب معلق سیلاب0های ماه اسفند. 111
4-17-4 رسوب معلق سیلاب0های ماه فروردین. 111
4-18 شبیه سازی رسوب انتقالی هر سیل در ماه های مختلف با نرم افزار GEP 4.3 112
عنوان صفحه
4-18-4 رسوب در سیلاب های ماه های فروردین.. 114
4-19 برآورد متوسط رسوب انتقالی سیلاب ها در نرم افزارهای GEP 4.3 و HEC RAS 4.1 114
4-20- برآورد نسبت انتقال رسوب در نرم افزارهایHEC RAS 4.1 و GEP 4.3. 115
4-21- روش آنالیز حساسیت نرم افزارها. 116
4-21-1- حساسیت سنجی با دما در نرم افزار HEC RAS 4.1. 116
4-21-2- حساسیت سنجی با ضریب زبری مانینگ در نرم افزارهای HEC RAS 4.1 و GEP 4.3. 117
4-21-3 آنالیز حساسیت در نرم افزار GEP 4.3. 118
4-22 – ارزیابی مدل ها.. 119
4-23 – آزمون T Student 119
5- بحث و نتیجه گیری. 121
1-5- بازسازی رسوب در ایستگاه کشکان پلدختر. 121
5-2 توزیع سیلاب ها در ماه های مختلف. 121
5-3 نوع توزیع سیلاب ها. 121
5-4 کاربرد نرم افزارهای HEC RAS4.1 و GEP 4.3 در حوزه آبخیز کشکان 121
5-5 اجرای نرم افزارها. 122
5-6 انتقال رسوب سیلاب ها و تغییرات زمانی آن در حوزه آبخیز کشکان (ایستگاه کشکان پلدختر). 122
4-7 نتایج شبیه سازی رسوب نرم افزار HEC RAS 4.1. 123
5-8 نتایج شبیه سازی رسوب نرم افزار GEP 4.3. 124
5-9 انتقال رسوب سیلاب با حداکثر رسوب در مراحل واسنجی و اعتبارسنجی نرم افزار HEC RAS 4.1. 124
عنوان صفحه
5-10 نتایج شبیه سازی رسوب در مرحله واسنجی و اعتبارسنجی نرم افزار GEP 4.3 124
5-11 رسوب حداکثر و حداقل سیلاب ها در نرم افزار HEC RAS 4.1. 125
5-12 رسوب حداکثر و حداقل سیلاب ها در نرم افزار GEP 4.3. 125
5-13 تغییرات انتقال رسوب در ماه های مختلف. 125
5-14 نتایج بررسی متوسط انتقال رسوب. 127
5-15 نسبت تغییرات انتقال رسوب در ماه های مختلف. 128
5-16 نتایج ارزیابی و حساسیت سنجی مدل. 128
5-17 آزمون فرضیه ها. 130
5-18 پیشنهادات پژوهشی. 131
6- منابع………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..131
فهرست اشکال
موضوع ………………………………………… صفحات
2- کلیات و مرور منابع
شکل2-1- مراحل مختلف واسنجی دادهها در مدلسازی…………. 11
3-مواد و روشها
شکل3-1- موقعیت منطقه مورد مطالعه…………………… 62
شکل3-2- بازه مورد مطالعه در رودخانه کشکان…………… 72
شکل3-3- تعریف کلاسهای دانهبندی در نرمافزار HEC RAS 4.1 …. 73
شکل3-4- نمودار لارسن برای تعیین تابع ……………. 79
شکل3-4- نمودار روند اجرای مدل GEP 4.3………………… 83
شکل3-5- نمودار تجربی نسبت باربستر به بار معلق در رودخانهها 86
4-نتایج
شکل 4-1- منحنی سنجه رسوب برای تعیین بار معلق در ایستگاه هیدرومتری کشکان پلدختر…………………………………………. 91
شکل4-2- توزیع وقوع سیلاب د ردوره آماری………………. 91
شکل 4-3- نمودار تحلیل فراوانی حداکثر سیل در ایستگاه کشکان پلدختر 92
شکل4-4- منحنی دانهبندی بازه مطالعاتی در رودخانه کشکان…. 93
شکل 4-5- رسوب تجمعی سیلابهای دوره آماری با استفاده از نرمافزار HEC RAS 4.1………………………………………………. 94
شکل 4-6- رسوب معلق تجمعی سیلابها در دوره واسنجی و اعتبا سنجی HEC RAS 4.1 95
شکل 4-7- روند تغییرات رسوب معلق شبیه‌سازی و اندازهگیری سیلابها درواسنجی با HEC RAS 4.1 ……………………………………………………………………………………………………. 96
شکل 4-8- روند تغییرات رسوب معلق شبیه‌سازی و اندازهگیری سیلابها در اعتبارسنجی با HEC RAS 4.1……………………………………. 97
شکل 4-9- سیلاب با رسوب حداقل و حداکثر دوره آماری در نرمافزار HEC RAS 4.1 97
شکل 4-10- رسوب معلق تجمعی سیلابها در دی، بهمن، اسفند و فروردین با HEC RAS 4.1…………………………………………….. 99
شکل 4-11- نحوه شبیه‌سازی رسوب معلق سیلابهای ماه دی HEC RAS 4.1 100
شکل 4-12- نجوه شبیه‌سازی رسوب معلق سیلابهای ماههای بهمن با استفاده از HEC-RAS 4.1……………………………………………. 100
شکل 4-13- نجوه شبیه‌سازی رسوب معلق سیلابهای ماههای اسفند با استفاده از HEC-RAS 4.1……………………………………………. 101
شکل 4-14- نجوه شبیه‌سازی رسوب معلق سیلابهای ماههای فروردین با استفاده از HEC-RAS 4.1…………………………………………. 101
شکل 4-15- نحوه شبیه‌سازی حداقل(الف)وحداکثر(ب) رسوب معلق سیلابهای ماههای دی ، در نرمافزارHEC RAS 4.1……………………………………. 102
شکل 4-16- نحوه شبیه‌سازی حداقل(الف)وحداکثر(ب) رسوب معلق سیلابهای ماههای بهمن،در نرمافزارHEC RAS 4.1………………………………………………………………………………………… 102
شکل 4-17- نحوه شبیه‌سازی حداقل(الف) و حداکثر(ب)رسوب معلق سیلابهای ماههای اسفند در نرمافزار HEC RAS 4.1…………………………………….. 103
فهرست اشکال
موضوع ………………………………………… صفحات
شکل4-18-نحوه شبیه‌سازی حداقل(الف)وحداکثر(ب)رسوب معلق سیلابهای ماههای فروردین در نرمافزار HEC RAS 4.1…………………………………………………………………………………………… 103
شکل 4-19- رسوب معلق تجمعی سیلابها در دوره آماری با استفاده از نرمافزار GEP 4.3…………………………………………………………………………………………………………………… 105
شکل 4-20- سیلاب با حداقل و حداکثر رسوب معلق در نرمافزار GEP 4.3 106
شکل 4-21- مقایسه رسوب معلق شبیه‌سازی و اندازهگیری سیلابها در دوره واسنجی با نرمافزار GEP 4.3………………………………….. 107
شکل 4-22- مقایسه رسوب معلق شبیه‌سازی و اندازهگیری سیلابها در دوره اعتبارسنجی با نرمافزار GEP 4.3………………………………. 107
شکل 4-23-رسوب معلق تجمعی شبیه‌سازی واندازهگیری سیلاب در ماههای دی، بهمن، اسفندو فروردین بانرمافزار GEP 4.3……………………………… 108
شکل 4-24- مقایسه حداقل و حداکثر رسوب معلق شبیه‌سازی سیلابهای ماههای دی با نرمافزار GEP 4.3…………………………………. 109
شکل 4-25- مقایسه حداقل و حداکثر رسوب معلق شبیه‌سازی سیلابهای ماههای بهمن با نرمافزار GEP 4.3………………………………….. 110
شکل 4-26- مقایسه حداقل و حداکثر رسوب معلق شیهسازی سیلابهای ماه اسفند با نرمافزار GEP 4.3………………………………………………………………………………………… 110
شکل 4-27- مقایسه حداقل و حداکثر رسوب معلق شبیه‌سازی سیلابهای ماه فروردین با نرمافزار GEP 4.3………………………………….. 111
شکل 4-28- مقایسه رسوب معلق شبیه‌سازی و اندازهگیری سیلابهای ماههای دی با نرمافزار GEP 4.3………………………………………………………………………………………… 111
شکل 4-29- مقایسه رسوب معلق شبیه‌سازی و اندازهگیری سیلابهای ماههای بهمن با نرمافزار GEP 4.3 ……………………………………………………………………………………….. 112
شکل 4-30- مقایسه رسوب معلق شبیه‌سازی و اندازهگیری سیلابهای ماههای اسفند با نرمافزار GEP 4.3………………………………………………………………………………………….. 112
شکل 4-31- مقایسه رسوب معلق شبیه‌سازی و اندازهگیری سیلابهای ماههای فروردین با نرمافزار GEP 4.3………………………………….. 113
فهرست جداول
موضوع ………………………………………… صفحات
2- کلیات و مرور منابع
جدول 2-1- معیار معلق شدن دانههای رسوب در رودخانهها……. 28
3-مواد و روشها
جدول 3-1- شناسنامه فیزیوگرافی حوزه آبخیز کشکان……….. 63
4-نتایج
جدول 4-1- مقادیر میانگین مربعات خطا در مدلهای مورد بررسی. 90
جدول 4-2- نتایج رسوب تجمعی بارکل سیلابها دوره آماری با استفاده از نرمافزار HEC RAS 4.1………………………………………. 93
جدول 4-3- نتایج مربوط به رسوب تجمعی بارمعلق سیلابها با استفاده از نرمافزار HEC RAS 4.1………………………………………. 94
جدول 4-4- نتایج مربوط به رسوب تجمعی سیلابها با استفاده از نرمافزار GEP 4.3……………………………………………………………………………………………………………………….. 104
جدول 4-5- پارامترهای بهینه مدل GEP 4.3 ………………………………………….. 104
جدول 4-6- متوسط رسوب انتقالی در ماههای مختلف در زمان سیلابها با نرمافزارهای GEP 4.3 و HEC RAS 4.1………………………………………….. 114
جدول 4-7- نسبت انتقال رسوب معلق تجمعی ماهها با نرمافزارهای HEC RAS 4.1 و GEP 4.3…………………………………………………………………………………………………………………… 115
جدول 4-8- تاثیر دما بر روی شبیه‌سازی رسوب با رابطه لارسن در نرمافزار HEC RAS 4.1……………………………………………. 116
جدول 4-9- تعیین ضریب زبری مانینگ و شبیه‌سازی رسوب در مدل HEC RAS 4.1 116
جدول 4-10- تعیین ضریب زبری مانینگ و شبیه‌سازی رسوب در مدل GEP 4.3 117
جدول 4-11- آنالیز حساسیت در نرمافزار GEP 4.3……………………………… 117
جدول 4-12- صحت سنجی مدلهای HEC RAS 4.1 و GEP 4.3 در سیلابهای دوره آماری 118
جدول 4-13- نتایج آزمون…………………………… 118
فصل اول
مقدمه و بیان مسئله
1-مقدمه و بیان مسئله
1-1-مقدمه
یکی از اهداف مهم در مهندسی منابع آب، افزایش منافع و کاهش خسارات ناشی از جریان در رودخانههاست. کنترل و کاهش خسارات وارده ناشی از سیلاب، رسوبگذاری و فرسایش به آبراههها، اراضی کشاورزی و سازههای آبی مستلزم این است که فرآیند فرسایش، انتقال رسوب و تهنشینی مواد رسوبی مورد مطالعه کامل قرار گیرد. با توجه به اینکه در رودخانهها همواره فرسایش و انتقال رسوب صورت میگیرد، پدیده انتقال رسوب از جمله فرایندهای هیدرودینامیکی مهمی است که بسیاری از سازههای رودخانهای و تاسیسات عمرانی را تحت تأثیر قرار می‌دهد و به عنوان یکی از بزرگترین مشکلات بهرهبرداری از منابع آبهای سطحی در جهان مطرح میباشد. آگاهی از میزان مواد جامد رسوب که توسط جریان، حمل یا ترسیب میگردد جزو اطلاعات لازم و اولیه هر پروژه آبی و یکی از عوامل مهم تصمیمگیری در مورد احداث سازههای آبی در رودخانهها میباشد. برای تعیین مقدار ذرات معلق، معمولا گلآلودگی جریان را در زمانهای مختلف در طول سال و طبق برنامهای مشخص در محل ایستگاههای رسوبسنجی اندازهگیری میکنند. Brushkeh et al (2004) بیان داشت، برای برآورد غلظت رسوب رودخانه در سایر اوقات، با استفاده از دادههای غلظت و دبی جریان متناظر با آن منحنی سنجه رسوب ترسیم میشود. بنابراین از تلفیق این منحنی و منحنی تداوم جریان، بار معلق رودخانهها در طول دوره آماری برآورد میشود. بنا به نظر(2003) Verstraeten et al آگاهی از مقدار تولید رسوب حوزه آبخیز و بررسی رسوبدهی رودخانهها در شناسایی مناطق بحرانی اهمیت زیادی دارد. همچنینTurner et al (1990) بیان می‌کند، در بسیاری از مناطق فرسایش خاک باعث تخریب غیرقابل بازگشت اراضی شده و بر پایداری اکوسیستمها تأثیرات منفی میگذارد، از طرف دیگر در مقیاس جهانی تغییرات محیطی- انسانی موجب افزایش فعالیت فرآیند زمین ریختی و جریانهای رسوبی در قسمتهای زیادی از جهان شده است. به عقیده(2002) Horwitz هیدرولوژیستها در صورت کمبود دادههای غلظت رسوب معلق، از منحنیهای سنجه برای پیشبینی و برآورد غلظت رسوب معلق جریانها استفاده میکنند.
بررسی شاخصهای آماری رسوبدهی حوزه آبخیز یکی از روشهای بررسی تغییرات زمانی رسوب است. به طوری که محققین زیادی سعی کردهاند این شاخصها را با تغییرات فیزیکی حوزه آبخیز ارتباط دهند. تشدید فرآیند فرسایش خاك و فزونی رسوبات، به عنوان دو محرك تنش زا، مهمترین تهدید برای منابع آب و خاک به حساب می آیند. بر این اساس در پژوهشهای رسوبدهی آبخیزها به مطالعه غلظت رسوب معلق توجه خاصی شده است . زیرا بار معلق شاخصی از رسوبدهی کل سطح آبخیز است، و علاوه بر این، بر اثر شستشوی اراضی حاصل خیز بالادست و رودخانه شکل می گیرد (صادقی و همکاران، 1384). مواد معلق موجود در آب رودخانهها بسته به غلظت و انرژی جریان، در زمانها و در نقاط مختلفی از مسیر رودخانه تهنشین میشوند. اطلاع از مقدار رسوب در زمانهای مختلف در یک رودخانه در برنامهریزیها و طرحهای پهنهبندی سیل و ساماندهی رودخانه حائز اهمیت است. در ایستگاههای رسوبسنجی کشور آماربرداری رسوب به صورت تصادفی و فقط در برخی رگبارهای شدید انجام شده و هیچ گونه ارزیابی از الگوی توزیع زمانی رسوب در رگبارها و وقایع بارندگی صورت نمیپذیرد. از طرف دیگر برداشت نمونه‌های آب و رسوب در فواصل معین زمانی و ترسیم آب نمود و رسوبنگار همه رگبارها مستلزم صرف انرژی و هزینه زیاد بوده که انجام مداوم آن را غیر ممکن می‌سازد. از این رو توسعه مدلهایی که بتوانند تغییرات زمانی رسوب را برای رسم رسوبنگار و اندازهگیری مقدار کل رسوب حاصل از رگبار ارائه نمایند ضرورتی اجتنابناپذیر استDas et al (1990) ؛ صادقی و همکاران (1384). مطالعه و بررسی منحنیهای سنجه رسوب خود راهی در جهت شناخت و کنترل عوامل مؤثر بر سیل و سیلخیزی بوده که نهایتاُ میزان خسارات احتمالی ناشی از سیل را کاهش می‌دهد.
1-2 بیان مسئله
یکی از مسایل مهم در حوزه آبخیز کشکان وقوع سیلابهای بزرگ با حجم رسوب انتقالی زیاد است، که هر ساله موجب خسارتهای بیشماری در زمینه انتقال رسوب و رسوبگذاری، پیامدهایی چون ایجاد جزایر رسوبی در مسیر رودخانه، کاهش عمر مفید سدها و ظرفیت ذخیره مخازن، خوردگی تاسیسات سازههای آبی، وارد شدن خسارات به مزارع، رسوبگذاری در کف کانال و بسیاری مسایل و مشکلات دیگر را در بر دارد. آگاهی از چگونگی توزیع زمانی رسوب در طول یک سیلاب به دلیل مشکلات حاصل از وقوع این پدیده در زمینه برنامهریزیهای مربوط به کاهش خسارات ناشی از سیلاب و رسوب انتقالی در زمینههای مختلف خواهد شد. در این راستا منحنیهای رسوب برای تجزیه و تحلیل روابط متقابل مواد رسوبی و سازههای مؤثر کنترل رسوب از جمله مخازن سدها دارای اهمیت ویژهای میباشند. با دانستن تغییرات زمانی رسوب در طول رگبارها امکان مدیریت بهتر و جامعتر حوزههای آبخیز مهیا میگردد. در حال حاضر، مسائل مربوط به خوردگی سازههای کنترلی و رسوبگذاری درصد قابل توجهی از درآمد سرانه کشورهای مختلف را به خود اختصاص می‌دهد (بهرنگی، 1388). همچنین تولید رسوب در دراز مدت اثرات نامطلوبی بر کیفیت و ساختمان خاک در زمینه کشاورزی و اقتصاد آن، کیفیت آبهای زیرزمینی و سطحی در زمینه آب آشامیدنی و صنعت، آلودگیهای زیست محیطی خواهد داشت.
1-3 اهداف تحقیق
تحقیق حاضر به منظور دست‌یابی به اهداف زیر انجام خواهد گرفت:
بررسی تغییرات زمانی منحنی سنجه رسوب در مواقع سیلاب جهت مقایسه رسوب برآوردی حاصل از نرم افزارهای 4.3 GEP و HEC-RAS4.1 با رسوب اندازهگیری شده ایستگاه رسوبسنجی کشکان پلدختر.
2 . ارائه روشی جهت پیشبینی بهتر رسوب معلق در رودخانه کشکان پلدختر.
1-4 فرضیات تحقیق
