برآورد ظرفیت انتقال رسوب رودخانه ها با استفاده از مدل ریاضی شبه دوبعدی

سابقه و هدف: تخمین مناسب دبی جریان و رسوب در رودخانه ها به عنوان اطلاعات پایه برای بسیاری از طرح ها و پروژه های مهندسی رودخانه دارای اهمیت است. تاکنون از رابطه دبی-اشل و منحنی سنجه رسوب به عنوان ابزار اصلی محاسبه این دو پارامتر استفاده شده است. با وجود اهمیت بسیار زیاد دبی جریان در محاسبات هیدرولیک رودخانه ها، تاکنون روش و مدل ریاضی خاصی منظور تعیین دبی ارائه نشده و کماکان مهم ترین روش محاسبه دبی جریان، اندازه گیری سرعت در عرض رودخانه و سپس انتگرال گیری از توزیع سرعت است. اندازه گیری میدانی توزیع سرعت در رودخانه ها کاری زمان بر و پرهزینه بوده و در شرایط وقوع سیلاب، بسیار خطرناک خواهد بود (5). بر خلاف دبی جریان، برای محاسبه رسوب معلق و کل رودخانه ها، روش ها و مدل های ریاضی زیادی توسط محققین پیشنهاد شده است (4، 8، 26). اغلب مدل های ریاضی محاسبات رسوبی دارای تئوری و مبانی پیچیده ای بوده و به داده های ورودی زیادی نیز نیاز دارند. با توجه به شرایط خاص رودخانه های کشور و عدم وجود داده های هیدرولیکی و رسوبی مناسب، ضروری است راه حل ها و راهکارهای مناسبی پیشنهاد شوند. یکی از راهکارهای مناسب در این زمینه، استفاده از مدل های ریاضی شبه دوبعدی است (9، 10، 11، 28). شیونو و نایت (1991) با ارائه یک مدل شبه دوبعدی توزیع عرضی سرعت، محاسبه دبی جریان در رودخانه های سیلابی را با دقت قبولی امکان پذیر نمودند (24).مواد و روش ها: در این پژوهش برای استفاده کاربردی از مدل های ریاضی در محاسبات همزمان هیدرولیک جریان و رسوب، از یک مدل ریاضی شبه دوبعدی برای محاسبه دبی جریان و ظرفیت حمل رسوب استفاده شده و در ایستگاه هیدرومتری ملاثانی در رودخانه کارون واسنجی و صحت سنجی شده است. برای شبیه سازی حمل رسوب در این رودخانه، از سه رابطه تجربی انتقال رسوب شامل انگلوند-هانسن (1967)، ایکرز-وایت (1973) و یانگ (1979) استفاده شده است. تعداد اندک داده های ورودی مدل پیشنهادی این پژوهش، مزیت مهم آن نسبت به مدل های ریاضی پیچیده دو و سه بعدی است. یافته ها: نتایج این پژوهش نشان داد که رابطه دبی-اشل بدست آمده از این مدل در مراحل واسنجی و صحت سنجی به ترتیب دارای متوسط خطای نسبی حدود 4/2 و 4 درصد است که برای رودخانه عریضی مثل کارون قابل قبول است. همچنین مشخص شد که از بین روابط تجربی مورد استفاده برای برآورد انتقال کل رسوب در این پژوهش، رابطه یانگ در محدوده دبی-های پایین جریان (کوچکتر از 800 مترمکعب بر ثانیه) دارای کارایی مناسب تری است. این در حالی است که روابط رسوبی انگلوند-هانسن و ایکرز-وایت در محدوده دبی های پایین جریان، برآورد کمتری از واقعیت ارائه کرده اما در دبی های بالا (بزرگتر از 1000 مترمکعب بر ثانیه) نتایج بهتری نشان می دهند. نتیجه گیری: با توجه به اهمیت فراوان انتقال رسوب در شرایط سیلاب، استفاده از روابط انگلوند-هانسن و ایکرز-وایت در این شرایط در ایستگاه ملاثانی منطقی تر بوده و نتایج قابل قبول تری خواهند داشت.