مدل تصادفی پیش بینی عمق چاله فرسایشی بر اساس تغییرات مورفولوژی رودخانه ها

مدلهای ریخت شناسی رودخانه به منظور فراهم آوردن یک بینش فیزیکی نسبت به واکنشهای ریخت شناسی و کمک به مهندسین رودخانه در مدیریت، طراحی و بهره برداری سیستمهای رودخانه، طراحی می شوند. در این راستا مدلهای قطعی بدلیل ساختار تصادفی و دینامیکی سیستم رودخانه ضعیف عمل می کنند، بخصوص که این مدلها نمی توانند شکل دقیق بستر رودخانه، بویژه رودخانه شریانی را به دلیل تغییرپذیری بستر رودخانه و نوسانات در هندسه مقطع عرضی، پیش بینی کنند. از آنجا که شیوه مدل تصادفی، تغییرپذیری رفتار سیستم رودخانه را با زمان رسیدگی می کند بنابراین ضرورت مدلسازی تصادفی تغییرات ریخت شناسی رودخانه ها و نوسانات بستر رودخانه لازم بنظر می رسد. مورفولوژی بسیاری از رودخانه های جهان دستخوش یک سری از تغییرات وسیع شده که هم زمان توسعه آبشستگی موضعی رودخانه یک مسئله مهم در مهندسی رودخانه شده است. تغییرات مورفولوژی رودخانه در دو بازه شریانی و مئاندری به ترتیب توسط دو پارامتر شریانی و ضریب مارپیچی قابل ارزیابی می باشد، بدین صورت که کاهش پارامتر شریانی با افزایش تمرکز و قدرت جریان، افزایش ضریب مارپیچی با کاهش شعاع انحنا همراه است در نتیجه آبشستگی موضعی توسعه پیدا می کند. از طرفی تغییرات تراز بستر رودخانه در یک مقطع عرضی می تواند با مشخصه هایی از قبیل میانگین، انحراف معیار، ضریب چولگی و فاکتور یکنواختی تغییرات تراز بستر در عرض رودخانه نسبت به یک سطح مبنا سنجیده شود. آبشستگی موضعی ناشی از تغییرات مورفولوژی رودخانه همچنین توسط مشخصه های آماری فوق بیان می شود. توسعه آبشستگی موضعی با کاهش میانگین تراز بستررودخانه ، افزایش انحراف معیار و کاهش ضریب چولگی همراه است . با کاهش فاکتور یکنواختی، چاله فرسایشی هم درجهت عمقی و هم در جهت افقی توسعه پیدا می کند (مانند حالتی که در رودخانه شریانی پارامتر شریانی کم می شود). در مقابل با افزایش ضریب یکنواختی، چاله فرسایشی در جهت افقی توسعه پیدا نمی کند و تنها حداقل تراز بستر رودخانه عمیقتر می شود (مانند حالتی که در رودخانه مئاندری ضریب پیچشی زیاد می شود). بنابراین حداقل تراز بستر رودخانه بر اساس مشخصه های آماری میانگین، انحراف معیار، ضریب چولگی و فاکتور یکنواختی تغییرات تراز بستر در عرض رودخانه نسبت به یک سطح مبنا در آینده با ارائه یک مدل آماری (رگرسیونی) که در آن حداقل تراز بستر رودخانه به عنوان متغیر وابسته و مشخصه های آماری مذکور به عنوان متغیرهای مستقل عمل می کنند قابل پیش بینی است. از آنجائی که روند تغییرات مقـطع عرضی رودخانه معمولاً در نتیجه تغییرات دبی جریان و یا بار رسوب ورودی از حوضه آبخیز و یا ناشی از طرح های موجود در رودخانه می باشد، علاوه بر این شیـب بستـر رودخانـه از عوامل بسیـار مهـم در تغییـر مرفولوژی رودخانـه اسـت. لذا جهت بررسی ارتباط آبشستگی بستر رودخانه شریانی با تغییر ریخت شناسی، یک مدل تصادفی براساس چهار پارامتر تراز بستر رودخانه، حداکثر دبی جریان، حداکثر دبی رسوب و شیب رودخانه، ارائه شده است که در آن، به منظور مدلسازی سری زمانی حداکثر جریان ماهانه و پیش بینی مقدار و زمان وقوع آن از مدل استوکستیکی arima و برای برآورد دبی رسوب از روشهای بگنولد، مییر-پیتر و انیشتین برون استفاده شده است. مطالعه موردی بر روی داده های استخراج شده از رودخانه yahagiاز کشور ژاپن انجام یافته است. مقایسه نتایج حاصل از مدل تصادفی با داده های واقعی نشان می دهدکه اگر برآورد بار بستر با روش بگنولد صورت گیرد، مدل به خوبی می تواند با پیش بینی مقطع عرضی رودخانه شریانی و بدنبال آن پیش بینی عمق آبشستگی بستر رودخانه در چندین سال متوالی، تغییرات ریخت شناسی رودخانه شریانی را پیش بینی کند. سیر نزولی مقادیر پیش بینی شده عمق آبشستگی بستر بیانگر تغییر مورفولوژی رودخانه yahagi در ایستگاه yonezu از حالت شریانی به مئاندری می باشد.