فرایند مسلح شدن بستر از آن جهت حائز اهمیت است که ترازکاهی بستر را تحت تأثیر خود قرار می دهد. فرایند ترازکاهی باعث ناپایداری رودخانه ها شده و این ناپایداری باعث تغییراتی در خصوصیات هیدرولیکی و مورفولوژیکی رودخانه می شود چنانچه جلوی این تغییرات گرفته نشود خسارات زیادی را موجب می شود. فرایند ترازکاهی سالانه خسارات زیادی به سازه های احداث شده بر روی رودخانه ها وارد می کند. از این جهت شناسائی میزان ترازکاهی و فرایند مسلح شدن بستر امری ضروری به نظر می رسد تا در هنگام طراحی سازه ها تدابیر مناسب برای مقابله با آن اتخاذ شود. هدف از این تحقیق توسعه مدلی تحلیلی است که تغییرات دانه بندی، تراز و شیب بستر را در شرایط سیلابی در حین فرایند مسلح شدن بستر محاسبه می کند. به دست آوردن جواب های تحلیلی برای معادلات تغییر تراز بستر، کاری بسیار دشوار و اغلب غیر ممکن است. با وجود این اگر فرض شود که جریان شبه پایدار می باشد، با ساده سازی های انجام شده، حل تحلیلی این معادلات ممکن خواهد بود. در این مدل، غیر یکنواختی ذرات نیز با استفاده از تابع پنهان شدگی در نظر گرفته شده است. در این تحقیق با استفاده از حل معادلات حاکم، متغیرهای مجهول شامل پارامترهای هیدرولیکی جریان، توزیع دانه بندی، شیب، تراز سطح و بار بستر رودخانه در هر زمان از شروع سیلاب به دست می آید. در رساله پیش رو با در نظر گرفتن غیر یکنواختی مواد بستر، غیر دائمی بودن جریان و در نظر گرفتن رسوبات ورودی از بالادست بازه شرایط واقعی رودخانه شبیه سازی شده است. در نهایت مدل، با داده های آزمایشگاهی در شرایط سیلابی و غیر سیلابی و همچنین با مدلی تحلیلی مقایسه شده است. نتایج حاصل از مدل نشان می دهد که در حین فرایند مسلح شدن، مواد بستر رودخانه درشت دانه تر می شوند. قابل ذکر است با وجود درشت دانه شدن بستر، تمامی اندازه ذرات موجود در بستر اولیه در بستر مسلح نیز با درصد حجمی متفاوت وجود دارند. همچنین مقایسه معادلات مختلف باربستر نشان می دهد که معادله meyer-peter and muller (1948) قابلیت بیشتری از خود در مقایسه با سایر معادلات، در شبیه سازی بار انتقالی روند تغییرات آن در بسترهای شنی نشان داده است. پس از صحت سنجی و تحلیل حساسیت مدل با داده های آزمایشگاهی، در نهایت تأثیر شکل هیدروگراف (متقارن و نامتقارن) بر تغییرات بستر رودخانه بررسی شده است.

رودخانه ها و نهرها زهکش طبیعی حوضه ی آبریزشان بوده، و معمولا به عنوان یک سیستم پویا شناخته شده اند؛ به این معنی که بطور مداوم در حال تغییرند. یکی از این تغییرات، فرسایش کناره های رودخانه هاست که می تواند دلایل متعددی از قبیل بالا و پایین رفتن سطح آب رودخانه، کشتیرانی، تغییرات جوی، بالا آمدن سطح آب زیرزمینی، نفوذ آب بارندگی یا آب ناشی از زهکش های کشاورزی، زهکشی زمین های اطراف رودخانه، جریان های زیر سطحی و غیره داشته باشد. فرسایش رودخانه ها در پی فرآیند مستمر عوامل فیزیکی و هیدرولیکی صورت می گیرد و باید توجه داشت که نوع، درجه و نرخ فرسایش، به شدت عوامل موثر در فرسایش و توانائی حمل ذرات خاک توسط نیروهای فرساینده از یک طرف و مقاومت مصالح بستر و کناره در مقابل نیروهای محرک از طرف دیگر، بستگی دارد. از بین فرسایش کناره، فرایند فرسایش نشتی یا زیرسطحی است که موجب زیرشویی در لایه ی نفوذپذیر کناره ی قرار گرفته شده در بین دو لایه ی نفوذناپذیر و ریزش توده ای لایه بالایی و شکست کناره می شود. فرسایش کناره ی رودخانه و رسوب سازی مربوطه و خطرهای از دست رفتن زمین ها یک مسئله ی مدیریتی منابع با اهمیت جهانی است. مسائلی همچون تغییرات جانبی رودخانه، در اثر فرایندهای فرسایش کناره هزینه های سنگینی را با عنوان اقدامات پایدار سازی کناره در بردارد. این فرایند از عوامل پیچیده در تغییر مورفولوژی رودخانه هاست. این نوع از فرسایش کناره پیامدهای رسوبی نامطلوبی را در پائین دست یک سیستم رودخانه به جای می گذارد ولی تشخیص رخداد آن در اغلب موارد امری پیچیده و مشکل است، هر چند اهمیت این نوع از فرسایش در سدهای خاکی و خاکریزها بسیار مورد توجه بوده و همواره پایش می شود ولی علیرغم فراگیر بودن آن در اکثر نقاط جهان، در زمینه کناره های رودخانه و اثرات آن در تغییر مورفولوژی آبراهه ها کمتر مورد توجه محققین بوده است. با وجود اینکه چنین مواردی در مجاورت لوله ها در سدها و کناره ی رودخانه ها و ترک های موجود در کناره های رودخانه ها و سدهای خاکی، قرارگیری یک سازه ی متقاطع در دیوار ه ی رودخانه تا کنون مطالعه نگردیده است. هدف این مطالعه بررسی این نوع فرسایش در حالت بدون لوله و با لوله ی متقاطع در دیواره ی رودخانه بوسیله ی مطالعات آزمایشگاهی می باشد. در تحقیق حاضر کناره رودخانه در یک فلوم آزمایشگاهی جهت بررسی فرسایش درونی و اندازه گیری وزن رسوب زیرشویی شده و عمق حفره ی تشکیل شده بعد از زیرشویی شبیه سازی شد. فرسایش نشتی در دو حالت با وجود لوله ی مدفون و بدون وجود لوله در لایه ی ماسه ای کناره ی رودخانه با نفوذپذیری بالا بین دو لایه با نفوذپذیری پایین بررسی شد. عمق چاله ی آبشستگی ناشی از این فرسایش در اطراف لوله در طول زمان و در گرادیان های هیدرولیکی مختلف اندازه گیری شد. با توجه به نتایج مشاهده شده چند رابطه ی تجربی جهت برآورد طول آبشستگی بی بعد کناره در اثر نشت پیشنهاد گردید. همچنین مشاهده شد که افزایش تراز، بزرگ شدن متوسط قطر ذرات لایه ی ماسه و وجود لوله عدد رینولدز و تلاطم جریان نشتی را افزایش داده و در نتیجه باعث افزایش فرسایش می شود.

فرآیندهای فرسایش و رسوبگذاری در رودخانه ها در واقع پاسخ به اختلال های ایجادشده در مشخصات هیدرولوژیک و مورفولوژیک آن ها می باشد، لذا این اختلال ها باید شناسایی شده تا در صورت امکان، بازسازی شوند. فرسایش کناره رودخانه، یکی از انواع بسیارمهم فرسایش در رودخانه ها است. با رخداد این پدیده عرض رودخانه تغییر یافته و در نتیجه ابعاد مقطع عرضی خودبه-خود تغییر می کند که این به نوبه خود بر روی رژیم رودخانه تاثیر بسزایی می گذارد. بنابراین فرسایش کناره می تواند یکی از عوامل تعیین کننده رژیم رودخانه باشد. لذا شناخت هر چه دقیق تر این پدیده در رودخانه ها از اهمیت بسزایی برخوردار است. فرسایش درونی یکی از مکانیزم های فرسایش کناره می باشد. در این پدیده جریان زیرسطحی از میان لایه های نفوذپذیر انتقال یافته، ذراتی از مصالح لایه ی نفوذپذیر دچار فرسایش شده و ترک در لایه ی رویی در کناره ی رودخانه ایجاد می شود. پژوهشگران متعددی به منظور بررسی فرسایش درونی در رودخانه های آبرفتی، مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی متعددی را انجام داده اند. در اغلب این آزمایش ها، شیب کناره به صورت قائم در نظر گرفته شده است و اندک مطالعاتی با درنظرگرفتن کناره ی شیب دار انجام پذیرفته است. همچنین در اکثر تحقیقات به عمل آمده، فرسایش درونی در لایه های آبرفتی افقی مورد مطالعه قرار گرفته است و در موارد انگشت شماری این بررسی محدود به تاثیر شیب در لایه های آبرفتی با کناره قائم شده است. از این رو.در تحقیق حاضر سعی شده است تا قسمتی از کاستی های پژوهش های قبلی که مورد بررسی قرار نگرفته و در شرایط طبیعی رودخانه ها رخ می دهد، مورد بررسی قرار گیرند. با توجه به مطالعات انجام شده و با در نظر گرفتن اهداف مورد نظر در این پژوهش، مطالعه آزمایشگاهی برای مطالعه ی جنبه های مختلف شیب کناره و شیب لایه های آبرفتی در رودخانه ها در دو مرحله درآزمایشگاه انجام گردید. در مرحله ی اول، 9 آزمایش به منظور بررسی اثر شیب کناره بر فرسایش درونی رودخانه های آبرفتی در حالت لایه ی افقی و در مرحله ی دوم، 9 آزمایش به منظور بررسی اثر شیب کناره بر فرسایش رودخانه ها در حالت شیب دار لایه های آبرفتی انجام گردیده است.دو حالت ذکرشده در سه رنج متفاوت دانه بندی انجام شده است. جهت انجام آزمایش ها یک فلوم آزمایشگاهی به طول 50 سانتی متر، عرض 20 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی متر تعبیه شد.فلوم آزمایشگاهیمورداستفاده شامل دو مخزن خاک و آب می باشد که دو مخزن خاک و آب توسط یک صفحه ی مشبک پلکسی به هم مرتبط شده اند. نمونه ی شبیه سازی شده در فلوم شامل سه لایه بود، لایه ی زیرین، رس با ارتفاع 5 سانتی متر و نفوذپذیری پایین بوده است. لایه ی میانی، ماسه به ارتفاع 10 سانتی متر با سه دانه بندی متفاوت می باشد. لایه ی رویی، خاک محل به ارتفاع 15 سانتی متر در نظر گرفته و در مخزن قرار داده شد. آب از طریق شیر ورودی وارد مخزن آب می‏شد و از طریق صفحه ی مشبک به داخل نمونه نفوذ می کرد. در هر آزمایش به مدت 30 دقیقه ارتفاع آب در سطح معینی ثابت نگه داشته می شد تا در مدت مذکور پدیده های احتمالی مشاهده و اندازه گیری گردد. تمامی آزمایش ها تا زمانی ادامه داشت که لایه ی ماسه دچار فرسایش گردد و ترک کششی در لایه ی رویی ایجاد شود. نتایج آزمایش ها نشانگر این امر بودند که با افزایش شیب کناره ی رودخانه، از میزان طول حفره ی آبشستگی، گرادیان هیدرولیکی ، عدد رینولدز و پارامتر انتقال رسوب کاسته می گردد. همچنین با کاهش شیب لایه های آبرفتی، بر میزان پارامتر انتقال رسوب، طول پسروی، گرادیان هیدرولیکی و عدد رینولدز افزوده می گردد. با استفاده از روش حداقل مربعات، رابطه تجربی مناسبی برای برآورد طول حفره ی آبشستگی پیشنهاد شد. مقایسه نتایج تحقیق حاضر با داده های اندازه گیری شده توسط سایر محققین، نشان دادند که رابطه از دقت نسبتاً مناسبی برخوردار است.

مورفولوژی مجاری آبرفتی و به ویژه برقراری تعادل دینامیکی پایدار (رژیم) در یک رودخانه از موضوعات مهم و جذاب در مهندسی رودخانه است. مطالعات آزمایشگاهی و صحرایی بسیاری به منظور درک و دریافت ارتباط بین متغیرهای موثر بر هندسه رودخانه های آبرفتی صورت گرفته است. اغلب روش ها و راه حل های به کار رفته به صورت تجربی و مفهومی می باشد و تلاش محدودی برای دست یابی به روش های منطقی و تحلیلی بررسی رفتار رودخانه و هندسه هیدرولیکی مقطع پایدار، انجام شده است. تحقیق حاضر با هدف ارزیابی تغییرات کاربری اراضی حاشیه رودخانه بر روی تغییرات پارامترهای هندسه هیدرولیکی مقطع شامل عرض و عمق رودخانه انجام شده است. بدین منظور مدل تحلیلی موسوم به مدل رژیم منطقی، به کار رفته است که در آن دست یابی به پارامترهای هندسه هیدرولیکی مقطع پایدار رودخانه (عرض و عمق) با کمی نمودن عوامل کنترل کننده مقطع و ارضاء روابط و معادلات حاکم بر رودخانه، صورت می گیرد. این مدل در رودخانه های با مقطع عرضی به صورت ذوزنقه با کناره های فوقانی قائم قابل استفاده است. این شکل مقطع، منطبق با شرایط رسوب شناختی کناره در بازه هایی است که کناره های تحتانی از رسوبات غیرچسبنده با خصوصیات ایستایی مشابه رسوبات بستر و کناره های فوقانی از مواد ریزدانه مسلح شده با ریشه های پوشش گیاهی کناره می باشد. از آنجا که عرض و عمق مقطع پایدار رودخانه تحت شرایط پایداری کناره ها حاصل می شود، بنابراین مقاومت کناره به عنوان یک عامل اساسی و مهم در تشکیل هندسه پایدار رودخانه، در مدل وارد شده است. مقاومت کناره رودخانه از دو مولفه شامل خصوصیات ایستایی ذرات رسوب (?) و چسبندگی (c) تشکیل شده است که در مدل مورد نظر، پارامتر ? در آنالیز پایداری کناره تحتانی و چسبندگی موثر در آنالیز پایداری کناره فوقانی به کار رفته اند. به منظور توسعه مدل، اثر پوشش گیاهی در قالب پارامتر h (حداکثر ارتفاع پایدار کناره که معادل عمق ریشه پوشش گیاهی می باشد) به صورت کمی درآمده است. در این تحقیق تاثیر تغییر کاربری اراضی حاشیه رودخانه گرگان رود بر روی مقطع پایدار آن از طریق تأثیر بر روی مقاومت کناره مورد بررسی قرار گرفته است که نتایج تحقیق، تعریض و ترازافزایی رودخانه را به دنبال تغییرات کاربری مرتع به مسکونی، مرتع به کشاورزی و کشاورزی به مرتع، نشان داد. با تغییرکاربری از کشاورزی به مرتع، ترازکاهی و کاهش عرض نتیجه می شود که نتایج مدل پس از واسنجی، توافق خوبی را با مشاهدات صحرایی نشان می دهد

هدف از این تحقیق بررسی دبی غالب در رودخانه های فصلی حوضه قره قوم استان خراسان رضویی می باشد. تفسیر مفهوم دبی غالب در رودخانه های مناطق خشک اغلب مورد سوال است و در رژیم هیدرولوژیکی بسیاری ازاین دسته از رودخانه ها، تفاوت زیادی بین دبی زیاد و کم جریان وجود دارد و ناپیوستگی زمانی مکانی در عملکرد فرآیندها سبب شده تعریف دبی شکل دهنده و شکل تعادلی رودخانه سخت باشد، در این تحقیق با استفاده از چند روش به محاسبه دبی غالب در 10 ایستگاه این منطقه پرداخت شد، در نهایت دبی موثر حاصل از فاصله دسته لگاریتمی با دوره بازگشت میانگین 5 ساله به عنوان دبی غالب این دسته از رودخانه ها انتخاب شد.

بررسی چگونگی حرکت و جابه جایی مواد رسوبی در رودخانه ها و توزیع دانه بندی مواد بستر، همواره از چالش های مهندسین رودخانه بوده است. پدیده مسلح شدن بستر رودخانه پدیده ای قابل توجه در حیطه مسائل انتقال رسوب در رودخانه ها است . در اثر فرآیند مسلح شدن، در بستر رودخانه ها، لایه ای از ذرات درشت بر روی لایه ای از ذرات ریزتر قرار می گیرد و در این حالت نوعی تعادل در بستر رودخانه به وجود می آید . مکانیسم اساسی در فرآیند مسلح شدن، تغییر در ترکیبات دانه بندی بستر رودخانه است، بنابراین هدف مدل های ارائه شده برای توضیح پدیده مسلح سازی پیش بینی ترکیبات دانه بندی سطح بستر است. در رساله پیش رو مدلی تحلیلی برای پیش بینی دانه بندی بستر مسلح و عمق فرسایش بستر در حین فرآیند مسلح شدن ارائه شده است. در مدل مزبور با استفاده از معادلات حاکم بر جریان، معادله پیوستگی رسوب و معادلات بار بستر دستگاهی از معادلات تشکیل شده است. دستگاه معادلات بدست آمده به صورت تحلیلی مورد حل قرار گرفته است. جهت حل تحلیلی معادلات، فرضیاتی در نظر گرفته شده که در بازه های زمانی و مکانی کوتاه صادق است. از این رو حل تحلیلی معادلات در یک بازه زمانی کوتاه جایگزین منفصل سازی معادلات دیفرانسیل حاکم بر پدیده شده و جواب های بدست آمده برای هر گام به عنوان شرایط ورودی برای گام زمانی بعد بکار رفته است. به این ترتیب الگوریتمی نوشته شده که برای آن برنامه ای کامپیوتری ترتیب داده شده است. الگوریتم حاصل قادر است، تغییرات دانه بندی بستر رودخانه را در حین تکامل تا رسیدن به بستر مسلح و نیز عمق فرسایش، طی این فرآیند را پیش بینی نماید. فرضیات محدود کننده اعمال شده بر این مدل شامل پایداری جریان و یکنواختی مورفولوژی در طول بازه مورد بررسی است . در نهایت مدل مزبور به کمک نتایج آزمایشگاهی و نرم افزار مرجع gstar-1d کالیبره شده است. نتایج حاصل از مدل با سایر مدل های تحلیلی موجود نیز مقایسه شده اند. نتایج بدست آمده تطابق قابل قبولی با داده های آزمایشگاهی و نرم افزار gstar-1d دارند و مدل نسبت به سایر مدل های تحلیلی موجود نتایج قابل قبول تری بدست می دهد.