مدل بهینه‌‌سازی طراحی ابعاد آبشکن‌های رودخانه‌ای و نقش آن در پایدارسازی مورفولوژیکی رودخانه

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 کارمند شرکت بین المللی ارسا ساختمان

2 استادیار دانشگاه صنعت آب و برق عباسپور

3 استادیار پردیس فنی دانشگاه شهید عباسپور

چکیده

آبشکن‌ها‌ سازه‌هایی‌ عرضی‌ هستند که‌ در کناره‌ رودخانه‌ها اجرا شده و باعث انحراف‌ آب از محل‌ کناره‌ها می‌شوند. مدل بهینه‌سازی آبشکن‌ها که در این مقاله ارائه شده است، متشکل از سه زیرمدل مورفولوژیکی، طراحی و بهینه‌سازی است. برای بررسی پایداری رودخانه از زیرمدل مورفولوژیکی استفاده می‌شود. در این زیرمدل ابعاد مقطع پایدار با استفاده از تئوری حدی حداکثر ظرفیت انتقال رسوب محاسبه می‌‌شود. سپس با به کارگیری ضوابط طراحی مناسب برای اجزای آبشکن از قبیل طول، ارتفاع، فاصله، تعداد و عمق آبشستگی آبشکن در زیرمدل طراحی، هزینه‌های ساخت کمینه‌ خواهد شد. نتایج حاصل از دو زیرمدل مورفولوژیکی و طراحی در زیرمدل بهینه‌سازی، با استفاده از روش وزن‌دهی به صورت یک مدل بهینه‌سازی چندهدفه غیرخطی فرموله شده و مورد بررسی قرار می‌گیرد، تا به این وسیله ابعاد بهینه آبشکن محاسبه شود. به عبارتی زیرمدل بهینه‌سازی از ترکیب وزنی دو تابع هدف زیرمدل‌ طراحی و زیرمدل مورفولوژیکی تشکیل شده است. مدل توسعه یافته، روند تغییرات هزینه ساخت سازه را نسبت به ظرفیت حمل رسوب کانال که بیان‌گر وضعیت پایدار رودخانه است، محاسبه می‌کند. این مدل با استفاده از اطلاعات رودخانه زنجان‌رود در محدوده پل سرچم، به ازای ضریب وزنی 6/0 برای تابع هزینه و 4/0 برای تابع ظرفیت انتقال رسوب، کالیبره شده است. همچنین تحلیل حساسیت در مدل فوق نسبت به معادلات بار بستر و آبشستگی صورت پذیرفت. نتایج حاصل، حاکی از آن است که به کارگیری معادلات بار بستر و آبشستگی، نقش بسزایی در تعیین ابعاد آبشکن و هزینه‌های ساخت سازه خواهند داشت. از بین معادلات بار بستر استفاده شده معادله Englund and Fredsoe بیشترین ظرفیت انتقال رسوب و کمترین هزینه، و معادله بار بستر van Rijn کمترین ظرفیت انتقال رسوب و بیشترین هزینه را نتیجه می‌دهند. 

کلیدواژه‌ها


بنی‌حبیب، م.، مستوری، ا. م. و جمالی، ف. (1387). "بررسی صحرایی فاصله بهینه بین آبشکن‌ها". اولین کنفرانس بین‌المللی بحران آب، دانشگاه ‌زابل.

ترابی‌زاده، ع. و بینا، م. (1388). "ارزیابی هیدرولیکی آبشکن‌ها و اثرات آن بر روی رودخانه زهره با استفاده از مدل MIKE11"، هشتمین سمینار بین‌المللی مهندسی رودخانه، دانشگاه شهید چمران، اهواز.

چوپانی، س.، عباسی، ع.، پرورش، ا. و رستگار، ح. (1386). "بررسی فاکتورهای موثر در عملکرد انواع مختلف اپی‌های موجود در رودخانه میناب".‌ پژوهش و سازندگی در منابع طبیعی، شماره 74، ص.ص. 66-78.

حسینی، الف.،‌ و همکاران (1388). "ارزیابی فنی عملکرد آب‌شکن‌های احداثی در رودخانه قزل‌اوزن". هفتمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه صنعت آب و برق (عباسپور).

حسینی، ا.، حبیبی م. و صابری، ا. (1382). "طرح تحقیقاتی ارزیابی فنی و اقتصادی آبشکن‌های احداث شده در رودخانه زنجان‌رود"، مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری.

شریفی، ف. (1384). "بهینه‌سازی بهره‌برداری از مخازن چند منظوره با استفاده از الگوریتم چند جامعه‌ای مورچه‌ها". پایان نامه کارشناسی ارشد،‌ دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.

طاهر شمسی، ا. و ایمان‌شعار، ف. (‌1389). "تعیین معادلات رژیم رودخانه بر اساس معادله توان واحد جریان". نشریه مهندسی عمران و نقشه‌برداری-دانشکده فنی. دوره 44، شماره 1، ص.ص. 73-81.

گلرنگ، ب.، مشایخی، م. و حبیبی، م. (1383). "ارزیابی اقتصادی آبشکن‌های احداث شده بر روی رودخانه لار (استان تهران)". فصل­نامه تحقیقات جغرافیایی، شماره 85، 14379-14403.

معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی رئیس جمهور (1387). "مبانی طراحی سازه­های کنترل فرسایش در رودخانه­ها و آبراهه ها".‌ نشریه 417.

معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی رئیس جمهور (1388). "راهنمای طراحی ساخت و نگهداری آبشکن‌های رودخانه‌ای". نشریه شماره 516‌.

نظری، ب.، مجدزاده طباطبایی، م.ر. و قریشی، س.ح. (1390). "بررسی سطح مقطع پایدار کانال­های آبرفتی مستقیم با استفاده از مفهوم ضریب شکل". دهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه گیلان، رشت.

Augusto, O.B., Bennis, F. and Caro, S. (2012). "A new method for desicion making in multi-objective optimaization problems". Pesquisa Operacional 32(2): 331-369© 2012 Brazilian Operations Research Society Printed version ISSN 0101-7438 / Online version ISSN 1678-5142 www.scielo.br/pope.

Carriaga, C.C. and Mays, L.W. (2001). "Optimization approach to stable channel system design". Proceedings of the 2001 International Symposium on Environmental Hydraulics.

Chanson, H. (2004). Environmental hydraulics of open channel flow. Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, UK.

Charlton, F.G. (1982). River stabilization and training in gravel-bed rivers. In Chapter 23 of Gravel Bed Rivers. Edited by R.D. Hey, et al., John Wiley and Sons Ltd., Chichester, England, p. 875.

DuBoys, P. (1879). "Le Rhone et les rivieres a lit affouillab le", Annales des Ponts et Chaussees, 18 (Series 5): 141-195.

Englund, F., and Fredsoe, J. (1976). "A sediment transport model for straight alluvial channels". Nordic Hydrology, 7, pp. 293–306.

Gill,M.A. (1972.) "Erosion of sand beds around spur dikes", Journal Hydraulic Division, ASCE, Vol. 98, No. HY9, pp. 1587-1602.

Huang, H.Q. and Nanson, G.C. (2000). "Hydraulic geometry and maximum flow efficiency as products of the principle of least action". Earth Surface Processes and Landforms. 25, pp. 1 – 16.

Petersen, M.S. (1986). River engineering, Prentice-Hall. Englewood Cliffs, N.J., 390p.

Richard D. Hey, Colin R. Thorne (1986). "Stable channels with mobile gravel beds". Journal of Hydrodynamic Engineering, Vol. 112, No. 8, pp. 671-689.

Richardson, E.V., Karaki, S., Mahmood, K., Simons, D. B., Stevens, M. A. (1975). Highways in the river environment, Hydraulic and environmental design considerations. Training and design manual, U.S., Department of Transportation, Federal Highway Administration, Washington D.C.

Rosgen, D.L. (2001). "A stream channel stability assessment methodology". In Proceedings of the Seventh Federal Interagency Sedimentation Conference. Reno, NV, USA, pp. II - 18-26.

Singh, V.P. (2003). "On the theories of hydraulic geometry". International Journal of Sediment Research. Vol. 18, No. 3, pp. 196-218.

Sobhan, S.A. and Kumar Das, S. (1999). "Spacing of straight spurs in series ". Journal of Civil Eng., The Institution of Engineers, Bangladesh, Vol. CE27, No. 2, pp. 177-181.

van Rijn, L.C. (1987). "Mathematical modeling of morphological processes in the case of suspended sediment transport". Ph.D Thesis, Delft University of Technology.

 

Wiberg, P. L. and Smith, J. D. (1989). "Model for calculating bed load transport of sediment". Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 115 (1), pp. 101–123.

Yalin, M. S. (1977). Mechanics of sediment transport. Pergamon, Oxford, UK.