مدل تحلیلی تأثیر توأم تنش برشی مازاد و پوشش گیاهی در تعیین ابعاد بهینه رودخانه‌های شنی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 پردیس فنی مهندسی شهید عباسپور- دانشگاه شهید بهشتی

2 عضو هیات علمی/ پردیس فنی مهندسی شهید عباسپور- دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

مدل‌های فرضیات حدی محدودنشده، در رودخانه‌های کوچک اغلب عرض کانال‌های آبرفتی را کمتر و عمق را بیشتر از مقادیر مشاهداتی تخمین می‌زنند و در رودخانه‌های بزرگ غالباً عکس این موضوع برقرار است. به‌طور کلی نتایج حاصل از مدل فرضیات حدی محدودنشده نشان‌دهنده توافق نسبتاً نامناسب هندسه محاسباتی کانال با هندسه مشاهداتی می‌باشد. یکی از علل پراکندگی داده‌ها در به‌کارگیری این مدل، نبود روابط مناسب برای بررسی پوشش گیاهی کناره‌های کانال است. به همین علت در این تحقیق با هدف افزایش دقت هندسه مدل شده کانال، به اصلاح این مدل‌ از طریق توزیع تنش برشی مرزی در بستر و کناره‌ها، در‌نظرگیری پایداری کناره‌های کانال و اعمال اثر پوشش گیاهی پرداخته شده است. مدل تحلیلی توسعه‌یافته در این تحقیق با درج فاکتور شکل کانال، اعمال معادلات بار بستر به شکل تنش برشی مازاد و کمّی‌سازی تأثیر پوشش گیاهی (به‌وسیله ارتباط آن با زاویه ایستایی خاک کناره) قادر به پیش‌بینی ابعاد بهینه کانال می‌باشد. در انتها، مدل موردنظر بر روی داده‌های ٦٢ رودخانه شنی از کشور انگلستان و چهار رودخانه از ایران مورد واسنجی قرار گرفته است. نتایج به‌دست آمده علاوه بر این‌که نقش تأثیر پایداری و پوشش گیاهی کناره در تخمین خصوصیات هندسی مقطع کانال را نشان می‌دهد، مؤید کارایی مدل محدود‌شده نسبت به مدل محدود‌نشده نیز می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


جوهری، ر. و مجدزاده طباطبایی، م. ر؛ (1392). مطالعه صحرائی تغییرات مکانی ضریب مسلح‌شدگی و تأثیر پارامترهای هیدرولیکی بر آن، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی.

دستورانی، م. ت. و رجبی محمدی، ف. (1391). "تعیین اثرات مکانیکی و هیدرولوژیکی گیاهان کنار رودخانه بر پایداری کناره رودخانه (مطالعه موردی: رودخانه حنا)"، سومین همایش ملی مدیریت جامع منابع آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی.

کرمی، م. و مجدزاده طباطبایی، م. ر. (1388). "توسعه مدل تحلیلی اثر پوشش گیاهی در تعیین هندسه پایدار رودخانه­های شنی"، نشریه مهندسی عمران و نقشه­برداری- دانشکده فنی، دوره 43، شماره 1، ص.ص. 105 - 115.

ASCE Task Committee on Hydraulics, (1998), “Bank mechanics and modeling of river width adjustment, 1: processes and mechanisms”. J. Hydraul. Eng. ASCE, Vol. 124, No. 9, pp. 881-902.

Chadwick, A. J. and Morfett, J. C., (1995), Hydraulics in civil and environmental engineering. Champman & Hall.

Darby, S. E., (2005), “Refined hydraulic geometry data for british gravel-bed rivers”, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 131, No. 1, pp. 60–64.

DuBoys, P., (1879), Le Rhone et les rivieres a lit affouillable, Annales des Ponts et Chaussees, Vol. 18, pp. 141–195.

Eaton, B. C. and Millar, R. G., (2004), “Optimal alluvial channel width under a bank stability constraint”, Geomorphology, No. 62, pp. 35-45.

Eaton, B. C., Church, M., and Millar, R. G., (2004), “Rational regime model of alluvial channel morphology and response”, Earth Surf. Processes Landforms, Vol. 29, pp. 511 – 529.

Einstein, H. A., (1950), “The Bed-load function for sediment transportation in open channel flows”, U.S. Department of Agriculture, Soil Conservation Service,  Technical Bulletin no. 1026.

Flintham, T.P. and Carling, P.A., (1988), “The prediction of mean bed and wall boundary shear in uniform and compositely rough channels”, in White, W. P. (Editor): River Regime, John Wiley and Sons, pp. 267- 287.

Henderson, F. M., (1966), Open Channel Flow, Macmillan Pub. Co., New York. 522.

Hey, R. D. and Thorne, C. R., (1986), “Stable channels with mobile gravel beds”, Journal of the Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 112, No. 8, 671- 689.

Huang, H. Q., (2010), “Reformulation of the bed load equation of Meyer-Peter and Müller in light of the linearity theory for alluvial channel flow”, Water Resources Research, Vol. 46, No. 9, pp. 1-11.

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,Vol. 25, pp. 1–16.

Kirkby, M. J., (1977), “Maximum sediment efficiency as a criterion for alluvial channels. In River Channel Changes”, Gregory KJ (ed.).Wiley: Chichester; pp. 429-442.

Knight, D. W., (1981), Boundry shear in smooth and rough channel, Journal of the Hydraulics Division, ASCE, Vol. 107, No. 7, pp.839-851.

Knight, D. W., Demetriou, J. D. and Hamed, M. E., (1984), “Boundary shear in smooth rectangular channels, Journal of the Hydraulic Engineering”, ASCE,Vol. 101, No. 4, pp. 405-422.

Knighton, A. D., (1998), Fluvial Forms and Processes, Edward Arnold: London.

Lacey, G., (1958), “Flow in alluvial channels with sandy mobile beds”, Proceedings of the Institute of Civil Engineers, London, 9, Discussion, Vol. 11, pp. 145–164.

Lane, E. W., (1955b), “The design of stable channels”, Trans, ASCE, Vol. 120, No. 2776, pp. 1234-1279.

Leopold, L. B. and Langbein, W. B., (1962), “The concept of entropy in landscape evolution”. U. S. Geol. Survey, Prof. paper 500-A.

Manning, R., (1891), “On the flow of water in open channels and pipes”, Transactions of the Institution of Civil Engineers of Ireland, Vol. 20, pp. 161-207.

Meyer-Peter, E. and Muller, R., (1948), “Formulas for bed load transport”, In Proceedings of the 3rd Meeting of IAHR Stockholm, pp. 39–46.

Parker, G., (1979), “Hydraulic geometry of active gravel rivers”, Journal of the Hydraulics Division, ASCE, Vol. 105, pp. 1185–1201.

Pickup, G., (1976), “Adjustment of stream channel shape to hydrologic regime”. Journal of Hydrology, Vol. 30, pp. 365-373.

Van Rijn, L. C., (1984), Sediment transport, part I-bed load transport. Journal of the Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 110, No. 10, pp.1431–1456.

Yang, C. T., (1971a), “Potential energy and stream morphology”, Water Resources Research Vol. 7, pp. 311-322.

Yang, C. T., (1996), Sediment transport: theory and practice, McGraw-Hill.