بررسی تغییرات تراز در رودخانه‌های با بستر ماسه‌ای تحت تأثیر دو نقطه‌شکست متوالی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی عمران- مهندسی آب، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 استاد گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

نقاط ‌شکست به دلایل طبیعی و یا غیرطبیعی در بستر رودخانه‌ها به صورت پله‌های متوالی شکل می‌گیرند. در تحقیق حاضر مهاجرت دو نقطه‌شکست متوالی در بستر ماسه‌ای یک کانال مستطیلی با شیب ملایم به ازای دبی‌های مختلف، به‌طور آزمایشگاهی و عددی بررسی ‌شده است. با شروع جریان دو نقطه‌شکست اولیه در مدت زمان کوتاهی ناپایدار ‌شدند. نقطه‌شکست اول به سبب فرسایش و کف‌کنی به صورت یک موج تیز پسرو به بالادست و نقطه‌شکست دوم به سبب رسوبگذاری به صورت یک موج پیشرو به پایین‌دست کانال مهاجرت ‌کردند. همراه با پسروی نقطه‌شکست اول، یک پشته‌ی کناری در پایین دست آن شکل ‌گرفت که به بالادست کانال توسعه ‌یافت. در پایین‌دست این پشته و قبل از نقطه‌شکست دوم، آبراهه پیچانی ‌شد. در حد فاصل دو نقطه‌شکست، بستر کانال با شیب تندی گسترش پیدا کرد. افزایش دبی سبب افزایش نرخ حرکت دو نقطه‌شکست ‌شد. بنابراین اثرات مهاجرت نقاط‌شکست تنها محدود به تغییرات تراز نشد، بلکه کانال را در پلان ناپایدار کرد. معادلات جریان و انتقال رسوب با نرم‌افزارHEC-RAS (V4.1.0)  به ازای توابع مختلف انتقال رسوب حل شدند. در مقایسه با داده‌های آزمایشگاهی موجود، رابطه‌های‌ انتقال رسوب لارسن و ایکرز-وایت از دقت بهتری برای پیش‌بینی تغییرات تراز بستر برخوردار بودند. 

کلیدواژه‌ها


بوینگتن، ف. آر. (1366). تخلیص داده ها و تجزیه و تحلیل خطا برای علوم فیزیکى، ترجمه­ی عدالتی، ت. و بزرگ­نیا، ا.، چاپ اول، انتشارات آستان قدس رضوی، مشهد.

ژولین، پ. ی. (1387). مکانیک رودخانه، ترجمه‌ی جعفرزاده، م. ر.، چاپ دوم، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد.

شفاعی بجستان، م. (1387). مبانی نظری و عملی هیدرولیک انتقال رسوب، چاپ اول، انتشارات دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز.

کوهستانی، ک. و جعفرزاده، م. ر. (1384). "بررسی تئوری و آزمایشگاهی تکامل نقطه‌شکست"، پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه باهنر کرمان، ایران.

ASCE, (1982). “Relationships between morphology of small streams and sediment yields”, Journal of the Hydraulics Division, ASCE, vol. 108, no. HY 11, Proceeding Paper 17450, pp. 1328-1365.

Bhallamudi, S.M., and Chaudhry, M.H. (1991). “Numerical modeling of aggradation and degradation in alluvial channels”, J. Hydraulic Engineering, Amer. Soc. Civil Engrs., Vol. 117, No 9, pp. 1145-1164.

Bigi A., Hasbargen L. E., Montanari A. and Paola C. (2006). “Knickpoints and hillslope failures: Interactions in a steady-state experimental landscape”, Geological Society of America, Special paper 398, 295-307.

Brunner, G.W. (2010). “HEC-RAS river analysis system: hydraulic reference manual”, U.S. Army Corps of Engineers, Institute for Water Resources, Hydrologic Engineering Center (HEC), Davis, CA.

Brush, L.M. and Wolman, M.G. (1960). “Knickpoint behavior in non-cohesive material: A laboratory study”, Geological Society of America Bulletin, 71: 59-74.

Crosby, T.B. (2001). “Knickpoint migration in the waipaoa river and its tributaries”. Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, First Generals Paper.

Cunge, J.A., Holly, F.M., and Verwey A. (1980). Practical aspects of computational river hydraulics. Pitman Advanced Publishing Program.

Cantelli, A. and Muto T. (2014). “Multiple knickpoints in an alluvial river generated by a single instantaneous drop in base level: experimental investigation”, Earth Surf. Dynam., 2: 271–278.

Grimaud, J.L., Paola1, C. and Voller, V. (2016). “Experimental migration of knickpoints: influence of style of base-level fall and bed lithology”, Earth Surf. Dynam., 4: 11–23.

Holland, W.N. and Pickup, G. (1976). “Flume study of knickpoint development in stratified sediment”, Geological Society of America Bulletin, 87: 76-82.

Loget, N. and Driessche, J.V.D. (2009). “Wave train model for knickpoint migration”, Geomorphology, 106: 376–382.

May, J.H. (1989). “Report 4: Geologic and hydrodynamic controls on the mechanics of knickpoint migration”, U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS.

Peakall, J., Warburton, J. (1996). “Surface tension in small hydraulic river models-the significance of the Weber number”, J. of Hydrology New Zealand. 35(2): 199-212.

Richardson, E.V., Simons, D.B. and Lagasse P.F. (2001). “River engineering for highway encroachments, Highways in the river
environment”, Hydraulic Design Series Number 6, U.S. Department of Transportation, Publication No. FHWA NHI 01-004.

Simon, A. and Darby, S.E. (2002). “Effectiveness of grade-control structures in reducing erosion along river channels: the case of Hotophia Creek, Mississippi”. Elsevier Scientific, Geomorphology. 42: 229-224

Thomas, J. and Papanicolaou, A. N. (2008). “Final report: the effects of headcut and knickpoint propagation on bridges in Iowa”, Proceedings of the 2007 Mid-continent Transportation Research Symposium, Ames, Iowa.

Vanoni, V.A., (1975). Sedimentation engineering. ASCE Manuals And Reports on Engineering-No. 54, ASCE Task Committee