ارائه روشی تلفیقی به منظور بررسی تأثیر سد مخزنی بر فرسایش، طول و عرض رودخانه

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری عمران آب، گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز

2 دانشیار گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز

3 استاد گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

شبیه‌سازی توزیع عرضی سرعت جریان و تنش برشی در قوس رودخانه‌ها، دارای اهمیت زیادی بوده و در حفاظت سواحل رودخانه‌ها کاربرد دارد. تهیه نقشه مقاومت فرسایشی خاک (آبرفت) به روش معمول بسیار وقتگیر و پرهزینه است. کاربرد سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی و به کارگیری داده‌های سنجش از دور برای تعیین نقشه مقاومت فرسایشی خاک، روشی مناسب و مفید در جمع‌آوری اطلاعات و تصمیم‌گیری سریعتر، دقیقتر و با صرفه‌تر محسوب می‌شوند. در این تحقیق که هدف ارائه روشی تلفیقی بر مبنای تنش برشی بحرانی (آستانه حرکت) برای تعیین فرسایش‌پذیری رودخانه‌های مئاندری است، تغییر شکل هندسی رودخانه کرخه بین سال‌های 1375 تا 1390 در فاصله 40 کیلومتری پایین‌دست ایستگاه پای پل با استفاده از مدل هیدرودینامیکی CCHE2D مشخص شده و پارامترهای هیدرولیکی رودخانه از جمله تنش برشی تعیین شد. بررسی‌ها نشان می‌دهد که قبل از احداث سد بین کیلومتر 30 تا 35 از ایستگاه پای پل، بسیار مساعد برای فرسایش بوده و بعد از احداث سد، بازه فرسایشی به‌سمت بالادست یعنی بین کیلومتر 25 تا 32 از ایستگاه پای پل انتقال پیدا کرده است. در قبل از احداث سد طول کل بازه فرسایشی حدوداً 1314 متر، تقریباً 3/3 درصد از کل مسیر را شامل می‌شد. بعد از احداث سد، طول کل بازه فرسایشی حدوداً 840 متر بوده که تقریباً 2 درصد کل مسیر را شامل شده است. در نتیجه به دلیل احداث سد، حدود یک درصد از طول بازه فرسایشی کاسته شده است.  

کلیدواژه‌ها


Abad, J.D. and Garcia, M.H. (2006). "RVR Meander: A toolbox for re-meandering of channelized streams". Comput. Geosci. 32(1), pp. 92-101.

Amiri-Tokaldany, E.; Darby, S.E. and  Tosswell, P. (2007). "Coupling bank stability and bed deformation models to predict equilibrium bed topography in river bends". J. Hydraulic Eng. 133(10), pp. 1167-1170.

Amsler, M.L.; Ramonell, C.G. and Toniolo, H.A. (2005). "Morphologic changes in the Paraná River channel (Argentina) in the light of the climate variability during the 20th century". Geomorphology 70(3-4), pp. 257-278.

Avila, H.; Vargas, G. and Daza, R. (2014). "Susceptibility analysis of river bank erosion based on exposure to shear stress and velocity combined with hydrologic and geomorphologic variables". Proc. World Environmental and Water Resources Congress (EWRI), ASCE., Portland, Oregon, USA.

Bandyopadhyay, S.; Ghosh, K. and De, S.K. (2014). "A proposed method of bank erosion vulnerability zonation and its application on the River Haora, Tripura, India". Geomorphology 224, pp. 111-121.

Bertrand, F. and Papanicolaou, A.N. (2009). "Effects of freezing and thawing processes on bank stability". Proc. World Environmental and Water Resources Congress of ASCE., Kansas City, Missouri, United States, pp. 1-9.

Briaud, J.L.; Chen, H.C.; Edge, B.; Park, S. and Shah, A. (2001).Guidelines for bridges over degrading and migrating streams. Part 1: Synthesis of existing knowledge, Texas Transportation Institute, Report No. TX-01/2105-2.

Chang, H.H. (1983). "Energy expenditure in curved open channels". J. Hydraulic Eng. 109(7), pp. 1012-1022.

Chang, H.H. (1985). "Water and sediment routing through curved channels". J. Hydraulic Eng. 111(4), pp. 644-658.

Chang, H.H. (1994). "Selection of gravel-transport formula for stream modeling". J. Hydraulic Eng. 120(5), pp. 646-651.

Chang, H.H.; Harrison, L.L.; Lee, W. and Tu, S. (1996). "Numerical modeling for sediment-pass-through reservoirs". J. Hydraulic Eng. 122(7), pp. 381-388.

Chang, H.H. and Hill, J.C. (1977). "Minimum stream power for rivers and deltas". J. Hydraulics Div. 103(HY12), pp. 1375-1389.

Chang, H.H. and Stow, D. (1989). "Mathematical modeling of fluvial sand delivery". J. Waterway Port C. 115(3), pp. 311-326.

Constantine, J.A.; McLean, S.R. and  Dunne, T. (2010). "A mechanism of chute cutoff along large meandering rivers with uniform floodplain topography". Geol. Soc. Am. Bull. 122(5-6), pp. 855-869.

Ervine, D.; Sellin, R.J. and Willetts, B.B. (1994). "Large flow structures in meandering compound channels". W.R. White and J. Watts (eds), Proc. 2nd International Conference on River Flood Hydraulics. H.R. Wallingford Ltd. and John Wiley & Sons, Chichester, UK, pp. 459-469.

Ghomeshi, M. (2005). Result of Sedimentation types analysis (case study: Kharkhe river. Khuzestan Water & Power Authority (KWPA), Technical Report.

Grimaud, J.L.; Chardon, D.; Metelka, V.; Beauvais, A. and Bamba, O. (2015). "Neogene cratonic erosion fluxes and landform evolution processes from regional regolith mapping (Burkina Faso, West Africa)". Geomorphology 241, pp. 315-330.

Güneralp, İ. and Marston, R.A. (2012). "Process–form linkages in meander morphodynamics: Bridging theoretical modeling and real world complexity". Prog. Phys. Geog. 36(6), pp. 718-746.

Guo, J. and Julien, P.Y. (2005). "Shear stress in smooth rectangular open-channel flows". J. Hydraulic Eng. 131(1), pp. 30-37.

Haynes, H. and Pender, G. (2007). "Stress history effects on graded bed stability". J. Hydraulic Eng. 133(4), pp. 343-349.

Jia, Y. and Wang, S.S.Y. (2001). CCHE2D: Two-dimensional hydrodynamic and sediment transport model for unsteady open channel flows over loose bed. National Center for Computational Hydroscience and Engineering, Technical Report No. NCCHE-TR-2001-1.

Kean, J.W.; Kuhnle, R.A.; Smith, D.; Alonso, C.V. and Langendoen, E.J. (2009). "Test of a method to calculate near-bank velocity and boundary shear stress". J. Hydraulic Eng. 135(7), pp. 588-601.

Malik, I. and Matyja, M. (2008). "Bank erosion history of a mountain stream determined by means of anatomical changes in exposed tree roots over the last 100 years (Bílá Opava River—Czech Republic)". Geomorphology 98(1-2), pp. 126-142.

Michalik, L.B.A. and Tekielak, T. (2013). "The relationship between bank erosion, local aggradation and sediment transport in a small Carpathian stream". Geomorphology 191, pp. 51-63.

Narinesingh, P. and Pizzuto, J.E. (2009). "Applying a model of curvature-driven bend migration developed for alluvial rivers to a gravel-bedded river with reaches of exposed bedrock". Proc. AGU Fall Meeting Abstracts,  San Francisco, California, USA, 1, pp. 0885. 

Omran, M. (2008). "New developments in predicting stage–discharge curves, velocity and boundary shear stress distributions in open channel flow". Water Environ. J. 22(2), pp. 131-136.

Patra, K.C.; Kar, S.K. and Bhattacharya, A.K. (2004). "Flow and velocity distribution in meandering compound channels". J. Hydraulic Eng. 130(5), pp. 398-411.

Rüther, N. and Olsen, N.R.B. (2007). "Modelling free-forming meander evolution in a laboratory channel using three-dimensional computational fluid dynamics". Geomorphology 89(3-4), pp. 308-319.

Shafai Bajestan, M.; Hassanzadeh, H. and Nasre Esfahani, M. (2010). Investigation of sedimentology and estimation of yearly sediment yeild in Karkheh river. Khuzestan Water & Power Authority (KWPA), Technical Report, 274 P.  

Thoman, R.W. and Niezgoda, S.L. (2008). "Determining erodibility, critical shear stress, and allowable discharge estimates for cohesive channels: Case study in the Powder River basin of Wyoming". J. Hydraulic Eng. 134(12), pp. 1677-1687.

Thornton, C.I.; Ursic, M.E.; Baird, D.C.; Sin, K.S. and Abt, S.R. (2012). "Evaluating boundary shear stresses in natural-shaped channel bendways: Proc. World Environmental and Water Resources Congress 2012, ASCE., Albuquerque, New Mexico, United States, pp. 1366-1375.

Verhaar, P.M.; Biron, P.M.; Ferguson, R.I. and Hoey, T.B. (2008). "A modified morphodynamic model for investigating the response of rivers to short-term climate change". Geomorphology 101(4), pp. 674-682.

Wilcock, P.R. (1993). "Critical shear stress of natural sediments". J. Hydraulic Eng.  119(4), pp. 491-505.

Yang, C.T. (1996). Sediment transport: theory and practice. McGraw-hill. New York, 396 p.

Yu, M.; Wei, H.; Liang,Y. and Hu, C. (2010). "Study on the stability of noncohesive river bank". Int. J. Sediment Res. 25(4), pp. 391–398.

Zámolyi, A.; Székely, B.; Draganits, E. and Timár, G. (2010). "Neotectonic control on river sinuosity at the western margin of the Little Hungarian Plain". Geomorphology 122(3-4), pp. 231-243.