تعیین ضرایب اصلاحی هیدروگراف رواناب در شرایط احداث بندهای کوتاه آبخیزداری در آبراهه‌ها
مقدمه احداث بند اصلاحی در سرشاخه‌ها، یکی از روش‌های رایج مدیریت آبخیز برای کنترل رسوب، پایداری آبراهه و کاهش هیدروگراف سیل از بعد زمان تمرکز و دبی اوج محسوب می‌شود. در ایران، با وجود قدمت ۵۰ ساله، در اجرای گسترده این سازه کوچک‌مقیاس به‌وسیله ارگان‌های وابسته به سازمان منابع طبیعی و آبخیزداری کشو...
Saved in:
| Main Authors: | , , , |
|---|---|
| Format: | Article |
| Language: | fas |
| Published: |
Soil Conservation and Watershed Management Research Institute (SCWMRI)
2023-09-01
|
| Series: | Muhandisī va mudirīyyat-i ābkhīz |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://jwem.areeo.ac.ir/article_126875_54f892b5b4e4fd82e53a4dc888129cd8.pdf |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| _version_ | 1832539854046494720 |
|---|---|
| author | روح انگیز اختری محمد رستمی بهرام ثقفیان محمد علمی |
| author_facet | روح انگیز اختری محمد رستمی بهرام ثقفیان محمد علمی |
| author_sort | روح انگیز اختری |
| collection | DOAJ |
| description | مقدمه
احداث بند اصلاحی در سرشاخه‌ها، یکی از روش‌های رایج مدیریت آبخیز برای کنترل رسوب، پایداری آبراهه و کاهش هیدروگراف سیل از بعد زمان تمرکز و دبی اوج محسوب می‌شود. در ایران، با وجود قدمت ۵۰ ساله، در اجرای گسترده این سازه کوچک‌مقیاس به‌وسیله ارگان‌های وابسته به سازمان منابع طبیعی و آبخیزداری کشور به عنوان دستگاه اجرایی، همچنان روش ارزیابی کمی و کیفی مناسبی برای آن ارائه نشده است. در بیان اثربخشی این سازه، شبیه‌سازی شرایط طبیعی در حالت وجود و عدم وجود این سازه در مدل‌های هیدرولوژیکی و هیدرولیکی، اجتناب ناپذیر است. البته بازدیدهای میدانی و اندازه‌گیری پارامترهای مربوطه در عرصه نیز، در تدقیق شبیه‌سازی و هم بیان تقریبی اثربخشی، از اقدامات اولیه محسوب می‌شود. بررسی‌های انجام شده نشان داد، در بسیاری از پژوهش‌ها، اثر بندهای اصلاحی بر روی هیدروگراف رواناب مد نظر بوده است. شبیه‌سازی بندها، به‌صورت هیدرولوژیکی با کمک تغییر در شیب آبراهه و زمان تمرکز حوضه و یا با استفاده از روش‌های روندیابی در مخزن انجام شده است که با توجه به فرضیات ساده شونده، برآوردی بیش از واقعیت ارائه می‌دهد. شبیه‌سازی هیدرولیکی دقیق‌تر، اما پیچیدگی و موانع خاص خود را دارا است. لذا، در این پژوهش سعی بر آن شد تا علاوه بر بهره‌مندی از دقت شبیه‌سازی هیدرولیکی و نیز از عدم پیچیدگی روابط هیدرولوژیکی، اثربخشی وجود بندهای اصلاحی در هیدروگراف رواناب اعمال شود. اثربخشی بندهای اصلاحی با تعیین و اعمال ضرایبی در هیدروگراف خروجی آبراهه بدون بند اصلاحی، صورت گرفت تا هیدروگراف خروجی آبراهه با بند اصلاحی به‌دست آید.
مواد و روش‌ها
در این پژوهش، اثربخشی بندهای اصلاحی متوالی در کاهش هیدروگراف خروجی از یک کانال مثلثی با سه طول 1000، 2000 و 3000 متر در سه شیب طولی پنج، 10 و 15 درصد، با استفاده از مدل هیدرودینامیکیMIKE 11 ، مد نظر است. در این بررسی، فرض بر آن است که بندهای آبخیزداری متوالی با ارتفاع 2.5 متر از تاج بند پایاب تا پاشنه بند سراب در هر کانال مثلثی احداث شود. لذا، تعداد بندها بر اساس طول و شیب آن از 20 تا 180 عدد متغیر خواهد بود. در این پژوهش، هیدروگراف خروجی از کانال مثلثی به عنوان متغیر وابسته و هیدروگراف ورودی به کانال، طول و شیب کانال، به عنوان متغیرهای مستقل در نظر گرفته شد. تغییرات بیشینه جریان خروجی تحت دو سناریوی کانال بدون بند اصلاحی (سناریوی اول) و کانال با وجود بندهای اصلاحی متوالی پر از رسوب (سناریوی دوم) مورد بررسی قرار گرفت تا بتوان اثربخشی بندهای اصلاحی در یک آبراهه را با پارامترهای هیدرولوژیکی شبیه‌سازی کرد. دو معیار سنجنده شامل درصد ضریب تسکین و درصد تغییر جریان برای بیان اثربخشی تعریف شد. درصد تغییرات دبی اوج هیدروگراف روندیابی شده در طول کانال نسبت به دبی اوج هیدروگراف ورودی یا به عبارتی اختلاف بین دبی ورودی و دبی خروجی برای سناریو و به ازای تغییرات طول مسیل، شیب و مقادیر مختلف هیدروگراف ورودی، "شدت روندیابی" نام‌گذاری شد. درصد تغییرات دبی اوج خروجی از سناریوی دوم نسبت به سناریوی اول هم تحت عنوان، درصد تغییر جریان، در نظر گرفته شد.
نتایج و بحث
ارزیابی نتایج مدل برای روندیابی هیدروگراف در طول کانال به ازای تغییر متغیرهای مستقل در قالب دو سناریو، کاهش دبی اوج، افزایش زمان پایه هیدروگراف خروجی و زمان تاخیر ناشی از روندیابی را در پی داشت. وجود بندهای اصلاحی، تغییر پارامترهای فوق را دو چندان کرده است. هر چه شیب طولی آبراهه افزایش پیدا می‌کند، میزان ذخیره در کانال کمتر شده و دبی خروجی و در نتیجه ضریب تسکین (کاهش دبی اوج خروجی نسبت به ورودی)، کاهش می‌یابد. هر چه حجم جریان ورودی بیشتر باشد، ضریب تسکین کمتر خواهد بود. ضریب تسکین با شیب طولی، رابطه معکوس و با طول کانال، رابطه مستقیم دارد. در صورت اجرای بندهای اصلاحی، هر چه طول کانال بیشتر می‌شود، به‌علت بیشتر شدن تعداد بندهای اصلاحی، میزان ذخیره در کانال افزایش یافته و کاهش شیب رخ خواهد داد و تغییرات دبی خروجی نسبت به دبی ورودی بیشتر خواهد بود، لذا، ضریب تسکین افزایش می‌یاید. هدف اصلی این پژوهش، بیان ریاضی اثربخشی بندهای اصلاحی در کاهش دبی اوج هیدورگراف خروجی از مسیل بر اساس شرایط مختلف بود. پس از انجام اجراهای متعدد و بررسی انواع روش‌های مختلف، مشاهده شد که می‌توان اثرات بند اصلاحی بر روی یک آبراهه را به‌صورت اثر یک مخزن خطی به همراه یک تاخیر زمانی در انتهای کانال مدل کرد. به عبارتی، دو تابع مخزن خطی و تابع تاخیر زمانی بر روی متغیرهای وابسته اعمال می‌شود تا متغیر مستقل به‌دست آید. برای هر زوج هیدورگراف (هیدروگراف خروجی از کانال بدون بند اصلاحی و دارای بند اصلاحی)، مقادیر، به عنوان تابع مخزن خطی و به‌عنوان تابع تاخیر زمانی برآورد شد. میانگین ضریب ذخیره (K) مخزن خطی برای طول‌های 1000، 2000 و 3000 متر و برای سه شیب مورد بررسی به‌ترتیب 500، 1100 و 1400 ثانیه برآورد شد. میانگین زمان تاخیر نیز برای سه طول یادشده به‌ترتیب 540، 1750 و 3700 ثانیه، محاسبه شد. هر چه طول کانال بیشتر، شیب کانال کمتر، و دبی ورودی به کانال کمتر باشد، پارامترهای فوق بزرگتر شده و لذا، ضریب تسکین بزرگتر می‌شود.
نتیجه‌گیری
در صورتی‌که آبراه‌های برای احداث بندهای اصلاحی انتخاب شود و هیدروگراف خروجی از آن با استفاده از مدل‌های تجربی، هیدرولیکی و هیدرولوژیکی در شرایط عدم وجود بندهای اصلاحی در دست باشد، هیدروگراف خروجی از آبراهه برای شرایط وجود سازه‌های کوچک مقیاس، با اعمال ضرایب ذخیره مخزن خطی و زمان تاخیر به‌دست آمده از این پژوهش، شبیه‌سازی و اصلاح خواهد شد. به این ترتیب، اثربخشی اجرای بندهای اصلاحی در کنترل سیل در آبراهه یادشده به‌دست خواهد آمد. |
| format | Article |
| id | doaj-art-d554e52cb58b43d28bf83536bcd24c4e |
| institution | Kabale University |
| issn | 2251-9300 2322-536X |
| language | fas |
| publishDate | 2023-09-01 |
| publisher | Soil Conservation and Watershed Management Research Institute (SCWMRI) |
| record_format | Article |
| series | Muhandisī va mudirīyyat-i ābkhīz |
| spelling | doaj-art-d554e52cb58b43d28bf83536bcd24c4e2025-02-05T08:25:08ZfasSoil Conservation and Watershed Management Research Institute (SCWMRI)Muhandisī va mudirīyyat-i ābkhīz2251-93002322-536X2023-09-0115340442210.22092/ijwmse.2022.357101.1948126875تعیین ضرایب اصلاحی هیدروگراف رواناب در شرایط احداث بندهای کوتاه آبخیزداری در آبراهه‌هاروح انگیز اختری0محمد رستمی1بهرام ثقفیان2محمد علمی3استادیار پژوهشی، گروه مهندسی رودخانه و سواحل پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایراناستادیار، گروه پژوهشی مهندسی رودخانه و سواحل، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایراناستاد، گروه مهندسی عمران، دانشکده عمران، معماری و هنر، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایراندانشجوی دکتری، دانشکده عمران، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایرانمقدمه احداث بند اصلاحی در سرشاخه‌ها، یکی از روش‌های رایج مدیریت آبخیز برای کنترل رسوب، پایداری آبراهه و کاهش هیدروگراف سیل از بعد زمان تمرکز و دبی اوج محسوب می‌شود. در ایران، با وجود قدمت ۵۰ ساله، در اجرای گسترده این سازه کوچک‌مقیاس به‌وسیله ارگان‌های وابسته به سازمان منابع طبیعی و آبخیزداری کشور به عنوان دستگاه اجرایی، همچنان روش ارزیابی کمی و کیفی مناسبی برای آن ارائه نشده است. در بیان اثربخشی این سازه، شبیه‌سازی شرایط طبیعی در حالت وجود و عدم وجود این سازه در مدل‌های هیدرولوژیکی و هیدرولیکی، اجتناب ناپذیر است. البته بازدیدهای میدانی و اندازه‌گیری پارامترهای مربوطه در عرصه نیز، در تدقیق شبیه‌سازی و هم بیان تقریبی اثربخشی، از اقدامات اولیه محسوب می‌شود. بررسی‌های انجام شده نشان داد، در بسیاری از پژوهش‌ها، اثر بندهای اصلاحی بر روی هیدروگراف رواناب مد نظر بوده است. شبیه‌سازی بندها، به‌صورت هیدرولوژیکی با کمک تغییر در شیب آبراهه و زمان تمرکز حوضه و یا با استفاده از روش‌های روندیابی در مخزن انجام شده است که با توجه به فرضیات ساده شونده، برآوردی بیش از واقعیت ارائه می‌دهد. شبیه‌سازی هیدرولیکی دقیق‌تر، اما پیچیدگی و موانع خاص خود را دارا است. لذا، در این پژوهش سعی بر آن شد تا علاوه بر بهره‌مندی از دقت شبیه‌سازی هیدرولیکی و نیز از عدم پیچیدگی روابط هیدرولوژیکی، اثربخشی وجود بندهای اصلاحی در هیدروگراف رواناب اعمال شود. اثربخشی بندهای اصلاحی با تعیین و اعمال ضرایبی در هیدروگراف خروجی آبراهه بدون بند اصلاحی، صورت گرفت تا هیدروگراف خروجی آبراهه با بند اصلاحی به‌دست آید. مواد و روش‌ها در این پژوهش، اثربخشی بندهای اصلاحی متوالی در کاهش هیدروگراف خروجی از یک کانال مثلثی با سه طول 1000، 2000 و 3000 متر در سه شیب طولی پنج، 10 و 15 درصد، با استفاده از مدل هیدرودینامیکیMIKE 11 ، مد نظر است. در این بررسی، فرض بر آن است که بندهای آبخیزداری متوالی با ارتفاع 2.5 متر از تاج بند پایاب تا پاشنه بند سراب در هر کانال مثلثی احداث شود. لذا، تعداد بندها بر اساس طول و شیب آن از 20 تا 180 عدد متغیر خواهد بود. در این پژوهش، هیدروگراف خروجی از کانال مثلثی به عنوان متغیر وابسته و هیدروگراف ورودی به کانال، طول و شیب کانال، به عنوان متغیرهای مستقل در نظر گرفته شد. تغییرات بیشینه جریان خروجی تحت دو سناریوی کانال بدون بند اصلاحی (سناریوی اول) و کانال با وجود بندهای اصلاحی متوالی پر از رسوب (سناریوی دوم) مورد بررسی قرار گرفت تا بتوان اثربخشی بندهای اصلاحی در یک آبراهه را با پارامترهای هیدرولوژیکی شبیه‌سازی کرد. دو معیار سنجنده شامل درصد ضریب تسکین و درصد تغییر جریان برای بیان اثربخشی تعریف شد. درصد تغییرات دبی اوج هیدروگراف روندیابی شده در طول کانال نسبت به دبی اوج هیدروگراف ورودی یا به عبارتی اختلاف بین دبی ورودی و دبی خروجی برای سناریو و به ازای تغییرات طول مسیل، شیب و مقادیر مختلف هیدروگراف ورودی، "شدت روندیابی" نام‌گذاری شد. درصد تغییرات دبی اوج خروجی از سناریوی دوم نسبت به سناریوی اول هم تحت عنوان، درصد تغییر جریان، در نظر گرفته شد. نتایج و بحث ارزیابی نتایج مدل برای روندیابی هیدروگراف در طول کانال به ازای تغییر متغیرهای مستقل در قالب دو سناریو، کاهش دبی اوج، افزایش زمان پایه هیدروگراف خروجی و زمان تاخیر ناشی از روندیابی را در پی داشت. وجود بندهای اصلاحی، تغییر پارامترهای فوق را دو چندان کرده است. هر چه شیب طولی آبراهه افزایش پیدا می‌کند، میزان ذخیره در کانال کمتر شده و دبی خروجی و در نتیجه ضریب تسکین (کاهش دبی اوج خروجی نسبت به ورودی)، کاهش می‌یابد. هر چه حجم جریان ورودی بیشتر باشد، ضریب تسکین کمتر خواهد بود. ضریب تسکین با شیب طولی، رابطه معکوس و با طول کانال، رابطه مستقیم دارد. در صورت اجرای بندهای اصلاحی، هر چه طول کانال بیشتر می‌شود، به‌علت بیشتر شدن تعداد بندهای اصلاحی، میزان ذخیره در کانال افزایش یافته و کاهش شیب رخ خواهد داد و تغییرات دبی خروجی نسبت به دبی ورودی بیشتر خواهد بود، لذا، ضریب تسکین افزایش می‌یاید. هدف اصلی این پژوهش، بیان ریاضی اثربخشی بندهای اصلاحی در کاهش دبی اوج هیدورگراف خروجی از مسیل بر اساس شرایط مختلف بود. پس از انجام اجراهای متعدد و بررسی انواع روش‌های مختلف، مشاهده شد که می‌توان اثرات بند اصلاحی بر روی یک آبراهه را به‌صورت اثر یک مخزن خطی به همراه یک تاخیر زمانی در انتهای کانال مدل کرد. به عبارتی، دو تابع مخزن خطی و تابع تاخیر زمانی بر روی متغیرهای وابسته اعمال می‌شود تا متغیر مستقل به‌دست آید. برای هر زوج هیدورگراف (هیدروگراف خروجی از کانال بدون بند اصلاحی و دارای بند اصلاحی)، مقادیر، به عنوان تابع مخزن خطی و به‌عنوان تابع تاخیر زمانی برآورد شد. میانگین ضریب ذخیره (K) مخزن خطی برای طول‌های 1000، 2000 و 3000 متر و برای سه شیب مورد بررسی به‌ترتیب 500، 1100 و 1400 ثانیه برآورد شد. میانگین زمان تاخیر نیز برای سه طول یادشده به‌ترتیب 540، 1750 و 3700 ثانیه، محاسبه شد. هر چه طول کانال بیشتر، شیب کانال کمتر، و دبی ورودی به کانال کمتر باشد، پارامترهای فوق بزرگتر شده و لذا، ضریب تسکین بزرگتر می‌شود. نتیجه‌گیری در صورتی‌که آبراه‌های برای احداث بندهای اصلاحی انتخاب شود و هیدروگراف خروجی از آن با استفاده از مدل‌های تجربی، هیدرولیکی و هیدرولوژیکی در شرایط عدم وجود بندهای اصلاحی در دست باشد، هیدروگراف خروجی از آبراهه برای شرایط وجود سازه‌های کوچک مقیاس، با اعمال ضرایب ذخیره مخزن خطی و زمان تاخیر به‌دست آمده از این پژوهش، شبیه‌سازی و اصلاح خواهد شد. به این ترتیب، اثربخشی اجرای بندهای اصلاحی در کنترل سیل در آبراهه یادشده به‌دست خواهد آمد.https://jwem.areeo.ac.ir/article_126875_54f892b5b4e4fd82e53a4dc888129cd8.pdfبندهای اصلاحی متوالیشدت روندیابیمخزن خطیمدل mike 11هیدروگراف شبیه‌سازی |
| spellingShingle | روح انگیز اختری محمد رستمی بهرام ثقفیان محمد علمی تعیین ضرایب اصلاحی هیدروگراف رواناب در شرایط احداث بندهای کوتاه آبخیزداری در آبراهه‌ها Muhandisī va mudirīyyat-i ābkhīz بندهای اصلاحی متوالی شدت روندیابی مخزن خطی مدل mike 11 هیدروگراف شبیه‌سازی |
| title | تعیین ضرایب اصلاحی هیدروگراف رواناب در شرایط احداث بندهای کوتاه آبخیزداری در آبراهه‌ها |
| title_full | تعیین ضرایب اصلاحی هیدروگراف رواناب در شرایط احداث بندهای کوتاه آبخیزداری در آبراهه‌ها |
| title_fullStr | تعیین ضرایب اصلاحی هیدروگراف رواناب در شرایط احداث بندهای کوتاه آبخیزداری در آبراهه‌ها |
| title_full_unstemmed | تعیین ضرایب اصلاحی هیدروگراف رواناب در شرایط احداث بندهای کوتاه آبخیزداری در آبراهه‌ها |
| title_short | تعیین ضرایب اصلاحی هیدروگراف رواناب در شرایط احداث بندهای کوتاه آبخیزداری در آبراهه‌ها |
| title_sort | تعیین ضرایب اصلاحی هیدروگراف رواناب در شرایط احداث بندهای کوتاه آبخیزداری در آبراهه‌ها |
| topic | بندهای اصلاحی متوالی شدت روندیابی مخزن خطی مدل mike 11 هیدروگراف شبیه‌سازی |
| url | https://jwem.areeo.ac.ir/article_126875_54f892b5b4e4fd82e53a4dc888129cd8.pdf |
| work_keys_str_mv | AT rwḥạngyzạkẖtry tʿyynḍrạybạṣlạḥyhydrwgrạfrwạnạbdrsẖrạyṭạḥdạtẖbndhạyḵwtạhậbkẖyzdạrydrậbrạhhhạ AT mḥmdrstmy tʿyynḍrạybạṣlạḥyhydrwgrạfrwạnạbdrsẖrạyṭạḥdạtẖbndhạyḵwtạhậbkẖyzdạrydrậbrạhhhạ AT bhrạmtẖqfyạn tʿyynḍrạybạṣlạḥyhydrwgrạfrwạnạbdrsẖrạyṭạḥdạtẖbndhạyḵwtạhậbkẖyzdạrydrậbrạhhhạ AT mḥmdʿlmy tʿyynḍrạybạṣlạḥyhydrwgrạfrwạnạbdrsẖrạyṭạḥdạtẖbndhạyḵwtạhậbkẖyzdạrydrậbrạhhhạ |