ارایه مدل تحلیلی و تجربی تعیین روابط رژیم در رودخانه‌های آبرفتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی عمران- مهندسی رودخانه، دانشکده عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی

2 استادیار دانشکده عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

حفظ و نگه‌داری رودخانه‌ها در حالت تعادل (رژیم) از اهمیت بالایی برخوردار بوده و تعیین هندسه هیدرولیکی پایدار در رودخانه­ها، از مهم­ترین مواردی است که طراحی و ساماندهی رودخانه براساس آن پایه­گذاری می­شود. در این تحقیق، در ابتدا یک مدل تحلیلی با به­کارگیری تئوری­های حدی ارایه­شده و روابط هندسه هیدرولیکی چند­متغیره قابل کاربرد در رودخانه­هایی که بار بستر بر ریخت­شناسی آن­ها غالب است،  استخراج شد. سپس با مطالعه صحرایی روی تعدادی از رودخانه‌های کشور در دو استان خوزستان و چهارمحال‌ و ‌بختیاری، در مجموع از بستر 24 ایستگاه آب­سنجی در بازه‌های شنی 17 رودخانه، به­منظور شناخت نحوه دانه‌بندی ذرات رسوبی بستر، نمونه­برداری شد. با توجه به ساختار بسترهای شنی، با استفاده از روش‌های سطحی و حجمی و با تفکیک رسوبات در دو بخش ذرات سطح ‌بستر و لایه ‌مسلح نمونه­برداری­‏ها انجام شد. سپس روابط رژیم با استفاده از رگرسیون غیرخطی به­دست­آمده و تأثیر دانه‏بندی ذرات در ساختار بستر در این روابط بررسی گشت. مقایسه توان­های هندسه هیدرولیکی توسعه­یافته حاصل از مدل تحلیلی با نتایج حاصل از مطالعه صحرایی و نیز مقایسه با روابط هندسه هیدرولیکی موجود، هم­خوانی مناسبی را نشان می­دهد. در انتهامدل تخمین ابعاد پایدار با داده­های صحرایی کشور ایران مورد واسنجی قرار گرفته و به­طور متوسط خطای نسبی محاسبه عرض و عمق مقطع پر به­ترتیب 26 درصد و 24 درصد به­دست آمده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analytical and Empirical Regime Relationships in Alluvial Rivers

نویسندگان [English]

  • Mahsa Mahmoudi 1
  • Mohammad Reza Majdzadeh Tabatabai 2
  • Seyed Saeid Mousavi Nadoushani 2
1 M. Sc. Student of River Engineering, Faculty of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Iran.
2 Assistant of Professor, Faculty of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Iran,
چکیده [English]

It is vitally important that rivers reach an equilibrium state (regime). To be more precise, determination of stable hydraulic geometry is one of the most important factors on which designing, planning and training of rivers is based. In this research, an analytical model was proposed initially by using extremal hypotheses and then multivariate hydraulic geometry relationships were applied to the rivers under dominant bed load. Thereafter, field study was carried out on several gravel bed rivers in Khuzestan and Chaharmahal provinces. A total of 24 hydrometeorological stations in 17 river reaches were sampled to characterize bed material gradation curve. With regards to bed structure of gravel bed rivers, samplings were made by surface and volumetric methods. Then, sediment samples were put into two categories of surface and armor layers. The collected field data was originally applied to derive regime relationships by using multivariate regression analysis. The effect of bed structure was directly studied to better understand it in the regime relationships. A reasonable agreement was observed between the developed analytical and empirical exponents of the hydraulic geometry relationships in this study and those by other researchers. Finally, the developed model was calibrated using the field data of Iran and the mean relative error of the bankfull width and depth calculation were 26% and 24%, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • hydraulic geometry
  • extremal hypotheses
  • gravel bed

1-    Brownlie, W. R., 1983. Flow depth in sand-bed channels. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 109, pp. 959–990.

 

2-    Bunte, K. and Abt, S. R., 2001. Sampling surface and subsurface particle‐size distributions in wadable gravel‐ and cobble‐bed streams for analyses in sediment transport, hydraulics, and stream‐bed monitoring. USDA Forest Service Rocky Mountain Research Station, General Technical Report RMRSGTR‐74.

 

3-    Chow, V.T., 1959. Open Channel Hydraulics. New York, McGraw-Hill Book Company, Inc.

 

4-    DuBoys, P., 1879. River Rhone and tributaries of unconsolidated sediments. Annales de ponts et chausses, 18 (5), pp. 141–195.

 

5-    Engelund, F. and Skovgaard, O., 1973. On the origin of meandering and braiding in alluvial streams. Journal of Fluid Mechanics, 57, pp. 289-302.

 

6-    Hey, R.D. and Thorne, C.R., 1986. Stable channels with mobile gravel beds. Journal of the Hydraulic Engineering, ASCE, 112 (8), pp. 671- 689.

 

7-    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, 46 (9), pp. 1-11.

 

8-    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.

 

9-    Huang, H.Q. and Nanson, G.C., 2002. A stability criterion inherent in laws governing alluvial channel flow. Earth Surface Processes and Landforms, 27 (9), pp. 929-944.

 

10-Lacey, G., 1958. Flow in alluvial channels with sandy mobile beds, Proceedings of the Institute of Civil Engineers, London, 9, discussion, 11, pp. 145–164.

 

11-Mahmoudi, M., Majdzadeh Tabatabai, M.R. and Mousavi Nadoushani, S., 2016. Analytical application of maximum sediment transport capacity to determine hydraulic geometry relationships in gravel bed rivers. Modares Civil Engineering Journal, 16(3), pp. 177-191. (In Persian).

 

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

 

13-Meyer-Peter, E. and Muller, R., 1948. Formulas for bed load transport. In Proceedings of the 3rd Meeting of IAHR Stockholm.

 

14-Milhous, R.T., Hogan, S.A., Abt, S.R. and Watson, C.C., 1995. Sampling river-bed material: The barrel Sampler Rivers. 5 (4), pp. 239-249.

 

15-Parker, G., 1979. Hydraulic geometry of active gravel rivers. Journal of the Hydraulics Division, ASCE, 105, pp. 1185–1201.

 

16-Van Rijn, L.C., 1984. Sediment Transport, Part I-Bed Load Transport. Journal of the Hydraulic Engineering, ASCE, 110 (10), pp. 1431–1456.