برآورد ظرفیت انتقال رسوب رودخانه‌ها با استفاده از مدل ریاضی شبه‌دوبعدی

سابقه و هدف: تخمین مناسب دبی جریان و رسوب در رودخانه‌ها به‌عنوان اطلاعات پایه برای بسیاری از طرح‌ها و پروژه‌های مهندسی رودخانه دارای اهمیت است. تاکنون از رابطه دبی- اشل و منحنی سنجه رسوب به‌عنوان ابزار اصلی محاسبه این دو پارامتر استفاده شده است. با وجود اهمیت بسیار زیاد دبی جریان در محاسبات هیدرولیک رودخانه‌ها، تاکنون روش و مدل ریاضی خاصی منظور تعیین دبی ارایه نشده و کماکان مهم‌ترین روش محاسبه دبی جریان، اندازه‌گیری سرعت در عرض رودخانه و سپس انتگرال‌گیری از توزیع سرعت است. اندازه‌گیری میدانی توزیع سرعت در رودخانه‌ها کاری زمان‌بر و پرهزینه بوده و در شرایط وقوع سیلاب، بسیار خطرناک خواهد بود (5). بر خلاف دبی جریان، برای محاسبه رسوب معلق و کل رودخانه‌ها، روش‌ها و مدل های ریاضی زیادی توسط پژوهشگران پیشنهاد شده است (4، 8، 26). اغلب مدل‌های ریاضی محاسبات رسوبی دارای تیوری و مبانی پیچیده‌ای بوده و به داده‌های ورودی زیادی نیز نیاز دارند. با توجه به شرایط خاص رودخانه های کشور و عدم وجود داده‌های هیدرولیکی و رسوبی مناسب، ضروری است راه‌حل‌ها و راهکارهای مناسبی پیشنهاد شوند. یکی از راهکارهای مناسب در این زمینه، استفاده از مدل های ریاضی شبه‌دوبعدی است (9، 10، 11، 28). شیونو و نایت (1991) با ارایه یک مدل شبه‌دوبعدی توزیع عرضی سرعت، محاسبه دبی جریان در رودخانه‌های سیلابی را با دقت قبولی امکان پذیر نمودند (24).مواد و روش‌ها: در این پژوهش برای استفاده کاربردی از مدل های ریاضی در محاسبات همزمان هیدرولیک جریان و رسوب، از یک مدل ریاضی شبه دوبعدی برای محاسبه دبی جریان و ظرفیت حمل رسوب استفاده شده و در ایستگاه هیدرومتری ملاثانی در رودخانه کارون واسنجی و صحت‌سنجی شده است. برای شبیه‌سازی حمل رسوب در این رودخانه، از سه رابطه تجربی انتقال رسوب شامل انگلوند- هانسن (1967)، ایکرز- وایت (1973) و یانگ (1979) استفاده شده است. تعداد اندک داده های ورودی مدل پیشنهادی این پژوهش، مزیت مهم آن نسبت به مدل های ریاضی پیچیده دو و سه‌بعدی است. یافته‌ها: نتایج این پژوهش نشان داد که رابطه دبی- اشل به‌دست آمده از این مدل در مراحل واسنجی و صحت‌سنجی به‌ترتیب دارای متوسط خطای نسبی حدود 4/2 و 4 درصد است که برای رودخانه عریضی مثل کارون قابل‌قبول است. همچنین مشخص شد که از بین روابط تجربی مورد استفاده برای برآورد انتقال کل رسوب در این پژوهش، رابطه یانگ در محدوده دبی های پایین جریان (کوچک‌تر از 800 مترمکعب بر ثانیه) دارای کارایی مناسب تری است. این در حالی است که روابط رسوبی انگلوند- هانسن و ایکرز- وایت در محدوده دبی های پایین جریان، برآورد کم‌تری از واقعیت ارایه کرده اما در دبی های بالا (بزرگ‌تر از 1000 مترمکعب بر ثانیه) نتایج بهتری نشان می دهند. نتیجه‌گیری: با توجه به اهمیت فراوان انتقال رسوب در شرایط سیلاب، استفاده از روابط انگلوند- هانسن و ایکرز- وایت در این شرایط در ایستگاه ملاثانی منطقی‌تر بوده و نتایج قابل‌قبول‌تری خواهند داشت.