محاسبه ظرفیت انتقال رسوب در رودخانه ها به کمک مدل ریاضی شبه دوبعدی

منحنی سنجه رسوب رودخانه ها برای بسیاری از مباحث و محاسبات مهندسی رودخانه مثل لایروبی، طراحی مخازن سدها، طراحی آبگیرهای جانبی و مدیریت برداشت مصالح رودخانه ای یک فاکتور اساسی است. اگرچه این منحنی به کمک داده های اندازه گیری شده همزمان دبی جریان و دبی رسوب توسعه داده می شود اما به دلیل تعداد کم داده های اندازه گیری در زمان وقوع سیل، اعتبار این منحنی در شرایط سیلاب کم است. این خلاء را می توان به کمک یک ابزار ساده و کاربردی مثل مدل های ریاضی شبه دوبعدی تا حدودی برطرف نمود. این مدل ها هم اکنون به عنوان یک راه حل بهینه و کارآمد، کاربرد گسترده ای در مباحث هیدرولیک جریان و رسوب رودخانه ها یافته اند. در این مدل ها، تغییرات سرعت در عرض رودخانه ها به کمک حل عددی معادلات دیفرانسیل ناویراستوکس و در شرایط جریان ماندگار و یکنواخت شبیه سازی می شود. در پژوهش حاضر با استفاده از مدل ریاضی شبه دوبعدی شیونو و نایت، توزیع عرضی سرعت جریان در رودخانه قره سو در حل ایستگاه هیدرومتری سیاه آب محاسبه شده و سپس به کمک این نتایج و تلفیق آنها با روابط تجربی انتقال رسوب، توزیع عرضی رسوب کل و ظرفیت انتقال رسوب رودخانه تعیین شد. نتایج حاصله نشان دهنده عملکرد مناسب مدل شبه دوبعدی در برآورد توزیع عرضی سرعت جریان با خطای متوسط 8.7 درصد می باشد. همچنین از میان روابط مختلف انتقال رسوب، رابطه انگلوند هانسن با خطای متوسط 34 درصد، بهترین دقت را در تخمین دبی رسوب رودخانه و استخراج منحنی سنجه رسوب داشته است. روابط تجربی یانگ و ایکرزوایت به ترتیب با متوسط خطای نسبی 46 و 64 درصد، در رده های بعد قرار دارند. رابطه لارسن نیز با متوسط خطای نسبی 258 درصد، دارای دقت بسیار کمی است.

Prediction of Sediment Transport Capacity in Rivers Using Quasi Two-Dimensional Mathematical Model

Sediment rating curve is an essential factor for many river engineering subjects and computations such as dredging, design of storage dams, river intakes design and sand mining management. Although, this curve is established using simultaneous measurement of flow and sediment transport discharges, however, due to lack of reliable data during flood events, it has limited reliability in flood conditions. This limitation may be coped with using a simple and practical tool like a semi two dimensional mathematical model. As an efficient and practical solution, these kinds of models currently have widespread applications in hydraulics of flow and sediment transport subjects. In this study, using the semi 2D mathematical model of Shiono and Knight, the transverse distribution of flow velocities were computed and then with combining these results with some empirical sediment transport formulas, the lateral profiles of sediment transport and total sediment discharges were predicted across Gharesoo river at the SiahAb station. The results indicated the suitable capability of Shiono and Knight model in computation of lateral distribution of flow velocity with about mean error of 8.7 percent. Also, among the selected sediment transport formulas, the EngelundHansen (1967) equation with mean error of 34 percent had a highest accuracy in prediction of river sediment transport discharges and sediment rating curve. The Yang (1996) and AckersWhite (1973) equations with mean errors of 48 and 64 percent, respectively attained the second and third places. Laursen equation with mean error of 258% corresponds to very low accuracy.