مدل تحلیلی انتقال بار بستر در کانال‌های با شیب تند با رویکرد احتمالاتی آستانه های حرکت

تخمین بار بستر در کانال‌های با شیب تند و رودخانه‌های کوهستانی، بعلت پیچیدگی‌های فرآیند احتمالاتی انتقال رسوب و محدودیت تحقیقات در شیب‌های تند، دارای اهمیت ویژه‌ای است. اغلب معادلات باربستر برای کانال‌های با شیب ملایم توسعه یافته‌اند. انتقال باربستر در کانال‌های با شیب تند علاوه بر تاثیر پذیری از مشخصات تصادفی جریان آشفته و توزیع تصادفی ذرات رسوب، تحت تاثیر شیب طولی بستر است. احتمال آستانه حرکت در شیب تند نسبت به شیب ملایم متفاوت است و کمتر به شرایط احتمالاتی آستانه حرکت در آنها پرادخته شده است. در این تحقیق از رویکرد احتمالاتی برای توسعه روابط احتمال آستانه‌های حرکت سه‌گانه غلتش، لغزش و جهش در شیب‌های تند استفاده شده و مدلی تحلیلی احتمالاتی برای تخمین باربستر در رودخانه‌های با شیب تند براساس توزیع احتمال نرمال نوسان سرعت لحظه‌ای ارائه شده است. واسنجی نتایج مدل در مقایسه با نتایج 564 سری داده آزمایشگاهی در کانال‌های با شیب یک تا 20 درصد، نشان داد احتمال کل انتقال رسوب مجموع وزن‌دار سه احتمال آستانه حرکت غلتش، لغزش و جهش است. مقایسه باربستر تخمینی مدل با مقادیر واقعی نشان داد، مدل توسعه یافته با r2=0.92 و rmse=3.52 دقت مطلوبی در تخمین باربستر در کانال‌های با شیب تند دارد و مقایسه نتایج آن با نتایج شش معادله باربستر، نشان از دقت و عملکرد بهتر رویکرد پیشنهادی دارد. از مهمترین دستاوردهای این پژوهش، توسعه یک رویکرد تحلیل احتمالاتی برای تخمین باربستر است. مدل تحلیلی احتمالاتی توسعه یافته قابلیت کاربرد در تخمین باربستر در آبراهه‌های کوهستانی با شیب تند را دارد.

Analytical model for bed load transport in steep channels by the probabilistic approach of incipient motions

Estimation of Bed load transport in steep channels and mountain rivers, is important due to the complexity probabilistic processes of sediment transport and drawback of research in steep slopes. Most of bed load equations are developed for mild slope channels. Bed load transport in steep channels in additions to the effects of random properties of turbulent flow, and random distribution of grains in bed, also is affected by the steep slope. The probability of incipient motion in these channels is different form mild slope channels, and the conditional entrainment probability of them is less addressed. Therefore, in this study, a probabilistic based approach is used to develop the probability equations of the triple incipient motion thresholds of rolling, sliding and saltation on steep slopes and a probabilistic analytical model for estimating the bed load in steep slope rivers is presented based on the normal probability distribution of velocity fluctuations. Verification of the model results based on 564 experiments in slopes of one up to 20 percent, declares that the motion probability is a weighted summation of rolling, sliding and saltation probabilities. Comparing the bed load estimation in model with observed values indicates that the model with R2=0.92 and RMSE=3.52, have accurate estimation in steep slopes. The comparisons with six bed load equations in previous studies its superiority is confirmed. The main contribution of the study developed an analytical model for bed load transport in steep slopes that can used for bed load estimation in Mountain Rivers.