مدل‌سازی توزیع اندازه ذرات رسوبی در قوس رودخانه با استفاده از رگرسیون جمعی تعمیم‌یافته

توزیع اندازه ذرات رسوبی یکی از موضوعات مهم در دینامیک رسوبات است که به واسطه اثرگذاری بر انتقال رسوب، زبری بستر و شرایط زیست محیطی رودخانه مورد توجه قرار دارد و با وجود اهمیت بیشتر این موضوع در بسترهای قوسی به دلیل شرایط هندسی رودخانه و پیچیدگی جریان‌های حاکم، شناخت کمتری نسبت به آن وجود دارد. در این تحقیق توزیع اندازه ذرات رسوبی در قوس رودخانه‌های با بستر شنی تحت اثر مولفه‌های هندسی قوس و مشخصات هیدرولیکی جریان و با استفاده از داده‌های میدانی مطالعه شده است. 180 نمونه رسوبی از لایه سطحی بستر، پارامترهای هیدرولیکی جریان شامل سرعت و عمق جریان و مشخصات هندسی، از نه قوس آزاد رودخانه برداشت شده و پس از تعیین مشخصات دانه‌بندی رسوبات در آزمایشگاه و محاسبه سایر پارامترهای موردنیاز، از تئوری پی باکینگهام برای شناسایی پارامترهای موثر بی بعد و تعیین معادله مشخصه استفاده گردیده است. به منظور پرهیز از ایجاد خطا در نتایج، متغیرهای دارای ضریب همبستگی بیشتر از 0.5 و دارای مقدار احتمال بیشتر از 0.5 از فرایند مدل‌سازی حذف شده‌اند و در نهایت با به کارگیری روش رگرسیون جمعی تعمیم‌یافته یک مدل ریاضی برای توزیع اندازه ذرات رسوبی بر اساس پارامترهای هندسی قوس و مشخصات جریان ارائه شده است. رابطه به دست آمده اثرگذاری عدد فرود (fr)، پارامتر شیلدز (θshields ) و نسبت شعاع قوس به عرض مقطع (rc/t) بر متوسط اندازه رسوبات بستر (t/ds) با مقدار ضریب تعیین (r^2) برابر 0.76 را نشان می‌دهد.

Modelling of Sediment Grains Size Distribution in River Bend Using Generalized Additive Model

Sediment grains size have always been considered as one of the crucial issues in the case of sediment dynamics. This seems necessary as it significantly affects sediment transport, bed roughness, and river environmental conditions. Since the geometric factors and characteristics of hydraulic flow in river bends are very complex, the analysis of sediment grain size distribution becoming an essential issue in bends that has been studied less so far. In this research, the distribution of the sizes of sediment grains in natural river bends having gravel beds was taken into consideration using field data. To achieve such a goal, 180 sedimentary samples from upper layers and other hydraulic flow parameters, including the velocity and depth of the flow and the characteristics of geometric beds, were gathered from nine different river bends. After determining the grain sizes of the sediments in the laboratory and calculating other required parameters, the PBuckingham theory was applied to identify both the effective nondimensional parameters and the characteristic equation. Then, the Generalized Additive Model (GAM) was used to determine the relationship between variables. Also, to avoid errors in the results, variables with a correlation coefficient greater than 0.5 and a probability value (pvalue) greater than 0.05 were removed from the modeling process. Finally, a mathematical model for the distribution of sediment particle sizes based on the geometric parameters of the bends and the flow characteristics was developed. The obtained equation, with a coefficient of determination (R^2) equal to 0.76, shows that Froude Number (F_r), Shields parameter (θ_Shields), and the proportion of curvature radius to the top width section (R_c/T) affect on the median sizes of sediments in the gravel river bends.