حساسیت‌سنجی معادلات برآورد انتقال بار کل رسوب در رودخانه‌ها

به منظور محاسبه‌ی دبی انتقال رسوب در رودخانه‌ها عمدتاً از معادلات تجربی استفاده می‌شود. متغیرهای به کار رفته در این معادلات خصوصیات جریان و رسوبات، مانند سرعت و عمق جریان، اندازه‌ی ذرات رسوب است. برآورد انتقال رسوب با استفاده از این معادلات نیز بر پایه‌ی اندازه‌گیری این خصوصیات صورت می‌گیرد. خطاهایی که در اندازه‌گیری‌های این خصوصیات رخ می‌دهد و در کاربردهای مهندسی معمول است، بر صحت محاسبات انتقال رسوب تاثیر می‌گذارد. در تحقیق حاضر، انتشار خطای موجود در خصوصیات فیزیکی ورودی و تاثیر آن در برآورد انتقال بار رسوب به‌صورت کمی بررسی شده است و بر اساس آن میزان حساسیت و  نقاط ضعف و قوت چهار معادله‌ی انتقال بار کل رسوبات شامل: معادلات انگلند و هانسن، شِن و هانگ، مولیناس و وو، و یانگ و لیم تعیین شده است. از آنجایی که معادلات تجربی انتقال رسوب معادلاتی غیرخطی هستند از روش عددی مونت کارلو برای مقایسه معادلات استفاده شد. نتایج نشان می‌دهد که از بین عوامل فیزیکی ورودی، به ترتیب، سرعت جریان، اندازه‌ی ذرات رسوب، و سپس ضریب زبری بیشترین، و تغییرات عمق جریان کمترین تاثیر را بر محاسبات انتقال رسوب دارند. همچنین نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که از بین چهار معادله‌ی مورد بررسی، معادله‌ی مولیناس و وو کمترین و معادله‌ی شن و هانگ بیشترین حساسیت را نسبت به خطای موجود در داده‌های خصوصیات فیزیکی ورودی دارند. در بیشتر حالات مورد بررسی، تفاوت مشاهده شده بین معادله‌ی شن و هانگ و معادله‌ی مولیناس و وو بسیار زیاد و در حدود چند صد درصد است. بنابراین توصیه می‌شود به‎جز در شرایطی که اندازه‌گیری‌های عوامل فیزیکی به‌طور دقیق انجام شده‌ است، معادله‌ی شن و هانگ به منظور محاسبه انتقال رسوب و یا استفاده در مدل‌های هیدرودینامیکی به‌کار برده نشود.

Sensitivity Analysis of Total Sediment Load Transport Equations in Rivers

In order to estimate the sediment transport discharge in rivers, empirical equations commonly are used. Variables of these equations are flow and sediment properties, such as flow depth and velocity, sediment grain size, or other properties. Estimation of sediment transport by using these equations is based on the measurement of the physical properties. In engineering applications, measuring errors of these properties affect the accuracy of sediment fluxes. The present study quantifies error propagation from the input properties and investigates its effect on the sediment transport calculations. This analysis determines the sensitivity, strengths and weaknesses of four total load equations, including: Engelund and Hansen, Shen and Hung, Molinas and Wu, and Yang and Lim. Due to nonlinearity of most of the sediment transport equations, a Monte Calro numerical method is used to compare these equations. Results show that among the input physical properties, flow velocity, sediment grain size, and roughness coefficient mostly affect the sediment fluxes, respectively. Variation of flow depth has the least effect on sediment transport estimations. Results also show that among four investigated equations, MolinasWu and ShenHung equations are the least and most sensitive to the errors in the input physical data, respectively. In most cases the deference between the ShenHung and MolinasWu equations is very high and about several hundred percent. Hence, it is recommended not to use the ShenHung equation for sediment flux estimation or in hydrodynamic models, except if the physical properties are measured with precision.