برآورد دبی انتقال رسوب رودخانه با استفاده از مدل ریاضی HEC-RAS

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی آب، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد

2 . مربی پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، تهران

3 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد

4 گروه آب و خاک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران،

5 گروه هیدرولوژی، دانشگاه شهید چمران اهواز، ایران

چکیده

برآورد مقدار بار رسوبی که یک جریان مشخص، قادر به حمل آن است یکی از موضوعات اصلی تحقیقات رسوب می­باشد. رودخانه ابهررود یکی از رودخانه­های مهم استان زنجان است که کشاورزی منطقه به آن وابسته می­باشد. در پژوهش حاضر از مدل HEC-RAS 4.1، به‌منظور شبیه­سازی جریان رسوبات رودخانه ابهررود استفاده شده است. بدین منظور با استفاده از نقشه DEM این رودخانه با مقیاس 1:4000، در بسته الحاقی Hec-GeoRas در نرم­افزار Arc Map، تعداد 730 مقطع در طول 50 کیلومتر رودخانه تهیه شد و برای معرفی هندسه رودخانه به مدل (Hec-Ras) استفاده شد. همچنین با استفاده از دبی­های حداکثر اندازه­گیری شده با طول آماری 33 ساله در ایستگاه هیدرومتری قروه، دبـی با دوره بازگشت 25 ساله با استفاده از نرم­افزار HYFA محاسبه و برای شبیه­سازی هیدرولیکی رودخانه مورد استفاده قرار گرفت. پس از کالیبره نمودن مدل برای شرایط هیدرولیکی رودخانه و مدل­سازی شرایط جریان شبه غیرماندگار، اطلاعات شرایط مرزی و دانه­بندی مواد بستر رودخانه به مدل معرفی شد. با استفاده از رابطه­های انتقال رسوب، ظرفیت انتقال رسوب رودخانه ابهررود محاسبه شد. مقایسه بین نتایج به‌دست‌آمده و داده­های اندازه­گیری شده نشان می­دهد که معادله یانگ (Yang) با داشتن خطای کمتری نسبت به سایر معادله­ها، برآورد قابل قبول­تری داشته است. بر این اساس پیشنهاد می­شود جهت شناخت پتانسیل میزان انتقال رسوب از این مدل در مناطق مختلف رودخانه استفاده شود. همچنین بررسی وضعیت فرسایش و رسوب­گذاری رودخانه با استفاده از معیارهای هالستروم و شیلدز نشان می­دهد که وضعیت هیدرولیکی جریان در طول رودخانه به‌گونه‌ای است که تمامی مقاطع رودخانه در وضعیت فرسایش می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Prediction of the sediment load in the river by HEC-RAS

نویسندگان [English]

  • Azadeh Jabary 1
  • Ahmad Hosseini 2
  • Amir hamzeh Haghiabi 3
  • Samad Emamgholizadeh 4
  • Abdolkarim Behnia 5
1 Ph.D Student of Hydro-Structure Engineering, Department of Water Engineering, Lorestan University;
2 Instructor, River Engineering Department, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute
3 Associate Professor, Water Engineering Department, Lorestan University
4 . Associate Professor, Water and Soil Department, Shahrood University of Technology
5 Professor, Hydrology Department, Shahid Chamran University
چکیده [English]

Estimation of the sediment load which a specific flow is capable to transport, is one of the main topics of sediment researches. Abhar Rood River is one of the major rivers in Zanjan province which plays a big role in the agriculture of the region. In the present research, HEC-RAS 4.1 model is utilized to simulate the sediment hydraulic in Abhar Rood River. For this purpose, 730 sections along 50 km of Abhar Rood have been prepared by using the DEM map of the river (map scale 1:4000) in Hec-GeoRas extension of ArcMap, thereafter it was used to introduce the river geometry information to Hec-RAS model. Also the discharge amount with 25 years return period has been calculated in HYFA model using the 33 years flooding discharge data which was measured at the Ghorveh hydrometric station and used to simulate hydraulic flow of the Abhar Rood River. After calibrating the model for hydraulic conditions of the river, sediment boundary condition and bed gradation have been defined in model. Thereafter the sediment transport capacity of the river was calculated by transport functions at total cross sections. The comparison between the achieved results and measured data shows that, the Yang equation has minimum error compared with other equations. Therefore Yang equation due to its acceptable results is recommended to recognize the sediment transport capacity potential. In addition, to investigate the erosion and sedimentation status of Abhar Rood River, Hjulstrum and Shields criteria have been utilized. The hydraulic condition of this river shows the erosion status at the whole crosses of the river.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Abhar Rood
  • Erosion
  • HEC-RAS 4.1
  • Sedimentation

1. احمدیان، م. و ر. ناصری قلقاچی. 1389. تعیین مناسب­ترین معادله برای برآورد با رسوبی رودخانه مطالعه موردی: رودخانه آجی­چای. نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران. دانشگاه تربیت مدرس.

2. اسدی، ف.، ر. فضل­اولی، ع. عمادی و م. اسدی. 1390. شبیه­سازی هیدرولیک رسوب در رودخانه با استفاده از مدل ریاضی HEC-RAS4.0 (مطالعه موردی: رودخانه تالار). سومین همایش ملی مدیریت جامع منابع آب. دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری.

3. اکبری، غ.، م. فغفور مغربی و ص. تارم. 1390. بررسی ترکیب معادلات انتقال رسوب و روش­های محاسبه سرعت سقوط ذرات در مدل­سازی تغییر فرم بستر رودخانه. ششمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه سمنان.

4. امامقلی­زاده، ص.، س. شیردل، م. گنجویان، م. محمدیون و م. فتحی­مقدم. 1389. بررسی وضعیت فرسایش و رسوب‌گذاری رودخانه شیرین دره با استفاده از مدل ریاضی Hec-Ras. مجله مهندسی آب، سال اول، شماره (1)، ص 34-19.

5. پیرو، م.، م. قمشی، ا. نوحانی و م. روانسالار. 1391. بررسی وضعیت رسوب بستر رودخانه با مدل عددی HEC-RAS.4، مطالعه موردی رودخانه بشار یاسوج. همایش ملی انتقال آب بین حوضه­ای (چالش­ها و فرصت­ها). دانشگاه شهرکرد.

6. جوان اجدادی، م. و م. محمودیان شوشتری. 1387. برآورد بارمعلق رسوب با استفاده از شبکـه­های عصبی مصنوعی و سیستم استنتاجی فازی-عصبی تطبیقی و مقایسه با نتایج روش اینشتین (مطالعه موردی: رودخانه بالخلی چای، ایستگاه سامیان اردبیل). سومین کنفرانس مدیریت منابع آب. دانشگاه تبریز.

7. حسینی، س.م. و ج. ابریشمی. 1378. هیدرولیک کانال­های باز. دانشگاه امام رضا (ع).  613 صفحه.

8. حسینی، س.ا. 1389. گزارش برداشت مصالح رودخانه‌ای در محدوده‌ رودخانه‌های خررود و ابهررود. شرکت مهندسی مشاور مهاب قدس. 307 صفحه.

9. شفاعی بجستان، م. 1389. اصول نظری و عملی هیدرولیک انتقال رسوب. انتشارات دانشگاه شهید چمران اهواز. 586 صفحه.

10. Gibson, S., G. Brunner, S. Piper, and M. Jensen. 2006. Sediment transport computations with HEC-RAS. Proceedings of the Eighth Federal Interagency Sedimentation Conference (8thFISC), April 2-6, Reno, NV, USA.

11. Lorang, M.S. and G. Aggett. 2005. Potential s0edimentation impacts related to dam removal: Icicle Creek, Washington, U.S.A.

12. USACE. 2010. HEC-RAS River Analysis System, Reference Manual for Version 4.1.0 Report CPD-69, Hydrologic Engineering Center, Davis, CA.

13. Yang, C.T. 1996. Sediment Transport, Theory and Practice, Ottawa University, Mc-Grow Hill, 412p.