آمار
| تعداد نشریات | 14 |
| تعداد شماره‌ها | 690 |
| تعداد مقالات | 7,129 |
| تعداد مشاهده مقاله | 11,373,196 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 10,303,150 |
اثر جانمایی سد و قفل کشتیرانی مارد بر هیدرولیک جریان و رسوب‌گذاری رودخانه کارون | ||
| مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 21 مهر 1405 | ||
| نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2026.24911.3867 | ||
| نویسندگان | ||
| مرتضی بختیاری* 1؛ امید امیرخانی ابذهلی2؛ امید ماه پیکر3 | ||
| 1دانشیار دانشکده مهندسی دریا دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر | ||
| 2دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران آب و سازه های هیدرولیکی دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر | ||
| 3استادیار گروه فیزیک دریا، دانشکده علوم دریایی و اقیانوسی ، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: احداث سازه‌های کنترلی در رودخانه‌ها، به‌ویژه رودخانه‌های متأثر از جزرومد، می‌تواند تعادل میان نیروی جریان، ظرفیت انتقال رسوب و پایداری بستر را تغییر دهد. این تغییر در محیط‌های جزرومدی پیچیده‌تر است، زیرا جهت و شدت جریان، تراز سطح آب، برگشت جریان، شوری و رسوبات معلق در زمان‌های مختلف تغییر می‌کند و محل‌های ته‌نشینی و فرسایش را جابه‌جا می‌سازد. رودخانه مارد در جنوب غرب استان خوزستان، به دلیل ارتباط با سامانه کارون و بهمنشیر و نزدیکی به آبادان و خرمشهر، از نظر تأمین آب، کنترل پیشروی شوری، حفاظت از نخلستان‌ها، کشاورزی، مصارف صنعتی و مسیرهای آبی اهمیت زیادی دارد. قفل کشتیرانی سازه‌ای هیدرولیکی است که با ایجاد محفظه کنترل‌شده بین دو تراز آبی، امکان عبور شناورها را فراهم می‌کند. در چنین سازه‌ای، تغییر تراز آب در محفظه قفل و وجود مانع هیدرولیکی می‌تواند بر سرعت جریان، زمان ماند آب و انتقال رسوب اثر بگذارد. احداث سد و قفل کشتیرانی مارد با هدف تنظیم جریان و کنترل شوری مطرح شده است، اما جانمایی آن می‌تواند با کاهش سرعت و افزایش زمان ماند آب، ظرفیت حمل رسوب را کاهش دهد و موجب افت عمق مؤثر کانال شود. نوآوری اصلی این پژوهش، بررسی همزمان اثر جانمایی سد و قفل کشتیرانی بر هیدرولیک جریان، رفتار رسوبات ریزدانه و تغییرات عمق مؤثر مسیر کشتیرانی در یک رودخانه جزرومدی با استفاده از مدل عددی CCHE2D و تحلیل سناریوهای مختلف است. هدف پژوهش، ارزیابی عددی اثر جانمایی سد و قفل کشتیرانی مارد بر میدان جریان، تغییرات بستر و الگوی رسوب‌گذاری رودخانه مارد است. مواد و روش‌ها: برای انجام پژوهش، داده‌های هندسی، هیدرولیکی و رسوبی گردآوری و برای مدل‌سازی عددی آماده شد. داده‌های هندسی شامل مسیر رودخانه، خط‌القعر، مقاطع عرضی، پروفیل‌های طولی و محدوده کانال محاسباتی بود. داده‌های هیدرولیکی شامل دبی جریان، تراز سطح آب، شرایط مرزی بالادست و پایین‌دست و ضریب زبری مانینگ بود. داده‌های رسوبی نیز شامل رسوبات معلق، منحنی دبی-رسوب، دانه‌بندی مصالح بستر و مشخصات رسوبی ایستگاه سد و قفل کشتیرانی مارد بود. بخشی از اطلاعات از گزارش‌ها و داده‌های سازمان آب و برق خوزستان و بخشی از داده‌های مکانی از برداشت میدانی و تعیین موقعیت ایستگاه‌ها تکمیل شد. منحنی سنجه بار معلق ایستگاه سد و قفل کشتیرانی مارد از داده‌های موجود سازمان آب و برق خوزستان در دوره آماری ۱۳۹۸ تا ۱۳۹۹ استخراج و به‌عنوان شرط مرزی رسوبی به مدل معرفی شد. در این پژوهش منحنی سنجه جدیدی برازش یا تولید نشد، بلکه داده‌های سازمانی موجود برای تعریف بار رسوبی ورودی استفاده گردید. پس از آماده‌سازی داده‌ها، هندسه رودخانه در محیط CCHE-Mesh بازسازی و شبکه محاسباتی ساختاریافته و منطبق بر هندسه رودخانه تهیه شد. در محدوده نزدیک به سازه، به دلیل احتمال تغییر ناگهانی سرعت، جریان‌های موضعی و تغییرات رسوبی، تراکم شبکه افزایش یافت. برای شبیه‌سازی هیدرولیک جریان و فرآیندهای رسوبی از مدل عددی CCHE2D استفاده شد. این مدل با حل معادلات جریان به‌صورت دوبعدی در پلان و با میانگین‌گیری در عمق، امکان تحلیل تغییرات طولی و عرضی سرعت، عمق، تنش برشی و تغییرات بستر را فراهم می‌کند. برای بررسی سناریوهای رسوبی و مقایسه روابط انتقال رسوب، از مدل HEC-RAS نیز استفاده شد. سه سناریوی اصلی تعریف گردید: سناریوی نخست برای بررسی کیفیت شبکه و پارامترهای هیدرولیکی پایه؛ سناریوی دوم برای ارزیابی اثر جانمایی بر انتقال رسوب و تغییرات بستر؛ و سناریوی سوم برای مقایسه روابط انتقال رسوب و شرایط احداث سد. دبی جریان در این پژوهش به‌عنوان شرط مرزی بالادست به مدل معرفی شد و هدف مدل‌سازی، شبیه‌سازی مستقل دبی نبود؛ بلکه بازتولید میدان جریان و تحلیل اثر آن بر الگوی رسوب‌گذاری مدنظر قرار گرفت. یافته‌ها: نتایج مدل‌سازی نشان داد که جانمایی سد و قفل کشتیرانی مارد اثر مستقیم بر میدان سرعت، تراز سطح آب، تراز بستر و ظرفیت انتقال رسوب دارد. خروجی‌های مکانی مدل نشان دادند که تغییرات تراز بستر و سطح آب در امتداد بازه مدل‌سازی‌شده یکنواخت نیست و نواحی مختلف رودخانه از نظر عمق، شیب انرژی، سرعت و ظرفیت حمل رسوب رفتار یکسانی ندارند. بر اساس خروجی مدل، دامنه سرعت جریان از مقادیر بسیار کم تا حدود ۳٫۷۷ متر بر ثانیه تغییر کرد. تمرکز سرعت‌های بالاتر در برخی بخش‌ها بیانگر افزایش ظرفیت انتقال رسوب و کاهش احتمال ته‌نشینی است، در حالی که پهنه‌های کم‌سرعت می‌توانند محل‌های بالقوه رسوب‌گذاری باشند. مقایسه مکانی تراز بستر، سطح آب و سرعت نشان داد که محل‌های کم‌سرعت الزاماً با محل‌های دارای بیشترین تغییر تراز بستر یکسان نیستند؛ بنابراین تفسیر رسوب‌گذاری باید بر پایه ترکیب چند خروجی هیدرولیکی و رسوبی انجام شود. بررسی دانه‌بندی مصالح بستر نشان داد که مصالح غالب بستر رودخانه مارد از ماسه بسیار نرم و سیلت تشکیل شده است. این اصلاح از نظر علمی اهمیت دارد، زیرا رفتار رسوبات ریزدانه با مصالح درشت‌دانه متفاوت است و ته‌نشینی آن‌ها به کاهش سرعت جریان، افت تنش برشی و افزایش زمان ماند آب وابسته است. در چنین شرایطی، کاهش سرعت در محدوده اثر سازه می‌تواند موجب کاهش ظرفیت انتقال رسوبات ریزدانه و افزایش احتمال ته‌نشینی در کانال شود. نتایج پروفیل طولی نیز نشان داد که تغییرات بستر در طول مسیر یکنواخت نیست و نوسان کف کانال می‌تواند عمق مؤثر مسیر کشتیرانی را تغییر دهد. بر اساس داده‌های گزارش‌شده، عمق مسیر کانال بر پایه هیدروگرافی برابر ۳۰٫۵ متر و عمق حاصل از مدل‌سازی رسوبی برابر ۲۸٫۵ متر به دست آمد؛ بنابراین اختلاف مطلق دو مقدار برابر ۲ متر و اختلاف نسبی آن حدود ۶٫۵۶ درصد کاهش عمق مؤثر کانال است. همچنین نتایج سناریوی مقایسه‌ای نشان داد که اصلاح یا کاهش اثر بازدارندگی سد می‌تواند متوسط سرعت جریان را حدود ۵۰ درصد افزایش دهد و توان رسوب‌گذاری رودخانه را حدود ۴۰ درصد کاهش دهد. این مقادیر به‌صورت شاخص نسبی و بر پایه بازپردازش نتایج سناریوها محاسبه شده‌اند و بیانگر مقایسه وضعیت پایه با وضعیت اصلاح‌شده از نظر اثر هیدرولیکی سازه هستند. مقایسه روابط انتقال رسوب نشان داد که رابطه انگلوند-هانسن نسبت به سایر روابط بررسی‌شده تطابق بهتری با داده‌های اندازه‌گیری‌شده در مقطع سد و قفل کشتیرانی مارد دارد. نتیجه‌گیری: یافته‌های پژوهش نشان می‌دهد که رسوب‌گذاری در محدوده رودخانه مارد تنها پیامد ورود رسوب یا تغییرات طبیعی رودخانه نیست، بلکه به‌شدت به جانمایی سد و قفل کشتیرانی و اثر هیدرولیکی آن بر میدان جریان وابسته است. کاهش سرعت جریان در محدوده اثر سازه، ظرفیت حمل رسوب را کاهش داده و احتمال ته‌نشینی مصالح ریزدانه بستر را افزایش می‌دهد. در مقابل، اصلاح شرایط هیدرولیکی و کاهش اثر بازدارندگی سازه می‌تواند میدان جریان را فعال‌تر کند، ظرفیت انتقال رسوب را افزایش دهد و احتمال افت عمق کانال را کاهش دهد. با توجه به اینکه مصالح غالب بستر از ماسه بسیار نرم و سیلت تشکیل شده است، مدیریت رسوب در این محدوده باید بر کنترل پهنه‌های کم‌سرعت، پایش تغییرات تراز بستر، بررسی زمان ماند جریان و برنامه‌ریزی لایروبی هدفمند متمرکز باشد. کاهش ۶٫۵۶ درصدی عمق مؤثر کانال و همچنین افزایش ۵۰ درصدی شاخص سرعت و کاهش ۴۰ درصدی شاخص توان رسوب‌گذاری نشان می‌دهد که مسئله رسوب‌گذاری باید پیش از بهره‌برداری و در مرحله انتخاب یا اصلاح گزینه مکانی سازه تحلیل شود. بنابراین، اتکا به لایروبی کافی نیست و مدیریت رسوب باید شامل جانمایی مناسب، کنترل بهره‌برداری، پایش تراز بستر، بررسی دانه‌بندی، مدیریت تراز آب و لایروبی هدفمند باشد. در مجموع، مدل‌سازی عددی دوبعدی همراه با تحلیل سناریوهای جانمایی و مقایسه روابط انتقال رسوب می‌تواند ابزار مؤثری برای کاهش عدم قطعیت در طراحی و مدیریت سازه‌های رودخانه‌ای و حفظ پایداری مسیرهای کشتیرانی در رودخانه‌های جزرومدی جنوب غرب ایران باشد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| سد مارد؛ قفل کشتیرانی؛ CCHE2D؛ هیدرولیک جریان؛ رسوب‌گذاری | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1 |
||
سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب