مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران
پیاپی 1 (بهار 1386)

تعیین مناطق مولد سیل و اولویت بندی زیرحوزه ها از نظر سیل خیزی در مدیریت حوزه های آبخیز بزرگ، نقش مهمی دارد. از این نظر حوزه آبخیز سد گلستان به علت وقوع سیل های ویرانگر اخیر، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله با تلفیق GIS و مدل هیدرولوژیکی HEC-HMS، شدت سیل خیزی یا به عبارتی میزان مشارکت زیرحوزه ها در سیل خروجی کل حوزه در محل سد گلستان تعیین می شود. بدین منظور با استفاده از روش واکنش سیل واحد در محیط مدل HEC-HMS، زیرحوزه های آبخیز سد گلستان از نظر سیل خیزی اولویت بندی شده اند.

جریان آب سطحی در رودخانه های مناطق خشک در یک دوره زمانی کوتاهی اتفاق می افتد و به شدت متغیر است. وقتی یک سیلاب در رودخانه های مناطق خشک اتفاق می افتد، حجم آن در پایین دست به دلیل نفوذ آب در بستر، سواحل و دشتهای سیلابی کاهش می یابد. این تلفات نفوذ که تلفات انتقال نامیده می شوند، نه تنها باعث کاهش حجم سیلاب می شوند، بلکه باعث تنزل دبی اوج سیلاب نیز می گردند. چنین تلفاتی به عنوان یک منبع بزرگ تغذیه آب زیرزمینی و قنات ها در مناطق خشک نیز محسوب می شوند. در این تحقیق، روش روندیابی دینامیکی برای رودخانه های مناطق خشک توسعه داده شده است. بدین منظور روش های مختلف برآورد دبی نشت از رودخانه ها مورد بررسی قرار گرفته و بعد معادلات حاکم بر حرکت موج سیلاب (معادلات سنت- ونان) با وارد کردن عبارت مربوط به تلفات انتقال اصلاح شده و با استفاده از نرم افزار Matlab یک برنامه کامپیوتری (مدل روندیابی دینامیکی) برای حل این معادلات نوشته شده است. ارزیابی مدل روندیابی دینامیکی در شرایط میدانی با استفاده از هیدروگراف Lane و مشخصات رودخانه Hughes Wash دلالت بر تطابق نسبی نتایج مدل و مشاهدات میدانی دارد. به منظور شناسایی رفتار جریان و پیش بینی تلفات انتقال، مدل برای بازه ای از رودخانه زشک در خراسان رضوی اجرا شده است. انجام تحلیل حساسیت برروی پارامترهای ورودی این مدل نشان می دهد که نتایج خروجی این مدل یعنی دبی اوج هیدروگراف خروجی، حجم سیلاب و حجم نشت حساسیت بیشتری نسبت به پارامترهای ورودی طول و هدایت هیدرولیکی بازه تحت مطالعه و دبی اوج هیدروگراف ورودی به بازه دارند.

توزیع مکانی ذخائر برفی، به منظور برآورد هر چه دقیقتر روانآب حاصل از آنها، از اهمیت خاصی در آب شناختی برف برخوردار است. دستیابی به توزیع مکانی عمق برف می بایست از راه اطلاعات مشاهده ای و در مقیاسی فشرده، صورت گیرد. لیکن بدلیل محدودیتهای عملی، جمع آوری اطلاعات، به ویژه در مقیاس مذکور، دشوار و گاهی غیرممکن می باشد. استفاده از روش هایی که بتوانند عمق برف را در نقاط فاقد اندازه گیری، برآورد نمایند و نیز بررسی دامنه کاربرد آنها در این خصوص، امری ضروری است. برای این منظور در این پژوهش در محدوده ای به مساحت 2/5 کیلومتر مربع از حوزه کوچک صمصامی از سرشاخه های کارون شمالی، و با بهره گیری از 258 نقطه اندازه گیری شده عمق برف، دو روش معادله همبستگی خطی چندگانه و کریجینگ معمولی مورد ارزیابی و سپس مقایسه قرار گرفتند. ارزیابی مزبور از طریق مقایسه مقادیر برآورد شده توسط هریک از دو مدل توسعه یافته بر اساس 208 نقطه مشاهده ای در 50 نقطه ارزیابی با مقادیر مشاهده ای در این نقاط، صورت گرفت. تحلیل آماری داده ها نشان داد 67% تغییرات عمق برف تحت تاثیر عوامل ارتفاع، جهت شیب شمالی- جنوبی و شاخص بادپناهی از طریق روش معادله همبستگی خطی در فاصله اطمینان 95% مدل گردید. اما زاویه شیب رابطه معنی داری در فاصله اطمینان مذکور با عمق برف نداشت. از طرفی نتیجه های کاربرد کریجینگ معمولی در اطلاعات فوق، نشان داد که 62% تغییرات عمق برف با این روش مدل گردید. مقایسه توانایی های دو مدل (67% تغییرات عمق برف با 62% آن)، حاکی از برتری به طور نسبی کم مهادله همبستگی خطی نسبت به کریجینگ معمولی بود. لیکن کریجینگ معمولی به خاطر قابلیت بیشتر آن نسبت به معادله همبستگی خطی در نشان دان تغییرات تدریجی تر عمق برف در نقشه توزیع مکانی آن، از برتری بیشتری برخوردار بود.

در سال های اخیر، شبیه سازی باران به طور وسیعی در شناخت فرسایش خاک و فرآیندهای مربوط به آن مورد استفاده قرار گرفته است. اخیرا مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، یک واحد آزمایشگاه شبیه سازی باران و فرسایش تاسیس نموده که از بسیاری لحاظ از سایر شبیه ساز های موجود در کشور متفاوت می باشد. در تحقیق حاضر با معرفی سامانه مذکور، روشی برای واسنجی، یکنواختی بارش و توزیع اندازه قطرات باران شبیه سازی شده در سه فشار 01/0، 05/0 و 15/0 مگاپاسکال، مورد استفاده قرار گرفته است. اندازه گیری توزیع مکانی شدت بارش برای تک تک نازل ها به طور جداگانه روی قاعده مخروط بارش و نیز برای ترکیب های مختلف آنها در سطح فلوم در دو گام محاسبه ای و مشاهده ای انجام شد. به منظور تعیین توزیع اندازه قطرات از روش گلوله آردی استفاده گردید. نتایج به دست آمده نشان داد که توزیع بارش تمام شش نازل تقریبا مشابه است. با ایجاد ترکیب های مختلفی از نازل های فعال و با تغییر فشار آب، فاصله بین نازل ها و نحوه چیدمان آنها، شدت های متفاوتی از 35 تا 125 میلی متر در ساعت شبیه سازی گردید. برای بارش های منتخب، ضریب یکنواختی بیش از 90% بدست آمد. الگوی بارش در گام مشاهده ای نسبت به گام محاسبه ای دارای شدت و ضریب تغییرات بیشتری بود. میانه حجمی قطر قطرات باران شبیه سازی شده بین 64/1 تا 15/2 میلی متر اندازه گیری شد. افزایش تعداد نازل های فعال در یک فشار ثابت، افزایش میانه قطر قطرات را به دنبال داشت. با افزایش فشار آب در یک ترکیب مشخص از چیدمان نازل ها، شدت بارش افزایش یافت در حالیکه میانه قطر قطرات و همچنین سرعت و انرژی جنبشی برآوردی کاهش نشان داد. با فرض رسیدن قطرات به سرعت حد، سرعت نهایی و انرژی جنبشی باران شبیه سازی برای شدت های مختلف، به ترتیب بین70/5 تا 78/6 متر بر ثانیه و 24/16 تا 97/22 ژول بر متر مربع در میلی متر باران برآورد گردید.

محل تلاقی رودخانه از اجزاء مهم مورفولوژیکی در سامانه های رودخانه ای می باشد که به عنوان ناحیه ای با اغتشاش بالا و حرکت سه بعدی جریان شناخته شده است. به دلیل تغییر در مقدار و جهت سرعت، مقدار دبی جریان و دبی رسوب پدیده هایی چون فرسایش عمیق در بستر، فرسایش سواحل و بالاخره رسوبگذاری در پائین دست محل تلاقی اتفاق می افتد. این امر باعث ایجاد خسارت به ابنیه مجاور و از همه مهمتر تغییر ریخت شناسی رودخانه می شود. از این رو شناخت ساز و کار فرسایش و رسوبگذاری در این مکان ضروری است. در مطالعه حاضر به خاطر پیچیدگی مسئله و شرایط سه بعدی حاکم بر جریان و رسوب، شناخت پدیده فرسایش و رسوبگذاری در محل تلاقی رودخانه با استفاده از مدل فیزیکی مطالعه شده است. برای این منظور ابتدا با شناخت کلیه پارامترهای حاکم رابطه کلی بی بعدی که در آن برای اولین بار از عدد فرود ذره استفاده شده است استخراج گردید. سپس با ساخت مدل آزمایشگاهی تاثیر عواملی چون نسبت دبی شاخه فرعی به دبی کل جریان ()، نسبت پهنای شاخه فرعی به شاخه اصلی () و همچنین عدد فرود ذره در کانال پایین دست تلاقی () بر روی حداکثر عمق فرسایش بستر DS)) برای شرایط جریان زیر بحرانی در یک تلاقی 90 درجه مورد بررسی قرار گرفت. در مجموع تعداد 55 آزمایش با به کار بردن سه اندازه مختلف رسوب تغییر دادن عرض جریان و شرایط هیدرولیکی مختلف انجام گردید. نتایج آزمایش های انجام شده نشان داد که افزایش نسبت دبی، افزایش عدد فرود ذره در پایاب و کاهش نسبت پهنای شاخه فرعی به شاخه اصلی باعث افزایش حداکثر عمق فرسایش بستر در محل تلاقی می شود. میزان حداکثر فرسایش بیشتر به عدد فرود ذره بستگی نشان داد تا به سایر پارامترها رابطه ای نیز برای پیش بینی عمق آبشستگی ارائه شده است.

احداث نامناسب و نامتناسب پل ها و آبروها یکی از علل وقوع سیلاب از طریق تغییر در مقطع رودخانه، سرعت جریان، مناطق ذخیره ای سیلاب، تراز آب و گستره آن می باشد. در طی این پژوهش نقش احداث سه پل و سه آبرو بر عمق و پهنه سیل های با دوره بازگشت های 5 تا 700 سال در بازه ای به طول تقریبی 7 کیلومتر در رودخانه کن تهران مد نظر قرار گرفت. برای این منظور وضعیت هندسی رودخانه در دو حالت وجود و حذف فرضی سازه ها با استفاده از نرم افزار HEC-RAS، بررسی شد. نتایج به دست آمده از پژوهش بر تاثیر متفاوت هر یک از سازه های یاد شده بر تغییر عمق و سطح سیل گیری با دوره بازگشت های مختلف و همچنین تاثیر بیشتر آبروها نسبت به پل ها دلالت داشته است.

There are numerous methods for data filling in hydrology. Most, however, are based on correlations with nearby stations, in a general scheme of regionalization. These methods, though robust, fail to function where and when all the near stations are missed-data, too. The Mashhad synoptic station has annual rainfall data over a 50 year period from 1951 to 2000 and historic rainfall data from 1893 to 1940, just before World War II. This time series has about 15 years of missed data which can not be filled by usual methods. So, the techniques of geostatistics and kriging were adopted to this long-term time series as an alternative. The data showed a poor correlation at every time lag, showing that, while all the semi-variogram models performed nearly equal, there was a high correlation among each of the others. The results included with polynomial regression fits to different moving average orders, nailed at some reasonable estimates for missed rainfall values.