بررسی تاثیر تنه های درخت افتاده در مسیر جریان رودخانه بر مشخصات ناحیه هایپریک در فصول تابستان و زمستان با استفاده از نرم افزار کامسول (مطالعه موردی رودخانه گرمابدشت گرگان)

رودخانه ها سیستم های پیچیده ای هستند که انواع فرآیندهای شیمیائی، بیولوژیکی و فیزیکی در آن ها اتفاق افتاده و تحت تاثیر عوامل و متغیرهای مختلف از نظر ابعاد، شکل، راستا و الگو در تغییر هستند. تغییراتی که در شرایط رودخانه ها رخ می دهد، تاثیرات فراوانی در اکوسیستم رودخانه بوجود می آورد. انجام هرگونه فعالیت در رودخانه ها مستلزم شناخت قواعد حاکم بر رودخانه و پیش بینی عکس العمل رودخانه نسبت به آن است تا از پیامدهای زیان بار مربوطه جلوگیری شود. شناخت فرآیندهای رودخانه ها با اندازه گیری پارامترهای هیدرولیکی در مقیاس واقعی معمولا دشوار می باشد. از سوی دیگر مدل سازی انتقال رسوب نیز امری کاملا پیچیده و مشکل می باشد، بدلیل اینکه اطلاعاتی که جهت پیش بینی تغییرات بستر به کار می رود، اساسا دارای عدم قطعیت بوده و تئوری های به کار رفته نیز تجربی بوده و حساسیت شدیدی نسبت به دامنه وسیعی از متغیرهای فیزیکی از خود نشان می دهند. بالا بودن هزینه های مربوط به تجهیزات آزمایشگاهی و محدودیت استفاده از دستگاه های اندازه گیری، از جمله دلایلی دیگر است که استفاده از روش های فیزیکی را محدود ساخته و باعث سوق یافتن متخصصان به سمت مدل سازی ریاضی و عددی برای شبیه سازی جریان داخل مجاری آبی شده است. تغییر مستمر جزو اصول حاکم بر هر رودخانه است، تغییر در شرایط جریان ، تغییر و جابه جایی در سایر مشخصات هندسی رودخانه را نیز سبب می شود. با توجه به اینکه غالبا رودخانه ها در بسترهای آبرفتی خود درحال حرکت هستند، در اثر وجود تنش برشی درکف بستر، انواع مختلفی از شکل های بستر درکف رودخانه ها شکل گرفته است. اشکال شکل گرفته باعث می شود، قسمتی از جریان آب سطحی در رودخانه به محیط متخلخل زیرآن وارد شده و پس از اکسیژن رسانی و تغذیه جانداران کفزی دوباره به جریان آب سطحی باز می گردد. به این نوع از جریان ها که از اختلاط جریان سطحی و جریان زیرسطحی در محیط متخلخل زیر و اطراف رودخانه بوجود می آیند، جریان هایپریک گفته می شود. سیستم آب های سطحی، زیرسطحی، زیرزمینی و تبادلات بین آنها در سه سطح نقطه ای، بازه و حوزه آبریز می باشد. تنه های درخت افتاده در مسیر رودخانه ها از ساختارهای متداول در رودخانه ها هستند. یکی از عوامل ایجاد تبادل هایپریک، وجود گرادیان فشار در مرز جریان سطحی و محیط متخلخل است. گرادیان فشار در اثر عوامل مختلفی مانند موانع موجود در سر راه جریان و یا فرم های بستر بوجود می آید. بسته به بزرگی این عوامل، بر روی مقدار تبادل و عمق گستردگی هایپریک تاثیر خواهد گذاشت.اولین گام در شناخت پدیده هایپریک و کاربرد آن، بررسی تغییرات خصوصیات این منطقه شامل مقدار تبادل جریان، عمق و زمان ماندگاری است. بنابراین اهداف تحقیق حاضر عبارتند از: بررسی اثر وجود موانع طبیعی ایجاد شده توسط تنه درختان بر مشخصه های هایپریک و تاثیر چیدمان موانع طبیعی ایجاد شده توسط تنه های درختان بر مشخصات هایپریک می باشد.

تحقیق میدانی حاضر در فصل های تابستان و زمستان سال 1400 در رودخانه گرمابدشت گرگان جهت بررسی اثر تنه های درختان افتاده در مسیر رودخانه به عنوان مانع طبیعی جریان درحالت های مختلف ضخامت تنه درخت (ضخامت 30-60-90 سانتی متر) مورد بررسی قرار گرفت. رودخانه گرمابدشت بعنوان یکی از مهم ترین منابع تامین کننده اب شرب شهر گرگان از دامنه های کوه بلند یزدکی در نقطه ای به فاصله 27 کیلومتری جنوب شرقی گرگان سرچشمه گرفته و در ادامه درجهت شمال جاری می شود. سپس از میان ارتفاعات بلند و به هم پیچیده می گذرد و وارد دشت های شرقی گرگان می شود. جهت انجام تحقیق حاضر، پیزومترهایی در بالادست و پایین دست تنه درختان تعبیه شده سپس با استفاده از مدل عددی در محیط نرم افزار کامسول، نسبت به شبیه سازی جریان هایپریک جهت برآورد میزان دبی تبادلی مورد ارزیابی قرار گرفت.

این مطالعه یافته های قانع کننده ای در مورد همبستگی بین داده های مشاهده ای پیزومتر و نتایج حاصل از شبیه سازی عددی را به دست آورد. بررسی ها نشان داد، بین داده های مشاهداتی پیزومتر و نتایج شبیه سازی 91 درصد همبستگی وجود دارد. بر این اساس، دبی های تبادلی محاسباتی از مدل عددی مورد بررسی قرار گرفت. یافته ها نشان داد، میزان جریان مبادله شده در شرایط انسداد، بیشتر از شرایط بدون انسداد است. این مسئله نشان می دهدکه تنه درختان می تواند تاثیر قابل توجهی بردینامیک جریان هایپریک داشته باشند، پیامد مهم آن، تاثیر مستقیم بر اکوسیستم های رودخانه ای به ویژه در رابطه با حفظ پوشش گیاهی ساحلی و زیستگاه های آبی است. همچنین بررسی زمان ماندگاری خطوط جریان در سه حالت مانع دار نشان می دهد، افزایش مانع در مسیر جریان، افزایش زمان ماندگاری را به همراه داشته است، زیرا با افزایش ارتفاع مانع، خطوط جریان عمیق تر شده و طول آن افزایش پیدا کرده است، از این رو زمان ماندگاری نیز افزایش پیدا کرده است.

نتایج حاکی ازآن بود بیشترین مقدار دبی تعادلی در حالتی که ضخامت تنه درخت30 سانتی متر در زمستان می باشد، اتفاق می افتد. همچنین مقدار دبی تبادلی با ایجاد مانع، بیشتر از مقدار دبی تبادلی درحالت بدون مانع می باشد. مقدار دبی تعادلی در زمستان بیشتر از مقدار دبی تبادلی درتابستان می باشد. همچنین بررسی نفوذ خطوط جریان نشان می دهد، با افزایش ضخامت مانع، میزان نفوذ خطوط جریان افزایش یافته است. با توجه به گستردگی زمینه تحقیق، شایسته است تحقیقات بیشتری برای کشف فهم بیشتر از مکانیسم آن انجام گیرد.