ضریب زبری مانینگ

روش های مختلفی برای کنترل, یا کاهش خسارات سیلاب وجود دارد. یکی از این روش ها پهنه بندی سیل است که با شبیه سازی بستر و دشت سیلابی رودخانه و رفتار هیدرولیکی آن، پهنه های سیلاب را در دوره بازگشت های متفاوت مشخص میکند. یکی از عوامل اصلی تأثیر گذار در سرعت، عمق و گسترة سیلاب در این روش، ضریب زبری مانینگ است. از سوی دیگر، پوشش خاک, بویژه پوشش گیاهی از تعیینکننده ترین عوامل میزان ضریب زبری مانینگ به حساب میآید. بنابراین انتظار میرود تغییرات فصلی پوشش گیاهی منطقه در مقدار محاسباتی ضریب زبری مانینگ و در نهایت بر پیش بینی رفتار هیدرولیکی سیلاب ها نقش بسزایی داشته باشد. در این تحقیق سعی شده به بررسی تأثیر تغییرات فصلی ضریب زبری مانینگ، متناسب با تغییرات حاصل در وضعیت پوشش گیاهی بازه ای از رودخانه هراز با استفاده ار سیستم اطلاعات جغرافیایی (الحاقیه HEC-GeoRAS )، نرم افزار HEC-RAS و نقشه های پلان رودخانه با مقیاس 1:500 استفاده شده و ضریب زبری مانینگ با روش کاون در دو فصل زمستان و تابستان به پیش بینی رفتار هیدرولیکی سیلاب های این مسیر پرداخته شود. نتایج حاکی از آن است که زمان تعیین ضریب زبری، به دلیل تغییرات در وضعیت پوشش گیاهی منطقه در مقادیر محاسباتی ضریب زبری برای سواحل رودخانه و دشت سیلابی آن مؤثر بوده و در نتیجه موجب تغییراتی در پهنه های سیلاب، سرعت و عمق آب، نیروی تنش برشی و توزیع حجم سیلاب در سطح دشت سیلابی در دورة بازگشت های مختلف میشود. افزایش پوشش گیاهی و به تبع آن ازدیاد ضریب زبری مانینگ در فصل تابستان سبب میشود در سواحل و دشت سیلابی تمامی مقاطع مورد مطالعه سرعت، قدرت و دبی جریان به مقدار زیادی نسبت به شرایط مشابه در فصل زمستان کاهش یابد. این امر در پیش بینی رفتار هیدرولیکی رودخانه در بازه های زمانی متفاوت، بخصوص در طرح های سازه ای و هیدرولیکی مؤثر و حایز اهمیت است.

در این تحقیق میزان تاثیر افزایش و یا کاهش ضریب زبری مانینگ بر پهنه سیل و تراز سطح آب مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور ابتدا لایه TIN ساخته شد و سپس با کمک اکستنشن HEC-GEORAS اطلاعات مورد نیاز تعیین و استخراج شد. آن گاه از طریق مشاهدات صحرایی، اقدام به برآورد ضریب زبری مانینگ گردید و در ادامه ضریب زبری بدست آمده از طریق مدل HEC-RAS کالیبره شد. سپس به منظور میزان تاثیر ضریب زبری مانینگ در گستره پهنه سیلابی، به میزان 5، 10 و 25 درصد، ضریب زبری کالیبره شده افزایش و کاهش داده شد و سپس با هریک از این حالات مدل اجرا گردید. آن گاه برای آن که بتوان سطح آبگرفتگی را در بازه مورد نظر به صورت پهن شده نشان داد، نتایج به محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی برده شد و سطح آبگرفتگی بازه مورد مطالعه تهیه شد. نتایج تحقیق بیانگر این واقعیت است که با افزایش ضریب زبری، گستره پهنه سیل افزایش می یابد و بالعکس. در ضمن کالیبره کردن ضریب زبری مهمترین تاثیر را بر روی پیش بینی پهنه سیل و ویژگیها جریان دارد و مدل هم بیشترین حساسیت را به ضریب زبری دارد.

پدیده سیلاب به عنوان یک رویداد هیدرواقلیمی و از مهم ترین مخاطرات طبیعی در ایران است، در این راستا تهیه نقشه های مناطق آسیب پذیر مخاطره سیلاب در محدوده های شهری از مهم ترین دغدغه های برنامه ریزان محیطی است. پژوهشگران برای دستیابی به این هدف باید از داده ها و مدل های هیدرولوژی مناسب با بهترین کارآیی استفاده کنند. در واقع یکی از مهمترین مسائلی که بر نتایج حاصل از مدل های مختلف هیدرولیکی که پهنه های خطر سیلاب را مشخص می کنند. تاثیرگذار است، نقش توان تفیک مدل رقومی ارتفاعی و ضریب زبری است. ضریب زبری هم یکی از مشخصه های مهم در مطالعه خصوصیات جریان رودخانه ای می باشد، لذا تعیین ضریب زبری مناسب که معرف شرایط واقعی رودخانه باشد از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش از مدل HEC-RAS در نرم افزار WMS که از کاربردی ترین مدل های هیدرولوژیست استفاده شده است. در این مدل تاثیر مدل های رقومی ارتفاع با توان تفکیک مختلف و میزان حساسیت مدل به تعیین ضریب زبری مانینگ در مساحت دقیق پهنه های متاثر از سیلاب درخروجی مدل بررسی شده است. منطقه مورد مطالعه در این پژوهش حوضه آبخیز رودخانه کشکان با وسعت 9276 کیلومترمربع است که قسمتی از آن مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج این پژوهش نشان می دهد که افزایش توان تفکیک مدل رقومی ارتفاعی در تعیین پهنه های آسیب پذیر سیلاب در دقت این مدل بسیار تاثیرگذار است و برعکس کاهش آن دقت محدوده ها را پایین آورده به طوریکه با واقعیت محیطی تطبیق ندارد، همچنین مدل HEC-RAS-WMS به تغییرات ضریب زبری مانینگ حساس بوده و باید برای تعیین پهنه های سیلاب در این مدل به تغییرات ضریب زبری و تعیین آن دقت لارم به عمل آید. با توجه به این موضوع پژوهشگران این حوزه باید دقت کافی را در استفاده از داده های مناسب در این موضوعات داشته باشند تا نتایج کاربرد مناسب را در برنامه ریزی های شهری و منطقه ای داشته باشد.

سرعت جریان تحت تأثیر مقاومت پوشش گیاهی درختچه ای، بوته ای و علفی در بستر و سواحل رودخانه ها و سیلاب دشت ها قرار دارد. با کاهش سرعت جریان، عمق جریان در مسیر افزایش می یابد که نتیجه آن، طغیان جریان در سیلاب دشت رودخانه است. در پژوهش حاضر، تأثیر پوشش گیاهی و عوامل مؤثر بر ضریب زبری مانینگ و برآورد سرعت جریان آب رودخانه ای مورد ارزیابی قرار گرفت. برای انجام این پژوهش به صورت برداشت میدانی، خصوصیات پوشش گیاهی و سرعت جریان در 24 مقطع عرضی در بازه ای به طول 70/16 کیلومتر از رودخانه قره سو اردبیل (محدوده روستای انزاب تا پل سامیان)، اندازه گیری شد. سپس ضریب زبری مانینگ با روش کوان برای هر یک از مقاطع رودخانه محاسبه شد. هم چنین به منظور بررسی ارتباط بین متغیرها و تأثیر آن ها بر یکدیگر، از آزمون همبستگی پیرسون در محیط نرم افزار SPSS، استفاده شد. نتایج پژوهش نشان می دهد که عمق جریان به ترتیب با سرعت جریان و عرض جریان رابطه معکوس معنی دار (889/0- r=، 934/0- r= و 01/0>p) و با ضریب زبری مانینگ رابطه مستقیم معنی دار (357/0- r= و 05/0 >p)، دارد. هم چنین، عرض جریان نیز به ترتیب با ضریب زبری مانینگ، رابطه معکوس معنی دار (387/0- r= و 05/0>p)، با سرعت جریان رابطه مستقیم معنی دار (941/0r= و 01/0 >p) دارد. ضریب زبری مانینگ به ترتیب با سرعت جریان، دبی رودخانه، شعاع هیدرولیکی و عرض جریان رابطه معکوس معنی دار (347/0- r=، 474/0- r=، 412/0- r=، 387/0- r=، و 05/0>p دارد. هم چنین نتایج پژوهش نشان داد که همبستگی مقادیر سرعت برآورد شده و اندازه گیری شده، نشان دهنده صحت قابل قبول معادله کوان در برآورد ضریب زبری و سرعت جریان در بازه های رودخانه موردمطالعه است.