برآورد فرسايش كناره اي رودخانه با استفاده از مدل BSTEM

Estimation of stream bank erosion by BSTEM model

فرسايش كناره اي يكي از منابع اصلي توليد رسوب در جريان ها و رودخانه ها شناخته مي شود، هرچند تعيين و برآورد سهم رسوب از فرسايش كرانه رود مشكل است. هدف اين مقاله نشان دادن كارايي مدل BSTEM به عنوان يك ابزار مناسب براي تعيين و تشخيص شرايط حاكم بر كرانه رودخانه در راستاي حفاظت از رود و ارزيابي اهميت فرسايش رودخانه اي و ويژگي هاي پوشش گياهي و فشار آب منفذي نزديك كرانه است. مدل پايداري كرانه و فرسايش پاي آن (BSTEM) به منظور پيش بيني پس روي كرانه رودخانه به علت فرسايش رودخانه اي و شكست ژئوتكنيكال طراحي شده است. در اين تحقيق همچنين مدل BSTEM براي شبيه سازي فرسايش هيدروليك در پاي كرانه و پايداري كرانه در طول يك سري وقايع جرياني (دبي لبالبي، دبي متوسط سيلاب و دبي حداكثر سيلاب) به منظور ارزيابي تغييرات فعلي (موجود) و بالقوه در فراواني شكست كرانه (فاكتور ايمني يا FS) و بار رسوبي حاصل از كرانه رود استفاده شده است. موقعيت مورد مطالعه در بخش خروجي رودخانه لاويج از كوهستان در منطقه پارك كشپل (چمستان- نور) قرار دارد. در اين بخش هرساله فرسايش كناره اي قابل توجهي به واسطه وقوع سيلاب هاي بزرگ رخ مي دهد. مطالعات نشان داد كه در كرانه رودخانه لاويج با لايه بندي متفاوت پس روي قابل توجهي در طول وقايع جرياني بزرگ رخ مي دهد. درواقع سيلاب هايي كه با دوره بازگشت بيش از 10 سال رخ مي دهند، نقش اصلي در فرسايش كناره اي و فرايند پس روي عرضي بر عهده دارند. نتايج تحليل مدل نشان مي دهد كه پس روي اندازه گيري شده در كرانه رود در سناريوهاي مختلف از صفر تا 81 سانتي متر تغيير مي كند و شرايط پايداري كرانه نيز در اولين سناريو ناپايدار(FS =0.9) و در سناريوي دوم و سوم تقريبا پايدار (FS=1.15-1.26) است. اضافه شدن پوشش گياهي بالاي كرانه مقاومت چسبندگي در يك متر بالاي كرانه را افزايش داده و منجر به كاهش بيشتر فراواني و حجم شكست كرانه مي شود. نتايج نشان داده است كه درنتيجه دخالت حفاظت هاي انجام گرفته بر روي كرانه هاي فرسايش پذير، حجم كلي رسوبات فرسايش يافته از كرانه را مي توان كاهش داد.

Stream bank erosion is known to be a major source of sediment shedding in streams and rivers. However it is difficult to define and estimate the contribution of sediment from river erosion. The purpose of this paper is to demonstrate the application of BSTEM model as a viable tool for identifying and quantifying the controlling bank-slope conditions for a range of stream-restoration objectives, evaluation of the importance of fluvial erosion, vegetation properties and near-bank pore-water pressure properties. The Bank Stability and Toe Erosion Model (BSTEM) were used in order to predict streambank retreat due to both fluvial erosion and geotechnical failure. In this research, BSTEM model also was used to simulate hydraulic erosion at the bank toe and bank stability during a series of flow events (bankfull discharge, mean annual flood, maximum flood discharge) for the purpose of evaluating current (existing) and potential changes in failure frequency (factor of safety or FS) and stream bank-derived loadings. The study site is located at the exit point of the Lavij river from the mountains in Kashpal park area (Chamestan-noor). Every year there is a significant amount of bank erosion caused by large floods in this river section. This study showed that for a multilayered stream bank in Lavij River, the most significant retreat occurred during a series of high flow events. In fact, the floods that occur with a return period of more than 10 years, play an important role in fluvial erosion and lateral retreat processes. Results of BSTEM analysis showed that lateral retreat measured at the stream bank in different scenarios ranged from 0 to 81cm and the bank stability conditions in the first scenario is unstable (FS =0.9), but in the second and thirds scenarios is almost stable (FS=1.15-1.26). Bank top vegetation provided additional cohesive strength to the top 1.0 m of the bank and resulted in a further reduction of failure frequency and failure volume. Results of this study showed that toe protection added to eroding stream banks can reduce overall volumes of eroded sediment.