بررسي تاثير تنه‌هاي درخت افتاده در مسير جريان رودخانه بر مشخصات ناحيه هايپريك در فصول تابستان و زمستان با استفاده از نرم افزار كامسول (مطالعه موردي رودخانه گرمابدشت گرگان)

مقدمه و هدف: رودخانه‌ها سيستم‌هاي پيچيده‌اي هستند كه انواع فرآيندهاي شيميائي، بيولوژيكي و فيزيكي در آن‌ها اتفاق افتاده و تحت تأثير عوامل و متغيرهاي مختلف از نظر ابعاد، شكل، راستا و الگو در تغيير هستند. تغييراتي كه در شرايط رودخانه‌ها رخ مي‌دهد، تأثيرات فراواني در اكوسيستم رودخانه بوجود مي‌آورد. انجام هرگونه فعاليت در رودخانه‌ها مستلزم شناخت قواعد حاكم بر رودخانه و پيش بيني عكس‌العمل رودخانه نسبت به آن است تا از پيامدهاي زيان‌بار مربوطه جلوگيري شود. شناخت فرآيندهاي رودخانه‌‌ها با اندازه‌گيري پارامترهاي هيدروليكي در مقياس واقعي معمولاً دشوار مي‌باشد. از سوي ديگـر مدل‌سـازي انتقال رسوب نيز امري كاملاً پيچيده و مشكل مي‌باشد، بدليل اينكه اطلاعاتي كه جهت پيش‌بيني تغييرات بسـتر به كار مي‌رود، اساساً داراي عدم قطعيت بوده و تئوري‌هاي به كـار رفتـه نيـز تجربـي بـوده و حساسـيت شديدي نسبت به دامنه وسيعي از متغيرهاي فيزيكي از خود نشان مي‌دهند. بالا بودن هزينه‌هاي مربوط به تجهيزات آزمايشگاهي و محدوديت استفاده از دستگاه‌هاي اندازه‌گيـري، از جملـه دلايلـي ديگر اسـت كـه استفاده از روش‌هاي فيزيكي را محدود ساخته و باعـث سـوق يـافتن متخصصـان بـه سـمت مدل‌سـازي رياضي و عددي براي شبيه‌سازي جريان داخل مجاري آبي شده است. تغيير مستمر جزو اصول حاكم بر هر رودخانه است، تغيير در شرايط جريان ، تغيير و جابه‌جايي در ساير مشخصات هندسي رودخانه را نيز سبب مي‌شود. با توجه به اينكه غالباً رودخانه‌ها در بسترهاي آبرفتي خود درحال حركت هستند، در اثر وجود تنش برشي دركف بستر، انواع مختلفي از شكل‌هاي بستر دركف رودخانه‌ها شكل گرفته است. اشكال شكل گرفته باعث مي‌شود، قسمتي از جريان آب سطحي در رودخانه به محيط متخلخل زيرآن وارد شده و پس از اكسيژن‌رساني و تغذيه جانداران كفزي دوباره به جريان آب سطحي باز مي‌گردد. به اين نوع از جريان‌ها كه از اختلاط جريان‌سطحي و جريان زيرسطحي در محيط متخلخل زير و اطراف رودخانه بوجود مي‌آيند، جريان هايپريك گفته مي‌شود. سيستم آب هاي‌سطحي، زيرسطحي، زيرزميني و تبادلات بين آنها در سه سطح نقطه‌اي، بازه و حوزه آبريز مي‌باشد. تنه‌هاي درخت افتاده در مسير رودخانه‌ها از ساختارهاي متداول در رودخانه‌ها هستند. يكي از عوامل ايجاد تبادل هايپريك، وجود گراديان فشار در مرز جريان سطحي و محيط متخلخل است. گراديان فشار در اثر عوامل مختلفي مانند موانع موجود در سر راه جريان و يا فرم‌هاي بستر بوجود مي‌آيد. بسته به بزرگي اين عوامل، بر روي مقدار تبادل و عمق گستردگي هايپريك تأثير خواهد گذاشت.اولين گام در شناخت پديده هايپريك و كاربرد آن، بررسي تغييرات خصوصيات اين منطقه شامل مقدار تبادل جريان، عمق و زمان ماندگاري است. بنابراين اهداف تحقيق حاضر عبارتند از: بررسي اثر وجود موانع طبيعي ايجاد شده توسط تنه درختان بر مشخصه‌هاي هايپريك و تاثير چيدمان موانع طبيعي ايجاد شده توسط تنه‌هاي درختان بر مشخصات هايپريك مي‌باشد. مواد و روش‌ها: تحقيق ميداني حاضر در فصل‌هاي تابستان و زمستان سال 1400 در رودخانه گرمابدشت گرگان جهت بررسي اثر تنه‌هاي درختان افتاده در مسير رودخانه به‌عنوان مانع طبيعي جريان درحالت‌هاي مختلف ضخامت تنه درخت (ضخامت 30-60-90 سانتي‌متر) مورد بررسي قرار گرفت. رودخانه گرمابدشت بعنوان يكي از مهم ترين منابع تامين كننده اب شرب شهر گرگان از دامنه‌هاي كوه بلند يزدكي در نقطه‌اي به فاصله 27 كيلومتري جنوب شرقي گرگان سرچشمه گرفته و در ادامه درجهت شمال جاري مي‌شود. سپس از ميان ارتفاعات بلند و به هم پيچيده مي‌گذرد و وارد دشت هاي شرقي گرگان مي‌شود. جهت انجام تحقيق حاضر، پيزومترهايي در بالادست و پايين‌دست تنه درختان تعبيه شده سپس با استفاده از مدل عددي در محيط نرم‌افزار كامسول، نسبت به شبيه سازي جريان هايپريك جهت برآورد ميزان دبي تبادلي مورد ارزيابي قرار گرفت. يافته‌ها: اين مطالعه يافته‌هاي قانع‌كننده‌اي در مورد همبستگي بين داده‌هاي مشاهده‌اي پيزومتر و نتايج حاصل از شبيه‌سازي عددي را به دست آورد. بررسي‌ها نشان داد، بين داده‌هاي مشاهداتي پيزومتر و نتايج شبيه‌سازي 91 درصد همبستگي وجود دارد. بر اين اساس، دبي‌هاي تبادلي محاسباتي از مدل عددي مورد بررسي قرار گرفت. يافته‌ها نشان داد، ميزان جريان مبادله شده در شرايط انسداد، بيشتر از شرايط بدون انسداد است. اين مسئله نشان مي‌دهدكه تنه درختان مي‌تواند تأثير قابل توجهي برديناميك جريان هايپريك داشته باشند، پيامد مهم آن، تاثير مستقيم بر اكوسيستم‌هاي رودخانه‌اي به­ ويژه در رابطه با حفظ پوشش گياهي ساحلي و زيستگاه‌هاي آبي است. همچنين بررسي زمان ماندگاري خطوط جريان در سه حالت مانع‌دار نشان مي‌دهد، افزايش مانع در مسير جريان، افزايش زمان ماندگاري را به همراه داشته است، زيرا با افزايش ارتفاع مانع، خطوط جريان عميق‌تر شده و طول آن افزايش پيدا كرده است، از اين رو زمان ماندگاري نيز افزايش پيدا كرده است. نتيجه‌گيري: نتايج حاكي ازآن بود بيشترين مقدار دبي تعادلي در حالتي كه ضخامت تنه درخت30 سانتي‌متر در زمستان ‌مي‌باشد، اتفاق مي‌افتد. همچنين مقدار دبي تبادلي با ايجاد مانع، بيشتر از مقدار دبي تبادلي درحالت بدون مانع مي‌باشد. مقدار دبي تعادلي در زمستان بيشتر از مقدار دبي تبادلي درتابستان مي‌باشد. همچنين بررسي نفوذ خطوط جريان نشان مي‌دهد، با افزايش ضخامت مانع، ميزان نفوذ خطوط جريان افزايش يافته است. با توجه به گستردگي زمينه تحقيق، شايسته است تحقيقات بيشتري براي كشف فهم بيشتر از مكانيسم آن انجام گيرد.