مدل تحليلي تأثير توأم تنش برشي مازاد و پوشش گياهي در تعيين ابعاد بهينه رودخانه‌هاي شني

Analytical Model of Excess Shear Stress and Riparian Vegetation in Determination of Optimal Dimensions of Gravel Bed Rivers

مدل­های فرضیات حدی محدودنشده، در رودخانه­های كوچك اغلب عرض كانال­های آبرفتی را كمتر و عمق را بیشتر از مقادیر مشاهداتی تخمین می­زنند و در رودخانه­های بزرگ غالباً عكس این موضوع برقرار است. به­طور كلی نتایج حاصل از مدل فرضیات حدی محدودنشده نشان­دهنده توافق نسبتاً نامناسب هندسه محاسباتی كانال با هندسه مشاهداتی می­باشد. یكی از علل پراكندگی داده­ها در به­كارگیری این مدل، نبود روابط مناسب برای بررسی پوشش گیاهی كناره­های كانال است. به همین علت در این تحقیق با هدف افزایش دقت هندسه مدل شده كانال، به اصلاح این مدل­ از طریق توزیع تنش برشی مرزی در بستر و كناره­ها، در­نظرگیری پایداری كناره­های كانال و اعمال اثر پوشش گیاهی پرداخته شده است. مدل تحلیلی توسعه­یافته در این تحقیق با درج فاكتور شكل كانال، اعمال معادلات بار بستر به شكل تنش برشی مازاد و كمّی­سازی تأثیر پوشش گیاهی (به­وسیله ارتباط آن با زاویه ایستایی خاك كناره) قادر به پیش­بینی ابعاد بهینه كانال می­باشد. در انتها، مدل موردنظر بر روی داده­های ٦٢ رودخانه شنی از كشور انگلستان و چهار رودخانه از ایران مورد واسنجی قرار گرفته است. نتایج به­دست آمده علاوه بر این­كه نقش تأثیر پایداری و پوشش گیاهی كناره در تخمین خصوصیات هندسی مقطع كانال را نشان می­دهد، مؤید كارایی مدل محدود­شده نسبت به مدل محدود­نشده نیز می­باشد.

Extremal hypotheses without bank stability constraint typically over-predict and under-predict alluvial channel width in large rivers and natural streams, respectively. While this process may appear inversely for the depth. In general, results obtained from unconstrained extremal hypotheses are indicative of inappropriate agreement between computed and observed dimensions of the rivers. Such discrepancies between regime model predictions and observed channel widths have been used to argue that optimizations such as MSTC do not describe the behavior of alluvial systems. However, extremal hypothesis models that explicitly consider bank stability exhibit no such bias and can predict alluvial channel widths quite accurately. One of the important factors in disparity of the data may be lack of appropriate relationship to assess bank vegetation of the rivers. For this reason, a modified analytical model has been developed to reduce the effect of bias by considering boundary shear stress, bank stability and vegetation. The model takes into account channel shape factor, bed load equations in the form of excess shear stress and vegetation quantification (i.e. using bank material friction angle) which enables one to predict optimal channel geometry dimensions. Finally, developed model was calibrated using the field data of the rivers in the United Kingdom and Iran. In addition to indicating the effect of bank stability and vegetation on estimation of the geometric characteristics of the channel, the results obtained also confirmed the efficiency of the constrained model in comparison to the unconstrained one.