تعيين ضرايب اصلاحي هيدروگراف رواناب در شرايط احداث بندهاي كوتاه آبخيزداري در آبراهه‌ها

احداث بند اصلاحي در سرشاخه‌ ها، يكي از روش ‌هاي رايج مديريت آبخيز براي كنترل رسوب، پايداري آبراهه و كاهش هيدروگراف سيل از بعد زمان تمركز و دبي اوج محسوب مي ‌شود. در ايران، با وجود قدمت ۵۰ ساله، در اجراي گسترده اين سازه كوچك‌مقياس به‌ وسيله ارگان‌هاي وابسته به سازمان منابع طبيعي و آبخيزداري كشور به ‌عنوان دستگاه اجرايي، همچنان روش ارزيابي كمي و كيفي مناسبي براي آن ارائه نشده است. در بيان اثربخشي اين سازه، شبيه‌ سازي شرايط طبيعي در حالت وجود و عدم وجود اين سازه در مدل‌ هاي هيدرولوژيكي و هيدروليكي، اجتناب ناپذير است. البته بازديدهاي ميداني و اندازه‌گيري پارامترهاي مربوطه در عرصه نيز، در تدقيق شبيه‌سازي و هم بيان تقريبي اثربخشي، از اقدامات اوليه محسوب مي ‌شود. بررسي‌هاي انجام شده نشان داد، در بسياري از پژوهش‌ ها، اثر بندهاي اصلاحي بر روي هيدروگراف رواناب مد نظر بوده است. شبيه ‌سازي بندها، به‌صورت هيدرولوژيكي با كمك تغيير در شيب آبراهه و زمان تمركز حوضه و يا با استفاده از روش‌هاي رونديابي در مخزن انجام شده است كه با توجه به فرضيات ساده شونده، برآوردي بيش از واقعيت ارائه مي‌ دهد. شبيه ‌سازي هيدروليكي دقيق ‌تر، اما پيچيدگي و موانع خاص خود را دارا است. لذا، در اين پژوهش سعي بر آن شد تا علاوه بر بهره‌ مندي از دقت شبيه ‌سازي هيدروليكي و نيز از عدم پيچيدگي روابط هيدرولوژيكي، اثربخشي وجود بندهاي اصلاحي در هيدروگراف رواناب اعمال شود. اثربخشي بندهاي اصلاحي با تعيين و اعمال ضرايبي در هيدروگراف خروجي آبراهه بدون بند اصلاحي، صورت گرفت تا هيدروگراف خروجي آبراهه با بند اصلاحي به‌دست آيد. مواد و روش ‌ها در اين پژوهش، اثربخشي بندهاي اصلاحي متوالي در كاهش هيدروگراف خروجي از يك كانال مثلثي با سه طول 1000، 2000 و 3000 متر در سه شيب طولي پنج، 10 و 15 درصد، با استفاده از مدل هيدروديناميكيMIKE 11 ، مد نظر است. در اين بررسي، فرض بر آن است كه بندهاي آبخيزداري متوالي با ارتفاع 2.5 متر از تاج بند پاياب تا پاشنه بند سراب در هر كانال مثلثي احداث شود. لذا، تعداد بندها بر اساس طول و شيب آن از 20 تا 180 عدد متغير خواهد بود. در اين پژوهش، هيدروگراف خروجي از كانال مثلثي به ‌عنوان متغير وابسته و هيدروگراف ورودي به كانال، طول و شيب كانال، به‌ عنوان متغيرهاي مستقل در نظر گرفته شد. تغييرات بيشينه جريان خروجي تحت دو سناريوي كانال بدون بند اصلاحي (سناريوي اول) و كانال با وجود بندهاي اصلاحي متوالي پر از رسوب (سناريوي دوم) مورد بررسي قرار گرفت تا بتوان اثربخشي بندهاي اصلاحي در يك آبراهه را با پارامترهاي هيدرولوژيكي شبيه ‌سازي كرد. دو معيار سنجنده شامل درصد ضريب تسكين و درصد تغيير جريان براي بيان اثربخشي تعريف شد. درصد تغييرات دبي اوج هيدروگراف رونديابي شده در طول كانال نسبت به دبي اوج هيدروگراف ورودي يا به عبارتي اختلاف بين دبي ورودي و دبي خروجي براي سناريو و به ازاي تغييرات طول مسيل، شيب و مقادير مختلف هيدروگراف ورودي، شدت رونديابي نام‌گذاري شد. درصد تغييرات دبي اوج خروجي از سناريوي دوم نسبت به سناريوي اول هم تحت عنوان، درصد تغيير جريان، در نظر گرفته شد. نتايج و بحث ارزيابي نتايج مدل براي رونديابي هيدروگراف در طول كانال به ازاي تغيير متغيرهاي مستقل در قالب دو سناريو، كاهش دبي اوج، افزايش زمان پايه هيدروگراف خروجي و زمان تاخير ناشي از رونديابي را در پي داشت. وجود بندهاي اصلاحي، تغيير پارامترهاي فوق را دو چندان كرده است. هر چه شيب طولي آبراهه افزايش پيدا مي‌ كند، ميزان ذخيره در كانال كمتر شده و دبي خروجي و در نتيجه ضريب تسكين (كاهش دبي اوج خروجي نسبت به ورودي)، كاهش مي ‌يابد. هر چه حجم جريان ورودي بيشتر باشد، ضريب تسكين كمتر خواهد بود. ضريب تسكين با شيب طولي، رابطه معكوس و با طول كانال، رابطه مستقيم دارد. در صورت اجراي بندهاي اصلاحي، هر چه طول كانال بيشتر مي‌ شود، به‌علت بيشتر شدن تعداد بندهاي اصلاحي، ميزان ذخيره در كانال افزايش يافته و كاهش شيب رخ خواهد داد و تغييرات دبي خروجي نسبت به دبي ورودي بيشتر خواهد بود، لذا، ضريب تسكين افزايش مي ‌يايد. هدف اصلي اين پژوهش، بيان رياضي اثربخشي بندهاي اصلاحي در كاهش دبي اوج هيدورگراف خروجي از مسيل بر اساس شرايط مختلف بود. پس از انجام اجراهاي متعدد و بررسي انواع روش‌هاي مختلف، مشاهده شد كه مي‌توان اثرات بند اصلاحي بر روي يك آبراهه را به‌صورت اثر يك مخزن خطي به همراه يك تاخير زماني در انتهاي كانال مدل كرد. به عبارتي، دو تابع مخزن خطي و تابع تاخير زماني بر روي متغيرهاي وابسته اعمال مي‌ شود تا متغير مستقل به‌دست آيد. براي هر زوج هيدورگراف (هيدروگراف خروجي از كانال بدون بند اصلاحي و داراي بند اصلاحي)، مقادير، به‌ عنوان تابع مخزن خطي و  به‌عنوان تابع تاخير زماني برآورد شد. ميانگين ضريب ذخيره (K) مخزن خطي براي طول ‌هاي 1000، 2000 و  3000 متر و براي سه شيب مورد بررسي به‌ترتيب 500، 1100 و 1400 ثانيه برآورد شد. ميانگين زمان تاخير نيز براي سه طول يادشده به‌ترتيب 540، 1750 و 3700 ثانيه، محاسبه شد. هر چه طول كانال بيشتر، شيب كانال كمتر، و دبي ورودي به كانال كمتر باشد، پارامترهاي فوق بزرگتر شده و لذا، ضريب تسكين بزرگ‌تر مي ‌شود. نتيجه‌گيري در صورتي‌كه آبراهه اي براي احداث بندهاي اصلاحي انتخاب شود و هيدروگراف خروجي از آن با استفاده از مدل ‌هاي تجربي، هيدروليكي و هيدرولوژيكي در شرايط عدم وجود بندهاي اصلاحي در دست باشد، هيدروگراف خروجي از آبراهه براي شرايط وجود سازه ‌هاي كوچك مقياس، با اعمال ضرايب ذخيره مخزن خطي و زمان تاخير به‌دست آمده از اين پژوهش، شبيه ‌سازي و اصلاح خواهد شد. به اين ترتيب، اثربخشي اجراي بندهاي اصلاحي در كنترل سيل در آبراهه يادشده به‌دست خواهد آمد.