حل تحليلي تعيين نقطه شكست نمودار محيط تر شده – دبي در روش هيدروليكي تعيين حداقل جريان زيست محيطي

An Analytical Solution for Finding the Deflection Point of the Wetted Perimeter – Discharge Curve by Hydraulic Methods for the Determination of Environmental Flow requirements

در مقاله حاضر برای حل معادلات پایه روش هیدرولیكی محیط تر شده به‌منظور تعیین دبی زیست محیطی، روشی تحلیلی توسعه داده شده است. روش‌های عددی (روش‌های نیمه تحلیلی – نیمه ترسیمی) مورد استفاده برای حل توابع غیرخطی و پیچیده روش هیدرولیكی تحت تأثیر عواملی  همچون روش حل، بزرگی تغییرات جزئی در نظر گرفته شده برای متغیر مستقل، مشخصات هندسی مقطع مورد استفاده برای استخراج پارامترها و حجم زیاد عملیات تا حصول نتیجه‌ای دقیق می‌باشند. عدم تحصیل مستقیم جواب و نیاز به حل معكوس معادله حاصله برای تعیین دبی زیست محیطی را نیز باید بر این مشكلات افزود. روشی كه در این مقاله ارائه می‌شود از ضریب معادله تغییرات دبی - محیط تر شده استفاده كرده و مقدار دبی حداقل را مستقیماً به‌دست  می‌دهد. روش مرسوم استفاده از مقطع معرف و یا متوسط گیری از مقاطع مختلف، كه می‌توانند شبهه عدم صحت نتیجه حاصل از روش هیدرولیكی را برای كل بازه مورد مطالعه بوجود آورد، در روش تحلیلی ارائه شده بكار گرفته نمی‌شود. مطالعه موردی انجام شده بر روی رودخانه كاظم‌رود كه یك رودخانه دائمی در غرب مازندران است، انطباق كامل روش جدید و راه حل عددی را نشان می‌دهد. در حالی كه روش هیدرولیكی، دبی زیست محیطی را در حد دبی متوسط دراز مدت رودخانه كاظم رود به‌دست می‌دهد، روش هیدرولوژیكی مورد استفاده در ایران یعنی روش تنانت (مونتانا) تنها 10 درصد این دبی را به عنوان دبی حداقل معرفی می‌كند. استفاده از مقادیر به‌دست  آمده از روش هیدرولوژیكی در برنامه‌ریزی منابع آب این رودخانه تهدیدات زیست محیطی به دنبال خواهد داشت. اگر سهولت استفاده و زمان ناكافی برای مطالعات دلیل استفاده از روش‌های هیدرولوژیكی نظیر تنانت می‌باشد، روش پیشنهادی در این مطالعه، با دارابودن مزیت های روش هیدرولوژیكی از دقت بالاتری برخوردار است.

. In this paper, an analytical solution for determining the minimum water requirement by hydraulic methods (the wetted perimeter approach) is presented. The numerical methods (semi analytical – semi graphical methods) used for solving the non-linear and complex equations of the Hydraulic Method are strongly affected by elements such as the solution method, the increments of independent variable, the geometric properties of the section used to derive the required parameters, and the huge amount of calculations to achieve a reliable result. Indirect approach and reverse solution of the achieved equation to determine the environmental discharge, is another problem when using the Hydraulic Method. The common method of employing an index section or making an index section via averaging different sections, which could impose uncertainty with unknown sources to the solution, is not used in the presented approach. The case study on the Kazemroud River, as a perennial river in the west of Mazanderan Province, showed the complete agreement between the two analytical approach and numerical method. The Hydraulic Method gives the minimum environmental water requirement approximately as much as the annual average discharge of the river, while the Tenant (Montana) Method introduces just 10% of that discharge as the minimum discharge that could lead the river towards a critical situation. If the simplicity of application and insufficient amount of time is the reasons for accepting the Hydrologic Methods like the Tenant Method, the results of this research gives those advantages to the Hydraulic Method that makes it an incomparable approach for the minimum environmental water allocation in rivers.