ارزيابي عملكرد روش پردازش تصوير در تخمين ضريب زبري مانينگ در لايه سطحي بستر رودخانه‌ها

Evaluation of Image Processing Technique in Estimating the Manning’s Roughness Coefficient in the Surface Layer of Riverbeds

با توجه به اهميت برآورد مناسب ضريب زبري در مطالعات مهندسي رودخانه، در تحقيق حاضر به ارزيابي روش پردازش تصوير در تخمين ضريب زبري مانينگ لايه سطحي بستر رودخانه‌ها پرداخته شده است. ارزيابي روش مزبور در بازه‌اي 5/7 كيلومتري از رودخانه شلمان‌رود گيلان با كاربرد هم‌زمان روش‌هاي دانه‌بندي با الك و پردازش تصاوير ديجيتال صورت گرفته است. پردازش تصاوير تهيه‌شده از بستر رودخانه حاكي از آن است كه اين روش از دقت بسيار بالايي در برآورد اندازه ذرات رسوبي (ذرات داراي اندازه 50d و بزرگتر) برخوردار بوده و مي‌تواند به‌منظور تخمين ضريب زبري مانينگ ذرات رسوبي بستر از طريق روابط تجربي موجود، مورد استفاده قرار گيرد. براي ارزيابي نتايج روش پردازش تصوير در تخمين ضرايب مانينگ، از شبيه‌سازي جريان يك‌بعدي ماندگار توسط مدل هيدروليكي HecRas استفاده گرديد و مدل در قالب سناريوهاي مختلف اجرا شد. درنهايت، مقايسه مشخصه‌هاي هيدروليكي به‌دست‌آمده در مقاطع موردبررسي، نسبت به نتايج روش Cowan نشان داد كه رابطه تجربي Bray-d90 با حداكثر اختلاف نسبي عرض سطح آب به ميزان 7/13%، در برآورد ضرايب زبري مانينگ در سطح بستر رودخانه بهترين كارايي را خواهد داشت.

Considering the importance of adequate roughness coefficient estimation in river engineering studies, evaluation of image processing technique in estimating Manning’s roughness coefficient in the surface layer of riverbeds carried out in this study. The mentioned approach evaluation conducted by implementing of sieving analysis and digital image processing methods simultaneously for a 7.5km reach of Shalmanrood River of Gilan. The processing of captured images signifies that this technique has an excellent accuracy in estimating the size of sediment particles (particles with a size of d50 or larger) and can be used to estimate Manning’s roughness coefficient of sediment particles of riverbed, utilizing the given empirical formulas. To evaluate the image processing results in estimating Manning’s coefficient values, onedimensional modeling by HECRAS Hydraulic model was used and the model was conducted through different scenarios. Finally, on given cross sections, the comparison of output hydraulic properties with respect to Cowan’s method results showed that Bray’s empirical formula (d90) will have the best efficiency in estimating the Manning’s roughness coefficients in the surface of riverbed, with a maximum relative difference of 13.7% in top width.