ارائه طرح جامع ساماندهی و بهسازی رودخانه کشف رود

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه علوم مهندسی آب مجتمع اموزش عالی تربت جام

2 مدیریت طرح جایگزینی پساب استان خراسان

3 دانشجوی دکتری منابع آب واحد علوم و تحقیقات تهران

چکیده

چکیده                                                                     
شناخت رفتاری رودخانه و انجام فعالیتهای سازگار با طبیعت آن و اقدامات مهندسی مناسب همواره دغدغه مهندسین درگیر در این رشته بوده است. هدف اصلی این مقاله ارائه طرح جامع ساماندهی رودخانه کشف­رود مشهد حد فاصل تصفیه خانه پرکندآباد تا تصفیه خانه اولنگ بدلیل اهمیت بسزای این رودخانه در این بازه می­باشد. جهت افزایش صحت و دقت داده­ها در انجام مطالعات از تکنولوژی GIS و نرم افزارهای رقومی بهره گرفته شده است، بطوریکه پارامترهای فیزیوگرافیک با استفاده از لایه­های رقومی با دقت 250000: 1 در نرم‌افزارهای ArcGIS و ArcView مورد تجزیه و تحلیل و برآورد قرار گرفت. در حد فاصل تصفیه خانه پرکند­آباد تا انتهای محدوده مطالعاتی به دلیل مساعد بودن جمیع شرایط جهت کشاورزی و برداشت محصولات جالیزی، زمینهای اطراف رودخانه از ارزش ویژه­ای برخوردار هستند و به همین دلیل پیشروی های آشکاری به بستر و حریم رودخانه مشهود است. بر اساس نتایج بدست آمده ارتفاع دیوار سپری در بالادست 1.75RS و برابر با 5/3 متر و ارتفاع دیوار سپری پایین دست 2RS و برابر با 4 متر بدست آمده است. با توجه به ملاحظات سازه­ای در افزایش لنگرهای انتهایی حوضچه آرامش با افزایش عمق سپری، ارتفاع سپری بتنی 5/1 در نظر گرفته شده است و دیوار سپری سنگ و ملاتی به ارتفاع 5/2 متر در انتهای سپری بتنی طراحی گردید. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار سرعت جریان در دبی 25 ساله در رودخانه کشف رود برابر 6/2 متر در ثانیه می­باشد. در طول رودخانه کشف رود براساس ارتفاع تراس­های شکل گرفته در حاشیه رودخانه و مطالعات فرسایش صورت گرفته در رودخانه 4 کلاس فرسایشی تشخیص داده شد. مناطقی از رودخانه که آثار فرسایش کناری رودخانه ای در آن محل بیش از 50 درصد می باشد به عنوان مناطق مناسب جهت اجرای ژئوتکستایل پیشنهاد گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


ارائه طرح جامع ساماندهی و بهسازی رودخانه کشف رود

وحید یزدانی[1] *، حسین علیمیرزایی[2]

تاریخ دریافت:  15/02/95 تاریخ پذیرش: 22/12/96

 

چکیده                                                                     

شناخت رفتاری رودخانه و انجام فعالیتهای سازگار با طبیعت آن و اقدامات مهندسی مناسب همواره دغدغه مهندسین درگیر در این رشته بوده است. هدف اصلی این مقاله ارائه طرح جامع ساماندهی رودخانه کشف­رود مشهد حد فاصل تصفیه خانه پرکندآباد تا تصفیه خانه اولنگ بدلیل اهمیت بسزای این رودخانه در این بازه می­باشد. جهت افزایش صحت و دقت داده­ها در انجام مطالعات از تکنولوژی GIS و نرم افزارهای رقومی بهره گرفته شده است، بطوریکه پارامترهای فیزیوگرافیک با استفاده از لایه­های رقومی با دقت 250000: 1 در نرم‌افزارهای ArcGIS و ArcView مورد تجزیه و تحلیل و برآورد قرار گرفت. در حد فاصل تصفیه خانه پرکند­آباد تا انتهای محدوده مطالعاتی به دلیل مساعد بودن جمیع شرایط جهت کشاورزی و برداشت محصولات جالیزی، زمینهای اطراف رودخانه از ارزش ویژه­ای برخوردار هستند و به همین دلیل پیشروی های آشکاری به بستر و حریم رودخانه مشهود است. بر اساس نتایج بدست آمده ارتفاع دیوار سپری در بالادست 1.75RS و برابر با 5/3 متر و ارتفاع دیوار سپری پایین دست 2RS و برابر با 4 متر بدست آمده است. با توجه به ملاحظات سازه­ای در افزایش لنگرهای انتهایی حوضچه آرامش با افزایش عمق سپری، ارتفاع سپری بتنی 5/1 در نظر گرفته شده است و دیوار سپری سنگ و ملاتی به ارتفاع 5/2 متر در انتهای سپری بتنی طراحی گردید. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار سرعت جریان در دبی 25 ساله در رودخانه کشف رود برابر 6/2 متر در ثانیه می­باشد. در طول رودخانه کشف رود براساس ارتفاع تراس­های شکل گرفته در حاشیه رودخانه و مطالعات فرسایش صورت گرفته در رودخانه 4 کلاس فرسایشی تشخیص داده شد. مناطقی از رودخانه که آثار فرسایش کناری رودخانه ای در آن محل بیش از 50 درصد می باشد به عنوان مناطق مناسب جهت اجرای ژئوتکستایل پیشنهاد گردید.

کلمات کلیدی: مشهد، پرکند آباد، فاضلاب، سیلاب

 

 

مقدمه

رودخانه خون جاری در رگ­های تمدن بشری بوده و می­توان به عنوان اصلی­ترین منبع تامین آب برای انسان و سایر موجودات به شمار آورد. بهسازی و ساماندهی رودخانه­هایی که از محدوده شهری و روستایی عبور می­نمایند، مستلزم در نظر گرفتن ویژگی­ها و مسائل خاص این نوع از رودخانه­ها می­باشد (2). یکی از مسائل قابل توجه رودخانه­ها مسئله فرسایش کف خصوصا در بازه­های با شیب تند و پایین دست پل­ها می­باشد. این امر موجب وارد آمدن خسارات قابل توجهی به ابنیه حفاظتی و تاسیسات فنی رودخانه می­شود (20). بطور کلی روش­های مختلفی برای تثبیت بستر رودخانه­ها و مقاوم سازی آن­ها در برابر فرسایش ارائه گردیده است. این روش­ها شامل استفاده از سیستم­های پله­ای با جریان ریزشی (Napp flow) و شبه آرام (Skimming flow)، استفاده از سازه­های متنوع استهلاک انرژی، استفاده از مصالح مقاوم در برابر فرسایش آب، ترکیب سازه­هایی مثل شیب شکن، سرریز، حوضچه آرامش و.... می باشد (11). طرح پوشش گیاهی بدون یک برنامه­ریزی صحیح در امر نگهداری موفق نخواهد بود زیرا هر نقص موضعی که پدید آید، آغاز تجدید فرسایش خواهد بود. از اینرو لازمست که هر ساله بخصوص بعد از فصل سیلابی، سریعا نسبت به کاشت مجدد و واکاری قسمت­هایی از پوشش علفی که صدمه دیده اقدام گردد. همچنین رشد بی­رویه و نامطلوب پوشش گیاهی به سمت رودخانه از طریق علف­بری باید کنترل شده و علف­های هرز و نامطلوب محو و پاکسازی شوند (14). مراقبت دائمی از وضعیت درختان که روی دیواره و ساحل بالا کاشته شده­اند ضروری می­باشند. گرچه ریشه درختان باعث پایداری ساختمان دیواره­ها می­باشد ولی درختانی که در اثر نیروی باد، سیلاب و یا در نتیجه کهولت و پیری دچار فرسودگی و ناپایداری شده­اند باید سریعاً حذف و بجای آن از قلمه­های جدید کشت شود. در غیر اینصورت منشاء تخریب توده خاک دیواره خواهند شد (15). بطور کلی موفقیت استفاده از پوشش گیاهی بستگی به شرایط رودخانه و شدت تخریب پذیری دیواره­ها دارد. در مسیرهای مستقیم یا پیچ­های ملایم رودخانه­های بزرگ یا در رودخانه­های کوچک با مقطع عریض و عمق کم، ایجاد پوشش گیاهی موثر خواهد بود ولی در محل دیواره­های خارجی پیچ­های تند یامسیرهای مستقیمی که سرعت جریان در آن زیاد است همچنین در محل دیواره­های قائم و فرسایش پذیر روش بیولوژیکی و گیاهی به تنهایی کارساز نبوده و ضرورت کاربرد روش­های تلفیقی طبیعی- ساختمانی اجتناب ناپذیر خواهد بود (17 و 16). از گیاهان قابل استفاده در شیب­های دیواره می توان وتیور[3] – سیاه تلو[4] – مانگرو[5] – باهیا[6] – سوسن[7] -  فیل[8] – ترون[9] – بامبو[10] - درختچه انجیر[11] و ... را نام برد.

جهت کاهش اثرات سوء زیست محیطی رودخانه کارون روشهای مدیریت زیست محیطی مانند دقت در نحوه اجرای عملیات، احیاء زیستگاههای بستر رودخانه و زونهای اراضی از طریق بازکاشت پوشش گیاهی، حفاظت از بسترهای تخمریزی آبزیان و جلوگیری از احداث دایک در بیشه زارها روش های مناسبی هستند (6). ناپایداری مجرا و سواحل رودخانه، نه تنها سبب خسارت به اراضی مستعد کشاورزی و تأسیسـات مجـاور سـاحل رودخانـه شده، بلکه رسوبات حاصل از فرسایش، در برخی مواقع، درصد چشمگیری از مجموع کـلّ رسـوبات انتقـالی بـه وسـیله­ی جریان رودخانه را شامل می­شوند. ناپایداری مجرا و سواحل رودخانه، به دلیل تأثیرگذاری بر میزان فرسایش و ویژگیهـای مجاری رودخانه ها، در گسترش پهنه­ی سیلابی و مدیریت منابع آب اهمیت دارد (10).

از سوی دیگر، پایداری رودخانه نیـز تحـت تـأثیر مولفـه­هـای درونی و خارجی سیستم رودخانه­ای است. مؤلّفه­های خارجی شامل متغیرهای اقلیم، پوشش گیاهی، فعالیتهای انسانی و شیوه­ی یخ­زدن و ذوب شدن است (1 و 3) و مؤلّفـه­هـای خارجی نیز شامل مورفولوژی رودخانه، مانند انواع الگوهای رودخانه (مئاندری، شریانی و مستقیم) ویژگیهـای هندسـی و هیدرودینامیکی قوسهای رودخانه­ای، مواد بستر و کناره­های رودخانه، متغیرهـای هیـدرولوژیکی جریـان و عامـل تـنش برشی است (10 و 13).

Orfeoand Stevaux (2002) در پژوهشی، ویژگیهای هیدرولوژیکی و مورفولوژیکی بالادست و پایین­دست رودخانه­ی پارانا را مورد بررسی قرار دادند. برای مقایسه بین پایین­دست و بالا دست رودخانه، متغیرهای زیر انتخـاب شـده و بررسـی شدند : 1-دبی سـالانه؛ 2- بـار معلّـق ،3- بـار بسـتر؛ 4- چگـالی رسـوبات معلّـق؛ 5- انـدازه­ی ذرات رسـوبات بسـتر؛6 -شکل بستر؛ 7- پهنای مجرا؛ 8- پهنای دشت سیلابی؛ 9- مورفولوژی مجرا. نتیجه­ی این مطالعه نشان داد کـه بـین پایین­دست و بالادست رودخانه از نظر عوامل فوق، تغییرات فضایی بسـیار زیـادی وجـود دارد. پهنـای بسـتر نسـبت بـه بالادست در پایین­دست گسترش بسیار زیادی دارد که ناشی از منبع تغذیه­ی زیـاد از راه انشـعابهـای مختلفـی کـه بـه رودخانه وارد می­شوند و همچنین از بین رفتن شیب یا کاهش بسیار محسوس آن است. (Kaufmann et all, 2008) از شاخص مقاومت نسبی بسـتر بـرای یارزیـابی کلّـی پایـداری بسـتر اسـتفاده کردنـد. باید توجه داشت که مطالعـه رفتار، دینامیک و ویژگیهای مورفولوژیکی رودخانه­ای، طیف وسیعی از علوم مرتبط با رودخانه را می­طلبد و بـه کـارگیری یافته­های یک رشته­ی خاص در این زمینه، نتایج پذیرفتنی را ارائه نخواهد داد و گـروه بسـیاری از پژوهشـگران بـه ایـن موضوع تأکید کرده­اند (18).

رودخانه کشف رود مهمترین رودخانه بخش شمال شرقی استان خراسان رضوی می­باشد و زهکش اصلی دشت مشهد به شمار می­آید. این رودخانه از یک بستر میان دشتی استفاده نموده و در دره­ای واقع بین کوههای هزار مسجد از یک سو و بینالود از سوی دیگر جریان می­یابد. این رودخانه پس از دریافت شعبات دیگر در شمال مشهد در جهت غربی-شرقی جاری شده، جاده مشهد، سرخس را قطع نموده و در جنوب مزداوند وارد دره­ای تنگ می­گردد و پس از خروج از آن در محلی بنام پل خاتون با هریرود تلاقی کرده و رودخانه تجن را تشکیل می­دهند. حوضۀ آبریز کشف رود توسط ارتفاعات شرقی قوچان از حوضه آبریز رودخانه اترک جدا می­گردد و حوضۀ آبریز آن در محل پل خاتون 16787 کیلومتر مربع وسعت دارد. به دلیل متغیر بودن شرایط توپوگرافی، مورفولوژیکی، هیدرولیکی و زمین­شناسی در طول رودخانه استفاده از یک روش مشخص و واحد جهت کنترل سیلاب و ساماندهی رودخانه معقول و اصولی به نظر نمی رسد. چه بسا اتفاق می­افتد که یک روش کنترل سیلاب در یک یا چند منطقه قابل اجرا باشد ولی برای مناطق دیگر که دارای شرایط متفاوت هستند امکان اجرای آن وجود نداشته باشد. بنابراین اعمال هرگونه تغییر در شرایط طبیعی و تعادل رودخانه به منظور مهار سیلاب آن، ضرورت توجه به شرایط خاص حاکم بر رودخانه در همان منطقه اجتناب ناپذیر می­باشد (12). روش­های مختلفی برای کنترل سیلاب رودخانه­ها در دنیا متداول می­باشد که با توجه به شرایط اقلیمی منطقه، وضعیت مورفولوژیکی، رژیم هیدرولیکی و هیدرولوژیکی، هزینه­های اجرایی و سایر عوامل می­توان یک یا تلفیقی از چند روش را برای کنترل سیلاب و ساماندهی رودخانه بررسی و نتایج را با یکدیگر مقایسه نمود. هدف اصلی این مقاله ارائه طرح جامع ساماندهی رودخانه کشف­رود مشهد حد فاصل تصفیه خانه پرکندآباد تا تصفیه خانه اولنگ بدلیل اهمیت بسزای این رودخانه در این بازه می­باشد.

مواد و روش ها

موقعیت جغرافیایی محل طرح

منطقه مورد مطالعه در استان خراسان رضوی، شهرستان مشهد قرار گرفته و شامل قسمتی از مسیر رودخانه کشف رود حد فاصل تصفیه خانه پرکندآباد تا تصفیه خانه اولنگ حد فاصل طول­های شرقی´33 ،°59 تا´50 ، °59 و عرض­های شمالی´15 ، ° 36  تا ´24، ° 36  می­باشد(شکل 1).

 

 

شکل 1: منطقه مورد مطالعه رودخانه کشف­رود


مطالعات فیزیوگرافی

خصوصیات فیزیکی حوضه­ها از جمله پارامترهای مهم در مطالعات هیدرولوژی است که مقادیر آن­ها نشان دهنده وضع ظاهری و مورفولوژیکی منطقه است، عواملی مانند مساحت و محیط، ارتفاع متوسط، شیب رودخانه و... که اندازه گیری این پارامترها نقش مهم و تعیین کننده­ای در رژیم آبدهی، رسوبدهی و فرسایش و... ایفا می­کند. لازم به ذکر است که با توجه به رودخانه­های ورودی به کشف رود، منطقه مورد مطالعه به 5 زیر حوضه تقسیم گردید. با توجه به شرایط فیزیوگرافی حوضه، نتایج حاصل از روش برانزبی ویلیامز به عنوان مقادیر نهایی زمان تمرکز حوضه‌های مطالعاتی انتخاب گردید. مشخصات فیزیوگرافی هر یک از حوضه ها در جدول 1 نشان داده شده است.

 

 

شکل 2: حوضه آبریز کشف رود (نقاط 1 الی 5 خروجی حوضه های مورد بررسی می باشد)

 

 

 

 

 

جدول 1:  مشخصات فیزیوگرافی حوضه­های آبریز مورد مطالعه

حوضه

1

2

3

4

5

مساحت (Km2)

3/6846

7/7337

2/8022

6/8785

9253

محیط (Km)

4/367

9/385

412

4/436

8/450

ارتفاع متوسط (m)

1599

8/1583

4/1557

7/1531

6/1508

ارتفاع حداقل (m)

930

898

892

883

876

ارتفاع حداکثر (m)

3000

3000

3000

3000

3000

شیب متوسط (%)

12/5

17/5

04/5

89/4

74/4

طول آبراهه اصلی (Km)

3/139

03/141

147

71/162

172

شیب خاالص آبراهه (%)

31/0

32/0

32/0

31/0

31/0

طول مستطیل معادل (Km)

96/51

11/52

15/52

27/53

98/53

عرض مستطیل معادل (Km)

75/131

82/140

84/153

91/164

41/171

ضریب فشردگی

24/1

26/1

29/1

3/1

31/1

ضریب شکل

35/0

37/0

37/0

33/0

31/0

حداکثر برجستگی (m)

2070

2102

2108

2117

2124

زمان تمرکز ( ساعت )

15/25

23/25

2/26

91/28

59/30


بارندگی متوسط ماهانه و سالانه

بارندگی را می­توان مهمترین عاملی دانست که به طور مستقیم در چرخه هیدرولوژی دخالت دارد و به همین علت بایستی این عامل با دقت بیشتری مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد. موقعیت یک منطقه نسبت به گردش حرارتی، عرض جغرافیایی و فاصله آن نسبت به منبع رطوبتی از عوامل اصلی و تعیین کننده شرایط اقلیمی می‌باشند که در برخی مناطق اثرات کوهستانی بودن بر روی شرایط اقلیمی، به مراتب بیشتر از نزدیکی به منبع رطوبتی می‌باشد. این عوامل اقلیمی و جغرافیایی تعیین کننده، میزان رطوبت اتمسفر، تناوب وقوع ابرهای مولد بارش و در نتیجه میزان بارندگی ناحیه مورد نظر می‌باشد (21). جهت برآورد متوسط بارندگی منطقه مورد مطالعه، از آمار ثبت شده ایستگاه­های سینوپتیک مشهد، بارانسنجی اولنگ اسدی، سرآسیاب شاندیز، آبقد ارداک، دهانه اخلمد، فریزی، دولت آباد، شریف آباد، جاغرق، حصار، مارشک و ینگجه استفاده شده است. پس از انجام تکمیل و ترمیم داده­ها و انجام محاسبات آماری، معادلات گرادیان بارندگی – ارتفاع به صورت جدول (2) بدست آمده است.


 

 

 

 

 

 

 

جدول 2: معادلات گرادیان بارندگی متوسط ماهانه منطقه مطالعاتی

مهر

P = 0.011 h - 9.964

R² = 0.608

فروردین

P = 0.026 h + 9.835
R² = 0.628

آبان

P = 0.019 h - 12.38
R² = 0.716

اردیبهشت

P = 0.031 h - 4.643
R² = 0.630

آذر

P = 0.012 h + 5.366
R² = 0.824

خرداد

P = 0.015 h - 4.106
R² = 0.750

دی

P = 0.020 h - 2.334
R² = 0.733

تیر

P = 0.005 h - 6.273
R² = 0.671

بهمن

P = 0.037 h - 6.563
R² = 0.646

مرداد

P = 0.007 h - 8.510
R² = 0.769

اسفند

P = 0.022 h + 15.99
R² = 0.671

شهریور

P = 0.001 h - 0.092
R² = 0.600

P : بارندگی (میلیمتر)                        h : ارتفاع (متر)

 

با قرار دادن ارتفاع متوسط هریک از حوضه­های مورد مطالعه در معادلات همبستگی جدول فوق، مقدار بارندگی متوسط ماهانه و در نتیجه میزان بارندگی سالانه حوضه­ها محاسبه شده است که به شرح جدول (3) می­باشد.


جدول 3: بارندگی (میلی متر) متوسط ماهانه و سالانه زیرحوضه­های مطالعاتی

حوضه

1

2

3

4

5

ارتفاع متوسط(m)

1599

8/1583

4/1557

7/1531

6/1508

مهر

6/7

5/7

2/7

9/6

6/6

آبان

18

7/17

2/17

7/16

3/16

آذر

6/24

4/24

1/24

7/23

5/23

دی

6/29

3/29

8/28

3/28

8/27

بهمن

6/52

52

1/51

1/50

3/49

اسفند

2/51

8/50

3/50

7/49

2/49

فروردین

4/51

51

3/50

7/49

1/49

اردیبهشت

9/44

5/44

6/43

8/42

1/42

خرداد

9/19

7/19

3/19

9/18

5/18

تیر

7/1

6/1

5/1

4/1

3/1

مرداد

7/2

6/2

4/2

2/2

1/2

شهریور

5/1

5/1

5/1

4/1

4/1

سالانه

7/305

6/302

2/297

9/291

1/287


سیلاب

محاسبه سیلاب توسط روش­های تجربی (روش دیکن، فولر، کریگر) که کاربرد بیشتری دارند، انجام شد و با توجه به شرایط اقلیمی منطقه، خصوصیات فیزیوگرافی و نیز موقعیت ایستگاه هیدرومتری اولنگ اسدی نسبت به حوضه­های مطالعاتی، مقادیر سیلاب محاسبه شده به روش دیکن به عنوان مقادیر نهایی سیلاب با دوره بازگشت­های مختلف برای حوضه­های مورد مطالعه انتخاب شده است (جدول 4).

 

روش دیکن ( Dicken ) :

 

A1 : مساحت حوضه (Km2)، A2 : مساحت ایستگاه (Km2)، Q2 : سیلاب ایستگاه (m3/s) با دوره بازگشت­های مختلف و Q1 : سیلاب حوضه (m3/s) با دوره بازگشت­های مختلف. دبی اوج سیل در روش دیکن با استفاده از مساحت حوضه و ضریب منطقه­ای بدست می‌آید (9). ضریب منطقه‌ای با توجه به آمار ایستگاه­های هیدرومتری موجود در منطقه تعیین گردید. در این پروژه از ایستگاه اولنگ اسدی که دارای طول دوره آماری مناسب بوده و بر روی رودخانه کشف رود واقع شده استفاده گردید. برای این کار، آمار ثبت شده دبی اوج سیلاب ایستگاه هیدرومتری اولنگ اسدی در یک دوره 32 ساله با استفاده از نرم افزار HyFA مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفت و مقادیر سیلاب ایستگاه در دوره بازگشت­های مختلف بر اساس بهترین برازش ( لوگ نرمال 3 پارامتری ) انتخاب گردید.


جدول 4: مقادیر سیلاب ایستگاه اولنگ اسدی با دوره بازگشت­های مختلف (m3/s)

مساحت

(کیلومترمربع)

دوره بازگشت (سال)

2

5

10

20

25

50

100

200

500

9074

3/60

4/138

4/219

8/323

1/363

8/504

2/680

7/894

7/1248

 

جدول 5: مقادیر سیلاب محاسبه شده با دوره بازگشتهای مختلف به روش دیکن (m3/s)

خروجی

حوضه

مساحت

(کیلومترمربع)

دوره بازگشت (سال)

2

5

10

20

25

50

100

200

500

1

3/6846

9/48

112

7/177

2/262

9/293

6/408

6/550

3/724

9/1010

2

7/7337

5/51

118

1/187

1/276

6/309

4/430

580

9/762

8/1064

3

2/8022

55

2/126

1/200

3/295

331

2/460

1/620

7/815

5/1138

4

6/8785

9/58

1/135

2/214

1/316

4/354

7/492

9/663

3/873

8/1218

5

9253

2/61

4/140

7/222

6/328

4/368

2/512

2/690

9/907

1/1267


معیارهای انتخاب روش مناسب جهت ساماندهی

در انتخاب راه حل مناسب کنترل سیلاب، اولین پارامتر هدف از انجام ساماندهی می­باشد. به این ترتیب که هدف، حفاظت زمین­های زراعی یا حفاظت از مناطق مسکونی و تاسیسات شهری است. در هر صورت حالات مختلف حفاظت از سیل در انتخاب روش کنترل سیلاب موثر خواهد بود. امکان پذیری فنی- هیدرولیکی و اجرایی طرح نیز در مرحله بعدی مورد بررسی قرار گرفت. برای هر کدام از روش­های سازه­ای شرایط اجرایی و فنی- هیدرولیکی بررسی گردید. بهسازی رودخانه باید بر اساس انجام مطالعات دقیق هیدرولیکی صورت پذیرد، زیرا دخالت در شرایط طبیعی رودخانه که بدون رعایت و درک صحیح از هیدرولیک رودخانه باشد، مشکلات موجود را افزایش می­دهد. لذا استفاده از روش بهسازی رودخانه منوط به داشتن اطلاعات دقیق از رودخانه و انجام مطالعات کافی است. استفاده از روش­های انحراف سیلاب، استفاده از حوضچه­های تاخیری و احداث مخزن نیز مستلزم وجود شرایط مناسب برای استفاده هریک از راه حل­های کنترل سیلاب، وجود مصالح مورد استفاده هر طرح در کمترین فاصله ممکن با محدوده طرح، وجود شرایط اجتماعی مساعد مخصوصا در استفاده از روش­های مدیریتی (غیرسازه­ای) و موارد مشابه دیگر، از عواملی است که در انتخاب گزینه­های طرح بسیار موثر می­باشد. عامل اقتصادی طرح نیز یکی دیگر از عوامل بسیار مهم در انتخاب گزینه و راه حل نهایی خواهد بود.

توپوگرافی، پلان شبکه و هندسه رودخانه

نقشه توپوگرافی وارد محیط GIS شده و با استفاده از توانایی­های این محیط و با استفاده از الحاقیه  HEC-GEO-RAS برای محیط نرم افزار ArcView ، مقاطع عرضی در طول بازه رودخانه استخراج شده­اند. با استفاده از این روش نه تنها نیازی به برداشت مقاطع عرضی از رودخانه برای اجرای برنامه HEC-RAS نیست بلکه تعداد مقاطع عرضی مورد نیاز نرم افزار HEC-RAS را می­توان با استفاده از نقشه پلان به تعداد بسیار بیشتر از قبل در برنامه گنجاند و دقت محاسبات نرم افزار را ارتقاء بخشید. لذا استفاده از این برنامه علاوه بر کاهش حجم عملیات نقشه برداری، مزیت دقت بیشتر محاسبات را نیز دارا خواهد بود (Yang and Tsai, 2000).

شبیه سازی جریان در رودخانه

براساس اطلاعات گردآوری شده توپوگرافی و مورفولوژی رودخانه پس از وارد کردن این اطلاعات در محیط GIS، اطلاعات مورد نیاز مدل در نرم افزار HEC-RAS در محیط سیستم­های اطلاعات جغرافیایی آماده شده و سپس به مدل HEC-RAS وارد می­گردد. سپس رودخانه در رژیم­های مختلف هیدرولیکی مورد شبیه سازی قرار گرفته و در نهایت نتایج از رژیم جریان مناسب برای مسیر رودخانه انتخاب شده است. آنگاه با وارد کردن نتایج حاصل از مدل HEC-RAS به GIS با توجه به توپوگرافی رودخانه و پروفیل سطح آب بدست آمده، نقشه پهنه­بندی سیلاب در محدوده سیلابدشت برای دوره بازگشت­های مختلف رودخانه نیزتهیه شده است (5 و 19). لازم به ذکر است که ضریب زبری رودخانه توسط روش کاوون محاسبه گردید (4).

 

بحث و نتایج

بررسی شرایط منطقه و تهیه مدل هیدرولیکی

آنچه از مطالعات هیدرولوژی حوضه آبریز رودخانه بر می­آید حکایت از آن دارد که حوضه آبریزی به مساحت 9253 کیلومتر مربع و متوسط بارندگی 1/287 میلیمتر در سال با مشخصات فیزیوگرافی حوضه بایستی دارای سیلاب­های قابل توجهی باشد بطوریکه دبی پیک سیلاب 25 ساله این رودخانه تا خروجی حوضه اصلی، 4/368 متر مکعب بر ثانیه می باشد. بر این اساس خطر سیلاب در هر لحظه، منطقه مورد مطالعه را تهدید می­نماید و همسایگان رودخانه که بی پروا به صورت­های گوناگون رودخانه را مورد تجاوز قرار داده­اند بایستی خطر سیل را جدی بگیرند. در حال حاضر در تمامی مسیر رودخانه کشف رود و حاشیه آن، اراضی کشاورزی، مناطق مسکونی، جاده­های ارتباطی، برداشت شن و ماسه و انباشت خاک و... به چشم می­خورد که انجام شبیه سازی رودخانه را در شرایط عاری از اینگونه تاسیسات احداث شده بسیار مشکل می­سازد. براساس بررسی ها و محاسبات انجام شده حریم فنی رودخانه 20 متر و حریم کیفی رودخانه 150 متر بدست آمد.

شبیه سازی جریان در رودخانه

به علت زیاد بودن تعداد مقاطع عرضی رودخانه و عدم امکان ارائه آنها چند نمونه از مقاطع تیپ رودخانه ارائه گردیده است. همانطور که در شکل زیر نیز مشخص است در طول مسیر مورد نظر مقطع عرضی رودخانه دائماً در حال تغییر می باشد. این تغییرات شدید در مقاطع عرضی بدلیل تصرفات و شرایط هیدرولیکی سیلاب­ها بوده است. باید توجه داشت که این ناهمگنی در مقطع عرضی باعث ایجاد خسارات فراوان در زمان وقوع سیلاب می­باشد.

 

 

 

شکل 3: تراز سطح آب در مقطع عرضی تیپ رودخانه در مقاطع حساس

 


پروفیل سرعت و تغییر عدد فرود

برای تحلیل نتایج عرض پهنه سیلاب رودخانه بدست آمده حاصل از شبیه سازی با پهنه سیلاب 25 ساله ترسیم شده براساس مطالعات مصوب تعیین بستر و حریم رودخانه کشف رود در محل پل جاده سیمان به مختصات جغرافیایی
 X= 738759 , Y= 4026178 چک شد. برای این امر یکسری مقاطع قبل از پل و یکسری مقاطع بعد از پل انتخاب گردید (جدول 6). همانطور که در شکل 4 نیز مشخص است در تمام مقاطع عدد فرود کمتر از یک می­باشد. به عبارت دیگر در کل مسیر وضعیت جریان در رودخانه با دبی 25 ساله زیر بحرانی می­باشد. اما باید اشاره داشت که با افزایش دبی سیلاب (سیلاب 50 ساله) جریان در اکثر مقاطع دارای وضعیت بحرانی و فوق بحرانی می­باشد، در این شرایط وضعیت رودخانه از لحاظ فرسایش و رسوب بحرانی خواهد بود. لذا انجام عملیات بهسازی مقطع رودخانه کشف رود از اهمیت بالایی برخوردار می­باشد. بر اساس نتایج هیدرولیکی کسب شده سرعت جریان در وسط رودخانه بیشتر از جناح چپ و راست رودخانه می­باشد. دلیل این امر را می­توان به زبری زیاد در ساحل رودخانه مربوط دانست. لازم به ذکر است که بیشترین مقدار سرعت جریان در دبی 25 ساله در رودخانه کشف رود برابر 6/2 متر در ثانیه می­باشد.

 

جدول 6: کنترل عرض پهنه سیلاب در محدوده پل جاده سیمان

قبل از پل

شماره مقطع

عرض پهنه درHEC RAS

عرض پهنه در CAD

38/26455

3/45

8/43

44/26408

8/42

5/41

بعد از  پل

099/26330

3/70

7/67

428/26174

5/211

2/178

79/26084

9/268

4/224

79/26009

4/287

6/288

27/25900

3/209

4/262

77/25844

3/226

236

40/25782

8/193

68/168

 

شکل 4: تغییرات سرعت جریان و عدد فرود در رودخانه کشف رود در یازه مورد


مطالعهمحاسبات هیدرولیکی سازه­های عرضی

سازه های هیدرولیکی در طرح های پیشنهادی شامل سرریز پلکانی و حوضچه آرامش می­باشد. آستانه سرریز پیشنهادی در تمامی سازه­ها از نوع لبه پهن انتخاب گردید. مزیت عمده سرریز­های پلکانی نسبت به سایر سرریزها، استهلاک تدریجی انرژی جریان و قبل از ورود آن به سازه مستهلک کننده تحتانی می­باشد. به علاوه اینکه این فرآیند هیدرولیکی در این سازه­ها موجب هوادهی به جریان آب گردیده و کیفیت شیمیایی آب را به طرز قابل ملاحظه ای بهبود می­بخشد. در شکل زیر نمای سه بعدی از این نوع سرریز طراحی شده به همراه سازه آشغالگیر را نشان می­دهد.

 

الف

ب

شکل  5: الف) نمایی سه بعدی از تیپ  سازه­های پیشنهادی، ب) مقاطع عرضی و طولی سازه پیشنهادی به همراه آشغالگیر

 

با توجه به عرض زیاد بستر در محل سازه­های جانمایی شده و همچنین نحوه طراحی این کف بندها سعی گردیده است تا کمترین هزینه ساخت برای این سازه­ها در نظر گرفته شده است لذا از مقطع و ناوه طبیعی رودخانه به عنوان ناحیه­ی آبگذر استفاده شده است و محاسبات هیدرولیکی با توجه به دهانه بازشده رودخانه در ناحیه ی پیشنهادی انجام گرفته است که این امر خود باعث کاهش حجم خاکریزی و خاک برداری می گردد. بدین ترتیب دبی طراحی برای این سازه­ها با دوره بازگشت 10 ساله طراحی گردیده است (Lim, 2001) و طراحی دیواره های این سازه ها که همانند پایه­های پل طراحی گردیده­اند، به گونه­ای که جریان سیلاب با دوره بازگشت تا 100 ساله با کمترین احتمال جریان چرخشی در اطراف سازه و همچنین عدم امکان مستغرق شدن دیواره­های جانبی آن، به طور ایمن از سازه و بستر طبیعی رودخانه عبور کند. در انجام محاسبات هیدرولیکی از اثرات احتمالی تغییرات تراز رسوب بر روی آبگذری جریان صرف نظر شده است و فرض شده است که تراز رسوبات در مخزن تا تراز نرمال سازه­ی پیشنهادی بالا آمده است ( =0) که بدترین شرایط در طول عمر سازه می باشد. با این فرض حتی پس از پر شده مخزن سازه از رسوبات جریان از روی سازه عبور نخواهد نمود و ضریب ایمنی سازه ­ی پشنهادی افزایش پیدا خواهد نمود.

محاسبات مربوط به ارتفاع دیوار سپری در بالادست و پایین دست

در سازه­های عرضی کنترل جریان در آبراهه­ها، با توجه به تغییر رژیم جریان در قبل و بعد از این سازه­ها، به طبع آن با افزایش انرژی جنبشی و پتانسیل آب، قدرت رسوب برداری بستر رودخانه توسط جریان  نیز افزایش می­یابد. بنابراین گودالی با عمق  بوجود می آورد. عمق آبشستگی بسته به ابعاد طراحی شده سازه نسبت به عرض واقعی رودخانه توسط رابطه لیسی برآورد گردید. همچنین با توجه به آزمایشات منحنی دانه بندی بستر رودخانه کشف رود، مقدار d50 ذرات برابر با 10 میلی متر بدست آمد (شکل 6).

 

شکل  6: منحنی دانه بندی بستر رودخانه

در ادامه بر اساس نتایج بدست آمده عمق آبشستگی به صورت زیر محاسبه گردید:

 

 

 

 

لذا ارتفاع دیوار سپری در بالادست 1.75RS و برابر با 5/3 متر و ارتفاع دیوار سپری پایین دست 2RS و برابر با 4 متر بدست آمده است. با توجه به ملاحظات سازه­ای در افزایش لنگرهای انتهایی حوضچه آرامش با افزایش عمق  سپری، ارتفاع سپری بتنی 5/1 در نظر گرفته شده است و دیوار سپری سنگ و ملاتی به ارتفاع 5/2 متر در انتهای سپری بتنی طراحی گردید. در ادامه برای هوادهی به جریان رودخانه و همچنین تله اندازی واریزه های درشت مانند سنگ­های بزرگ و بوته­های گز و غیره و همچنین بهبود شرایط بستر در 5 نقطه از بازه مورد بررسی سازه­های کف بندی طراحی گردید که مشخصات آنها در جدول 7 ارائه شده است. همچنین برای درک بهتر نتایج مربوط به مشخصات هیدرولیکی سازه­ها در جدول 8 آورده شده است.


جدول 7: مشخصات فنی سازه­های طراحی شد

محل سازه

نوع سازه

سرریز بتنی به همراه سازه آشغالگیر

دیواره جانبی

سنگ و ملاتی پلکانی

هدف از طراحی

Y

X

نوع آستانه

لبه پهن

ارتفاع سازه از بستر (متر)

5/1

هوادهی به جریان رودخانه و همچنین تله اندازی واریزه­های درشت مانند سنگ های بزرگ و بوته های گز و غیره

4031268

731344

نوع سازه انتقالی

پلکانی

عرض سازه (متر)

40

نوع سازه استهلاک انرژی

پرش هیدرولیکی در مقطع مستطیلی افقی

ارتفاع دیواره سرریز (متر)

3

نوع سازه آشغالگیر

پایه های بتنی به همراه لوله های فولادی

ارتفاع دیوار حوضچه (متر)

9/2

4029298

733517

نوع آستانه

لبه پهن

ارتفاع سازه از بستر (متر)

5/1

هوادهی به جریان رودخانه و همچنین بهبود شرایط بستر در محل مئاندر رودخانه در بالادست.

نوع سازه انتقالی

پلکانی

عرض سازه (متر)

40

نوع سازه استهلاک انرژی

اسلب افقی بدون دیواره انتهایی

ارتفاع دیواره سرریز (متر)

2

دیواره جانبی

وزنی سنگ و ملاتی

ارتفاع دیوار حوضچه (متر)

5/2

4028329

735932

نوع سازه

کف بند بتنی

 

 

هوادهی به جریان رودخانه (برای دبی پایه جریان) و همچنین بهبود شرایط بستر در محل مئاندر رودخانه در بالادست

نوع آستانه

لبه پهن

ارتفاع سازه از بستر (متر)

5/1

نوع سازه انتقالی

پلکانی

عرض سازه (متر)

40

نوع سازه استهلاک انرژی

اسلب افقی بدون دیواره انتهایی

ارتفاع دیواره سرریز (متر)

2

 

 

ارتفاع دیوار حوضچه (متر)

5/2

4026272

738355

نوع سازه

کف بند بتنی

 

 

هوادهی به جریان رودخانه و همچنین بهبود شرایط بستر در محل مئاندر رودخانه در بالادست

نوع آستانه

لبه پهن

ارتفاع سازه از بستر (متر)

5/1

نوع سازه انتقالی

پلکانی

عرض سازه (متر)

40

نوع سازه استهلاک انرژی

اسلب افقی بدون دیواره انتهایی

ارتفاع دیواره سرریز (متر)

2

 

 

ارتفاع دیوار حوضچه (متر)

5/2

4023201

742737

 

 

 

 

هوادهی به جریان رودخانه و همچنین تثبیت بستر در محل ورودی کانال فاضلاب التیمور به رودخانه

نوع آستانه

لبه پهن

ارتفاع سازه از بستر (متر)

5/1

نوع سازه انتقالی

پلکانی

عرض سازه (متر)

45

نوع سازه استهلاک انرژی

اسلب افقی بدون دیواره انتهایی

ارتفاع دیواره سرریز (متر)

2

 

 

ارتفاع دیوار حوضچه (متر)

5/2

جدول 8: محاسبات هیدرولیکی در طرح های پیشنهادی

شماره سازه

H

Q

L

C

V1

Y1

Fr

Y2

Ls

1

85/2

178

40

63/0

8

48/0

2/4

7/2

8

2

2

178

40

6/0

8

48/0

6/4

7/2

8

3

2

178

40

6/0

8

48/0

6/4

7/2

8

4

2

178

40

6/0

8

48/0

6/4

7/2

8

5

9/1

1/200

45

61/0

8

48/0

6/4

7/2

8


مدلسازی عددی سازه­های پیشنهادی

یکی از نرم افزارهای توانمند برای مدلسازی عددی جریان در تمام حالات (آرام یا متلاطم) و برای جریان دو بعدی و سه بعدی، FLOW3D می­باشد. با توجه به طراحی خاص دیواره های جانبی این سازه ها و همچنین لزوم پایداری آنها در هنگام گذر سیلاب از تمام محیط این دیواره ها (سیلاب های با دوره بازگشت بزرگتر از طراحی)، این سازه­های هیدرولیکی برای سیلاب با دوره بازگشت 100 ساله در محیط این نرم افزار مدلسازی گردید (شکل 7). جهت مقایسه عملکرد دیواره ها در مقایسه با دیواره های جانبی در حالت معمول، هر دو هندسه را در این نرم افزار مدلسازی کرده و با هم مقاسیه گردید. در شکل زیر مقطع طولی، پلان و نمای سه بعدی سازه شماره (1) با دیواره جانبی معمول به همراه بردارهای سرعت جریان نشان داده شده­اند.

 

 

 

شکل 7: نماهای مختلف از وضعیت جریان و بردارهای سرعت برای سرریز و دیواره جانبی

 

در شکل زیر مقطع طولی، پلان و نمای سه بعدی سازه شماره (2) با دیواره جانبی جدید به شکل پایه پل به همراه بردارهای سرعت جریان نشان داده شده­اند.

 

 

 

شکل 8 : نماهای مختلف از وضعیت جریان و بردارهای سرعت برای سرریز و دیواره جانبی

 

همانطور که در شکل­های 7 و 8 مشاهده می­گردد سازه هیدرولیکی با فرض استفاده از سیلاب دشت در عبور سیلاب با دوره بازگشت 100 ساله، عملکرد بسیار مناسبی را نشان داده و در بحث دیواره­های جانبی سازه، شکل خاص برای این دیواره ها تا حد بسیار زیادی از جریان های گردابی (Vortex) در پایین و ابتدای این دیواره­ها اجتناب و پایداری این سازه­ها را در هنگام وقوع این نوع سیلاب ها بالا می­برد.

دیوارهای ساحلی

حفاظت کرانه­های رودخانه در مقابل سیلاب و جلوگیری از فرسایش آن ها یکی دیگر از بخش­های هیدرولیکی ساماندهی رودخانه کشف رود می­باشد. با توجه به شرایط عمومی رودخانه کشف رود و وجود مراکز جمعیتی در کرانه­های این رودخانه، بدین جهت سازه­های طولی حفاظتی (دیوار­های ساحلی) برای محدوده اطراف پل جاده سیمان پیشنهاد گردیده است. طول این دیوار ساحلی 5/2 کیلومتر و در سه ارتفاع 5/3، 3 و 5/2 متر طراحی گردیده­اند. نتایج خروجی مدل HEC-RAS در محدوده دیوارهای ساحلی در جدول 9 آورده شده است.


جدول 9:  نتایج خروجی مدل عددی جریان در محل دیوار

دوره بازگشت سیلاب

دبی  ( )

تراز بستر

تراز سطح آب

عرض سطح آب (متر)

تنش برشی کف (  )

سرعت جریان (m/s)

عدد فرود

25

331

930

2/932

49/42

1/20

99/3

91/0

برای حالتی که دیوار ساحلی در نظر گرفته می­شود، پارامترهای جریان با توجه به رابطه مانینگ و همچنین مومنتوم جریان و داده های ورودی در جدول 10 آورده شده است.

جدول 10: مشخصات جریان و رودخانه

دوره بازگشت سیلاب

دبی ( )

 

شیب بستر در محل

ضریب زبری جریان

وزن مخصوص آب ( )

تراز بستر

عرض بستر (متر)

25

331

002/0

02/0

1000

930

40

 

دبی  ( )

تراز بستر

تراز سطح آب

عرض بستر (متر)

تنش برشی کف    (  )

سرعت جریان (m/s)

عدد فرود

25

331

930

3/932

40

2/41

6/3

77/0

                         

 

با توجه به مشخصات جریان و تغییرات ایجاد شده در مورفولوژی رودخانه، مقدار عمق آبشستگی به شرح زیر محاسبه و برآورد گردید.

 

 

از طرفی با توجه به نشریات مرتبط با مبحث کنترل رسوبات رودخانه، حفاظت پنجه دیوارها 5/1 تا 2 برابر عمق آبشستگی پیشنهاد می­گردد، لذا ضخامت پی دیوار با در نظر گرفتن مسائل اجرایی و ارتفاع سازه، 1 متر و عمق پی 5/1 متر پایین­تر از بستر جدید محاسبه گردیده است.

سازه­های آشغالگیر آبراهه­های فرعی

جهت جلوگیری از ورود مواد واریزه ای (آشغال­های شهری) از آبراهه­های فرعی منتهی به رودخانه کشف رود در شهر مشهد، سرریزهای ریزشی آزاد[12] مجهز به آشغالگیر شیار دار پیشنهاد می­گردد. در محدوده مورد مطالعه، سه آبراهه فرعی به رودخانه کشف رود وارد می­شود. اولین آبراهه زهکش رودخانه­های طرقبه و شاندیز، آبراهه دوم از جناح چپ در محدوده جاده رسالت وارد کشف رود شده و آبراهه سوم از جناح راست رودخانه در امتداد رودخانه و سد طرق می­باشد. مختصات محل های پیشنهادی جهت احداث این نوع سازه­ها در جدول 11 آورده شده است. با توجه به شرایط منطقه­ای رودخانه کشف رود و آبراهه­های فرعی منتهی به آن، الحاق سازه­های آشغالگیر مایل با دهانه­های متوسط و ریز جهت به دام اندازی مواد شناور در آب را در سازه­های هیدرولیکی موجود در انتهای این آبراهه­های فرعی (مانند پل­ها، کالورت­ها و غیره) پیشنهاد می­گردد. با توجه به مطالعات هیدرولوژی رودخانه کشف رود، دبی آبراهه­های منتهی به این رودخانه در این سه محل در جدول 12 آورده شده است.


جدول 11: مختصات سایت­های پیشنهادی جهت احداث سازه­های آشغالگیر

شماره سایت

 

مختصات UTM

X

Y

1

733633

4029137

2

739860

4025280

3

749849

4018927

جدول 12: مشخصات جریان و رودخانه

خروجی

حوضه

مساحت

(کیلومترمربع)

دوره بازگشت (سال)

10

25

50

100

2-1

491.4

2/32

8/62

5/90

8/121

3-2

684.5

1/40

9/69

4/103

3/147

4-3

763.4

6/46

2/74

2/109

7/155

 

این سازه­ها با دبی سیلاب  با دوره بازگشت 25 سال طراحی و کنترل سازه نیز با سیلاب با دوره بازگشت 50 سال کنترل گردید. با توجه به شباهت­های فیزیوگرافی و پارامترهای هواشناسی- هیدرولوژی این 3 زیر حوضه، طراحی این سازه آشغالگیر برای بیشترین دبی انجام شده است (Q50=109.2). در جدول 13 پارامترهای هیدرولیکی طراحی برای این سازه­ها آورده شده است.

 

جدول 13: مشخصات جریان و رودخانه

نوع سازه آشغالگیر

آشغالگیر مایل لوله ای

هد آب در ورودی (متر)

2/1

جنس سازه

بتن مسلح با عیار 350

ارتفاع پرش ثانویه (متر)

5/1

جنس مصالح فولادی

ST37

عدد فرود قبل از پرش

5/1

طول سازه (متر)

5/16

عدد فرود بعد از پرش

9/0

عرض سازه (متر)

15

طول پرش (متر)

2

 

عملکرد هیدرولیکی این سازه آشغالگیر به نحوی است که سیلاب با دوره بازگشت 25 ساله را از درون توری عبور داده و با فرض مسدود شدن 3/2 از روزنه­های آن توانایی عبور دبی سیلاب با دوره بازگشت 50 سال را به صورت سرریز از بالای سازه آشغالگیر دارد.

 

 

محدوده­های پیشنهادی جهت اجرای ژئوتکستایل در رودخانه کشف رود

در طول رودخانه کشف رود براساس ارتفاع تراس­های شکل گرفته در حاشیه رودخانه و مطالعات فرسایش صورت گرفته در رودخانه 4 کلاس فرسایشی تشخیص داده شد. مناطقی از رودخانه که آثار فرسایش کناری رودخانه­ای در آن محل بیش از 50 درصد می باشد به عنوان مناطق مناسب جهت اجرای ژئوتکستایل پیشنهاد می­گردد. در جدول 14 موقعیت جغرافیایی و طول بازه مناطق فرسایش پذیر که نیاز به حفاظت دارند و می توان این حفاظت کناری را با ژئوتکستایل انجام داد، آورده شده است.  بررسی­های به عمل آمده از وضعیت فرسایش کناری رودخانه مورد مطالعه  نشان می­دهد که دیواره­های رودخانه در بسیاری نقاط ناپایدار بوده و در اغلب مسیر از پتانسیل بالایی برای فرسایش برخوردار می­باشد، بطوریکه برخی از ترانشه­های کنار رودخانه در حال تخریب و پیشروی به سمت اراضی کشاورزی و یا مستحدثات  می­باشد.


جدول 14:  محدوده نقاط پیشنهادی برای احداث ژئوتکستایل

ردیف

نام محل

موقعیت جغرافیایی

طول بازه ساماندهی(متر)

ابتدا

انتها

1

از بالادست تا پایین دست روستای گزی

X=732710

Y=4029564

X=733675

Y=4029235

560

2

محدوده روستای همت آباد

X=737832

Y=4026646

X=738030

Y=4026571

315

3

محدوده روستای گندوک

X=740064

Y=4024866

X=740493

Y=4024663

466

4

محدوده روستای شترک

X=743559

Y=4022364

X=743847

Y=4021795

1026

5

بالادست روستای سنگبر(حد فاصل جاده کمربندی مشهد)

X=747100

Y=4021004

X=747518

Y=4020497

605

6

انتهای بازه مطالعاتی (محدوده تصفیه خانه اولنگ)

X=753343

Y=4016207

X=753663

Y=4015701

577

ب

الف

شکل9: وضعیت فرسایش الف، ساحل چپ و ب) ساحل راست رودخانه کشف رود

 

شکل10: محدوده نقاط پیشنهادی برای اجرای ژئوتکستایل در نقاط فرسایش پدیر رودخانه کشف رود


نتیجه گیری

همانطور که اشاره شد تجاوزات انسان در محدوده حریم و بستر رودخانه کشف­رود به صورت­های گوناگون اتفاق افتاده است که شدت و ضعف آن در نقاط مختلف متفاوت می­باشد. در طول رودخانه کشف رود براساس ارتفاع تراس­های شکل گرفته در حاشیه رودخانه و مطالعات فرسایش صورت گرفته در رودخانه 4 کلاس فرسایشی تشخیص داده شد. مناطقی از رودخانه که آثار فرسایش کناری رودخانه ای در آن محل بیش از 50 درصد می باشد به عنوان مناطق مناسب جهت اجرای ژئوتکستایل پیشنهاد گردید. بررسی­های به عمل آمده از وضعیت فرسایش کناری رودخانه مورد مطالعه  نشان می­دهد که دیواره­های رودخانه در بسیاری نقاط ناپایدار بوده و در اغلب مسیر از پتانسیل بالایی برای فرسایش برخوردار می­باشد، بطوریکه برخی از ترانشه­های کنار رودخانه در حال تخریب و پیشروی به سمت اراضی کشاورزی و یا مستحدثات می­باشد.

بر اساس نتایج بدست آمده طرح ساماندهی رودخانه کشف رود به ترتیب شامل موارد ذیل خواهد بود.

1-       لایروبی و بازگشایی مسیر رودخانه

2-       احداث چند سازه عرضی کف­بند پلکانی جهت هوادهی به سیال نامطلوب جاری در رودخانه

3-       احداث دیواره ساحلی در مناطقی که پیشروی روستاها به سمت رودخانه زیاد بوده و خطر سیل این مناطق را تهدید می­کند (نظیر پل جاده سیمان).

4-       جانمایی سازه­های آشغالگیر در انتهای آبراهه­های منتهی به کشف رود

5-       استفاده از ژئوتکستایل برای پایداری دیواره های رودخانه

 

 

منابع

  1. Afzalimehr, H. and Dey, S., 2009, Influence of Bank Vegetation and Gravel Bed on Velocity and Reynolds Stress Distributions, International Journal of Sediment Research, Vol. 24, PP. 236-246
  2. Behbahani,m.R., 2001, Surface water hydrology. Tehran University Press. 484Pp.
  3. Bertrand, F. and Papanicolaou, A. N., 2009, Effects of Freezing and Thawing Process on Bank Stability, World Environmental and Water Resources Congress: Great Rivers, New Mexico
  4. Choudhury, M., 2002, Flood Routing in River Network Using Equivalent Muskingum Inflow. Journal of Hydrologic Engineering, 7(6); 413-419.
  5. Cook, A.C., 2008, Comparison of one-dimensional HEC-RAS with two – dimensional FESWMS model in flood inundation mapping. MSc thesis, Purdue university, USA
  6. Jafarzadeh Haghighi, N.A. Basim, Y and Afshari, M. 2004. Case study: Karun river Reorganization Plan - a new way in the Environmental Assessment, Journal of Geographical Research, 74:1-17.
  7. Kaufmann, R., Faustini, M., Larsen, P., Shirazi, A., 2008, A Roughness-corrected Index of Relative Bed Stability for Regional Stream Surveys, Geomorphology, Vol. 99:150- 170.
  8. Lim, S.Y., 2001. Parametric study of riprap failure around bridge piers. Journal of hydraulic research. 39(1): 61-72.
  9. Mahdavi, M. 2003. Applied Hydrology, Third edition,Volume II, Tehran University Press, 401Pp.
  10. Minghui, Y., Hongyan, W., Yanjie, L., and Chunyan, H., 2010, Study on th Stability of Noncohesive River Bank, International Journal of Sediment Research, 25 ( 4): 391–398.
  11. Mosaedi, A., 2003, Study of factors increasing flood damages in the north of Iran on august 2001 and 2002. Geophysical Research Abstracts. 5:03945.
  12. Orfeo, O., and Stevaux, J., 2002, Hydraulic and Morpholgical Characteristics of Middle and Upper Reaches of the Parana River (Argentina and Brazil), Geomorphology, 44 (.5): 309-322.
  13. Tokaldany, E. A., Darby, S. E. and Tosswell, P., 2007, Coupling Bank Stability and Bed Deformation Models to Predict Equilibrium Bed Topography in River Bends, Journal of Hydraulic Engineering, 133 (10):1167-1170.

14. Sadeghi, S.H.R. 1997. Review and assessment of factors affecting flood control, Journal of Forest and Range, 29:54-61

  1. SCS., 1985, Natural Engineering Handbook, Section ,8, Flood Routing, US Department of Agriculture, Soil Conservation Service, Washington, D.C : 175Pp.
  2. SHAW, E.M., 1994, Hydrology in Practice. T.J. Press (Pads tow) LTD, Cornwall, UK: 546 Pp.
  3. Stephen, R., 2002, Hydrologic investigation by the USGS following the 1996 and 1997 flood in the upper Yellowstone river, Montana. American water resources association, 19th annual Montana section meeting, section one: 1-18.
  4. Stephen, P., Rice, Jill Lancaster and Paul Kemp, P., 2010, Experimentation at the Interface of Fluvial Geomorphology, Stream Ecology and Hydraulic Engineering and the Development of an Effective, Interdisciplinary River Science, Earth Surface Processes and Landforms, 35: 64-77.
  5. Stevenson, D., 2009. 1D Hec RAS model and sensivity analysis for River Clair from 1971- 2007, report prepared for international joint commission, international upper Great lakes study, Ottawa:1-57.
  6. Vatanfada, J. 2003. Review the flood situation in Iran, issues and problems, Proceedings of the seminar on the prevention and reduction of flood, 302-313.
  7. Yang, C.R., and Tsai, C.T., 2000, Development of a GIS based flood information system for floodplain management and damage calculation. Journal of the American Water Resources Association. 36(3):567-577.

 

 

 



[1] -  نویسنده مسئول:دکتری مهندسی آب و معاون پژوهشی پژوهشکده آب و خاک کاوش پی، Email: v.yazdany@yahoo.com

[2] -  مدیریت طرح جایگزینی پساب استان خراسان و دانشجوی دکتری منابع آب واحد علوم و تحقیقات تهران

 

[3] Chrysopogon zizanioides

[4] Paliurus spina

[5] Avicennia marina

[6] Paspalum notatum

[7] Lilium

[8] bicolor Caladium

[9] Ligustrum vulgare

[10] Bambuseae

[11] Ficus carica

[12] Free overfall

  1. Afzalimehr, H. and Dey, S., 2009, Influence of Bank Vegetation and Gravel Bed on Velocity and Reynolds Stress Distributions, International Journal of Sediment Research, Vol. 24, PP. 236-246
  2. Behbahani,m.R., 2001, Surface water hydrology. Tehran University Press. 484Pp.
  3. Bertrand, F. and Papanicolaou, A. N., 2009, Effects of Freezing and Thawing Process on Bank Stability, World Environmental and Water Resources Congress: Great Rivers, New Mexico
  4. Choudhury, M., 2002, Flood Routing in River Network Using Equivalent Muskingum Inflow. Journal of Hydrologic Engineering, 7(6); 413-419.
  5. Cook, A.C., 2008, Comparison of one-dimensional HEC-RAS with two – dimensional FESWMS model in flood inundation mapping. MSc thesis, Purdue university, USA
  6. Jafarzadeh Haghighi, N.A. Basim, Y and Afshari, M. 2004. Case study: Karun river Reorganization Plan - a new way in the Environmental Assessment, Journal of Geographical Research, 74:1-17.
  7. Kaufmann, R., Faustini, M., Larsen, P., Shirazi, A., 2008, A Roughness-corrected Index of Relative Bed Stability for Regional Stream Surveys, Geomorphology, Vol. 99:150- 170.
  8. Lim, S.Y., 2001. Parametric study of riprap failure around bridge piers. Journal of hydraulic research. 39(1): 61-72.
  9. Mahdavi, M. 2003. Applied Hydrology, Third edition,Volume II, Tehran University Press, 401Pp.
  10. Minghui, Y., Hongyan, W., Yanjie, L., and Chunyan, H., 2010, Study on th Stability of Noncohesive River Bank, International Journal of Sediment Research, 25 ( 4): 391–398.
  11. Mosaedi, A., 2003, Study of factors increasing flood damages in the north of Iran on august 2001 and 2002. Geophysical Research Abstracts. 5:03945.
  12. Orfeo, O., and Stevaux, J., 2002, Hydraulic and Morpholgical Characteristics of Middle and Upper Reaches of the Parana River (Argentina and Brazil), Geomorphology, 44 (.5): 309-322.
  13. Tokaldany, E. A., Darby, S. E. and Tosswell, P., 2007, Coupling Bank Stability and Bed Deformation Models to Predict Equilibrium Bed Topography in River Bends, Journal of Hydraulic Engineering, 133 (10):1167-1170.

14. Sadeghi, S.H.R. 1997. Review and assessment of factors affecting flood control, Journal of Forest and Range, 29:54-61

  1. SCS., 1985, Natural Engineering Handbook, Section ,8, Flood Routing, US Department of Agriculture, Soil Conservation Service, Washington, D.C : 175Pp.
  2. SHAW, E.M., 1994, Hydrology in Practice. T.J. Press (Pads tow) LTD, Cornwall, UK: 546 Pp.
  3. Stephen, R., 2002, Hydrologic investigation by the USGS following the 1996 and 1997 flood in the upper Yellowstone river, Montana. American water resources association, 19th annual Montana section meeting, section one: 1-18.
  4. Stephen, P., Rice, Jill Lancaster and Paul Kemp, P., 2010, Experimentation at the Interface of Fluvial Geomorphology, Stream Ecology and Hydraulic Engineering and the Development of an Effective, Interdisciplinary River Science, Earth Surface Processes and Landforms, 35: 64-77.
  5. Stevenson, D., 2009. 1D Hec RAS model and sensivity analysis for River Clair from 1971- 2007, report prepared for international joint commission, international upper Great lakes study, Ottawa:1-57.
  6. Vatanfada, J. 2003. Review the flood situation in Iran, issues and problems, Proceedings of the seminar on the prevention and reduction of flood, 302-313.
  7. Yang, C.R., and Tsai, C.T., 2000, Development of a GIS based flood information system for floodplain management and damage calculation. Journal of the American Water Resources Association. 36(3):567-577.