چکیده

سیل یکی از جدیترین مخاطرات طبیعی به شمار میرود. این پدیده علیرغم همهی پیچیدگیهایش، قابل بررسی و مطالعه بوده و میتوان در جهت مهار و کاهش خسارات ناشی از آن اقدامات مناسبی انجام داد. در این مقاله روشی جدید جهت محاسبهی مشخصات جریان در شبکهی رودخانهها و زهکشهای شهری در حالت وقوع سیلاب ارائه شدهاست. این روش قابلیت بررسی رژیم جریان زیر بحرانی، فوق بحرانی و تلفیق زیر بحرانی و فوق بحرانی در حالت وقوع جریان غیردائمی را داراست و میتواند بهمنظور مدلسازی سیلاب در آبراهههای شاخهای و حلقوی استفاده شود. همچنین بهعنوان مطالعهی موردی، روندیابی جریان سیلاب در مسیل جاجرود در شهر تهران مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن ارائه شدهاست.

کلید واژه: شبکهی رودخانه، جریان یک بعدی، مدل عددی، مسیل جاجرود تهران

-۱ مقدمه

با گسترش و توسعهی روزافزون شهرها، بستر و حریم مسیلها و آبراهههایی که از داخل محدودهی شهر عبور میکنند همواره در معرض دخل و تصرف غیرمجاز قرار دارند. همچنین در سالهای اخیر بهدلیل وقوع خشکسالیهای پیدرپی و نیز در اثر عوامل انسانی، تخریب منابع طبیعی و پوششهای گیاهی رشد فزایندهای داشتهاست. مجموعهی این عوامل سبب افزایش احتمال وقوع سیل در مناطق شهری شدهاست.

از سوی دیگر بهدلیل افزایش سطوح با نفوذپذیری بسیار کم در مناطق شهری ناشی از تغییر کاربری اراضی کشاورزی و منابع طبیعی، گسترش شهرنشینی و ساخت و سازهای غیراصولی، دبی سیلاب نیز در این مناطق بهشدت افزایش یافتهاست. خطرات و خسارات ناشی از

۱

چنین تغییراتی در هنگام وقوع سیل بسیار زیاد بوده و موجب ایجاد صدمات گاه جبران ناپذیری به تأسیسات شهری، مسکونی و شریانهای حیاتی میشود؛ تا جایی که لازم است سالیانه بخش عظیمی از سرانهی تولید ناخالص ملی صرف بازسازی و جبران خسارات مناطق سیلزده شود.

مسیلها یکی از الزامات شهری در مسیر توسعه میباشند که برای جمعآوری آبهای روان ناشی از بارندگی بهصورت شبکهای در کل شهرپراکندهاند و توجه به آنها بهعنوان شریانهای مهم و حیاتی برای مدیران و برنامهریزان شهری اهمیتی دوچندان یافتهاست. بنابراین دانستن مشخصات جریان مسیلها در هنگام وقوع سیلاب امری اجتناب ناپذیر است.

-۲ مرور سابقهی مطالعات

چائو[۱] مدلی برای انتشار سیل در سیستم شبکهی رودخانه ارائه کردهاست. در این مدل معادلات حاکم بر اساس شیوهی پرایزمن۱ منقطع شده و در نتیجه ماتریس ضرایب حاصل پنج قطری است. این مدل هیدروگراف جریان در هر نقطه از رودخانه را محاسبه میکند و بنابراین با استفادهی از آن میتوان مقدار احتمالی سیلاب را از قبل تخمین زد. بر این اساس پتانسیل خطر سیل در رودخانههای شاخهای شینگ مون۲ و شمچون۳مورد مطالعه قرار گرفتهاست.

چوی و مولیناس [۲] یک الگوریتم حل همزمان برای تعیین مشخصات جریان غیردائمی یک بعدی در شبکهی کانالها معرفی نمودند. این الگوریتم بر مبنای روش جاروی دوطرفه و نیز استفاده از معادلات بازگشتی جداگانه برای روابط پیوستگی، مومنتم و انرژی برای هریک از اجزای شبکهی کانال بوده و مسئلهی شبکهی کانالها را به مسئلهی یک کانال تبدیل میکند. همچنین در محل اتصالات نیز از مدل جریان غیردائمی خطی و روابط کاملاً دینامیکی جریان استفاده میشود.

میسله و هالی [۳] در مورد نحوهی کاربرد روش پرایزمن در حالت وقوع جریان گذرای فوقبحرانی بحث کردهاند. آنها در تحقیقات خود به این نتیجه رسیدند کهدر حالت جریان بحرانی، روش پرایزمن بهصورت اندک پایدار است و با وجود آنکه ویسکوزیتهی مصنوعی میتواند برای بهبود بخشیدن به برخی افتها استفادهشود، اما در این حالت دقت این روش پایین خواهدآمد. از سوی دیگر چنانچه ویسکوزیتهی مصنوعی بهصورت صریح اعمال شود، محدودهی پایداری این روش بهدلیل تحمیل گام زمانی مجاز محدود خواهدشد و بهطور اختصار باید گفت آنالیزهای انجام شده نشان میدهد که روش پرایزمن نمیتواند برای ارزیابی جریان گذرای بحرانی استفادهشود.

رجیانی و همکاران[۴] بر اساس یک روش هیدرولوژیکی ابداعی اقدام به حل معادلات جریان و مدلسازی یک بعدی شبکهی آبراهههای شاخهای و حلقوی نمودند. این مدل تخمینی از سرعت متوسط و ذخیرهی حجمی و دبی سیلاب در هر شاخه را در طول زمان مدلسازی ارائه میکند.در این روش روابط ساختاری بهدست آمده برای مبادلهی جرم و مومنتم (بر اساس قانون دوم ترمودینامیک) بین شاخههای کانال از نظر فیزیکی سازگار و از نظر ترمودینامیکی قابل قبول است.نتایج حاصل از این روش برای چند مورد رخداد بارش با اندازههای مختلف و در سطوح مختلف اجزای شبکه محاسبه شده و غیر خطی بودن پاسخ و اثرات متفاوت اجزای شبکه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتهاست.

کاپارت و همکاران [۵] با استفاده از روش حجم محدود وبه صورت صریح به حل معادلات غیردائمی سنتونانت (بهعنوان معادلات حاکم) پرداخته و براین اساس مدلی یکبعدی از جریان در کانالهای باز با توپوگرافی پیچیده ارائه دادند.این روش برای تعیین مسیر و نیز

.Preissmann

.ShingMun .Sham Chun

۱

۲

۳

۲

مشخصات سیلاب شدید در سیستم رودخانهی پیچیدهی تانشویی۱واقع در شمال تایوان استفادهشد و نتایج محاسبات با مقادیر اندازهگیری شده مقایسهگردید.