برآورد فرسایش کناره¬ای رودخانه با استفاده از مدل BSTEM
محورهای موضوعی :محمد مهدي حسين زاده 1 , رضا اسماعیلی 2
1 - شهيد بهشتي
2 - دانشگاه مازندران
کلید واژه:
چکیده مقاله :
فرسایش کناره ای یکی از منابع اصلی تولید رسوب در جریان‌ها و رودخانه‌ها شناخته می‌شود، هرچند تعیین و برآورد سهم رسوب از فرسایش کرانه رود مشکل است. هدف این مقاله نشان دادن کارایی مدل BSTEM به‌عنوان یک ابزار مناسب برای تعیین و تشخیص شرایط حاکم بر کرانه رودخانه در راستای حفاظت از رود و ارزیابی اهمیت فرسایش رودخانه‌ای و ویژگی‌های پوشش گیاهی و فشار آب منفذی نزدیک کرانه است. مدل پایداری کرانه و فرسایش پای آن (BSTEM) به‌منظور پیش‌بینی پس‌روی کرانه رودخانه به علت فرسایش رودخانه‌ای و شکست ژئوتکنیکال طراحی شده است. در این تحقیق همچنین مدل BSTEM برای شبیه‌سازی فرسایش هیدرولیک در پای کرانه و پایداری کرانه در طول یک سری وقایع جریانی (دبی لبالبی، دبی متوسط سیلاب و دبی حداکثر سیلاب) به‌منظور ارزیابی تغییرات فعلی (موجود) و بالقوه در فراوانی شکست کرانه (فاکتور ایمنی یا FS) و بار رسوبی حاصل از کرانه رود استفاده شده است. موقعیت مورد مطالعه در بخش خروجی رودخانه لاویج از کوهستان در منطقه پارک کشپل (چمستان- نور) قرار دارد. در این بخش هرساله فرسایش کناره ای قابل توجهی به‌واسطه وقوع سیلاب‌های بزرگ رخ می‌دهد. مطالعات نشان داد که در کرانه رودخانه لاویج با لایه‌بندی متفاوت پس‌روی قابل‌توجهی در طول وقایع جریانی بزرگ رخ می‌دهد. درواقع سیلاب‌هایی که با دوره بازگشت بیش از 10 سال رخ می‌دهند، نقش اصلی در فرسایش کناره‌ای و فرایند پس‌روی عرضی بر عهده دارند. نتایج تحلیل مدل نشان می‌دهد که پس‌روی اندازه‌گیری شده در کرانه رود در سناریوهای مختلف از صفر تا 81 سانتی‌متر تغییر می‌کند و شرایط پایداری کرانه نیز در اولین سناریو ناپایدار(FS =0.9) و در سناریوی دوم و سوم تقریباً پایدار (FS=1.15-1.26) است. اضافه شدن پوشش گیاهی بالای کرانه مقاومت چسبندگی در یک متر بالای کرانه را افزایش داده و منجر به کاهش بیشتر فراوانی و حجم شکست کرانه می‌شود. نتایج نشان داده است که درنتیجه دخالت حفاظت‌های انجام‌گرفته بر روی کرانه‌های فرسایش پذیر، حجم کلی رسوبات فرسایش یافته از کرانه را می‌توان کاهش داد.
Stream bank erosion is known to be a major source of sediment shedding in streams and rivers. However it is difficult to define and estimate the contribution of sediment from river erosion. The purpose of this paper is to demonstrate the application of BSTEM model as a viable tool for identifying and quantifying the controlling bank-slope conditions for a range of stream-restoration objectives, evaluation of the importance of fluvial erosion, vegetation properties and near-bank pore-water pressure properties. The Bank Stability and Toe Erosion Model (BSTEM) were used in order to predict streambank retreat due to both fluvial erosion and geotechnical failure. In this research, BSTEM model also was used to simulate hydraulic erosion at the bank toe and bank stability during a series of flow events (bankfull discharge, mean annual flood, maximum flood discharge) for the purpose of evaluating current (existing) and potential changes in failure frequency (factor of safety or FS) and stream bank-derived loadings. The study site is located at the exit point of the Lavij river from the mountains in Kashpal park area (Chamestan-noor). Every year there is a significant amount of bank erosion caused by large floods in this river section. This study showed that for a multilayered stream bank in Lavij River, the most significant retreat occurred during a series of high flow events. In fact, the floods that occur with a return period of more than 10 years, play an important role in fluvial erosion and lateral retreat processes. Results of BSTEM analysis showed that lateral retreat measured at the stream bank in different scenarios ranged from 0 to 81cm and the bank stability conditions in the first scenario is unstable (FS =0.9), but in the second and thirds scenarios is almost stable (FS=1.15-1.26). Bank top vegetation provided additional cohesive strength to the top 1.0 m of the bank and resulted in a further reduction of failure frequency and failure volume. Results of this study showed that toe protection added to eroding stream banks can reduce overall volumes of eroded sediment.
