نشریه شماره ۶۸۸

ضریب زبري هیدرولیکی رودخانه‌ها، یکی از عوامل مورد نیاز براي مطالعات مهندسی رودخانه است. ایـن موضوع براي تعیین عواملی نظیر عمق و سرعت جریان ضروري است. با وجود اینکه در برخـی کتـب هیـدرولیک و مهندسـی رودخانـه مباحثی در خصوص ضریب زبري رودخانه‌ها ارائه شده ولی ضـرورت داشـتن راهنمـاي جـامع بـراي کلیـه شـرایط موجـود در رودخانه‌هاي کشور، موجب تدوین نشریه شماره ۶۸۸ شده است. از سوي دیگر از آنجا که دقت تعیین عمق جریان در تعیین دقیق مشخصه‌هاي فنی و حقوقی نظیر حدود بستر و حریم رودخانه‌ها، موثر است، بنابراین برآورد دقیق ضـریب زبـري هیـدرولیکی عـلاوه بـر ارزش فنی، اهمیت حقوقی نیز پیدا می‌نماید.

براي تعیین عوامل هیدرولیکی نظیر عمق و سرعت جریان، نیاز به تعیین ضریب زبري هیدرولیکی جریان است. در تمامی مطالعات مهندسی رودخانه و طراحی سازه‌هاي متقاطع رودخانه نظیر پل‌ها، سدهاي انحرافی یا دهانه‌هاي آبگیر که دانستن عمق و سرعت جریان ضروري است، تعیین دقیق ضریب زبري مورد نیاز خواهد بود. ضریب زبري هیدرولیکی در شرایط متنوع و پیچیده رودخانه‌ها متاثر از عوامل مختلفی است. بنابراین تحقیقات گسترده‌اي بر روي شرایط متنوع جریان در رودخانه‌ها صورت پذیرفته و طیف گسترده‌اي از روابط ارائه شده است. به همین علت، شناخت کامل کارشناسان مطالعات مهندسی رودخانه از عوامل موثر و شرایط متنوع رودخانه‌ها، مقدم بر تعیین ضریب زبري رودخانه‌ها بوده و تسلط این کارشناسان به انواع روابط تعیین ضریب زبري در شرایط متنوع رودخانه‌ها نیز ضروري است. لذا نشریه شماره ۶۸۸ با همکاری سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور علاوه بر بررسی عوامل موثر بر زبري هیدرولیکی رودخانه‌ها، روابط مناسب براي شرایط مختلف رودخانه‌ها را نیز ارائه می‌نماید.

اهداف نشریه شماره ۶۸۸

هدف از تدوین این نشریه تعیین ضریب زبري هیدرولیکی رودخانه‌ها است. بـه ایـن منظـور عوامـل مـوثر بـر روي ضریب زبري هیدرولیکی بررسی شده و نحوه تعیین ضریب زبري هیدرولیکی رودخانه‌ها و سیلابدشت در شرایط مختلف، مورد بحـث قرار گرفته است.

دامنه کاربرد نشریه شماره ۶۸۸

نشریه شماره ۶۸۸ براي تعیین ضریب زبري هیدرولیکی رودخانه‌ها کاربرد داشته و تعیین ضریب زبري هیدرولیکی سـایر مجاري آبی نظیر سطح حوضه‌هاي آبریز، کانال‌هاي آبیاري، کف دریاها، دریاچـه‌هـا‌، لولـه‌هـا و تونـل‌هـا، خـارج از بحـث این نشریه است. همچنین کاربرد نشریه شماره ۶۸۸ در تعیین ضریب زبري مدل‌هاي ریاضی رودخانه‌هـای محـدود بـه مدل‌هاي یک بعدي است. به علت عدم کفایت تحقیقات موجود، استفاده از روابط ارائه شده بـراي سـیلاب‌هـاي گلـی و واریزه‌اي محدود به آبراهه‌هاي کوهستانی خواهد بود که فاقد پوشش درختی قابل توجه باشد.

محدودیت‌هاي نشریه شماره ۶۸۸

نشریه شماره ۶۸۸ محدود به تعیین ضریب زبري در آبراهه اصلی و سیلابدشت رودخانـه‌هـا بـوده و ایـن ضـریب زبـري می‌تواند براي محاسبات یک بعدي جریان در رودخانه‌ها مـورد اسـتفاده قـرار گیـرد. بنـابراین مـوارد زیـر خـارج از بحـث نشریه حاضر است.

تعیین ضریب زبري سطح حوضه‌هاي آبریز
تعیین ضریب زبري در کانال‌هاي انتقال آب و آبیاري و زهکشی

با تقریب می‌توان ضریب زبري مورد نیاز براي شبیه سازي دو بعدي و سه بعدي جریان با سطح آزاد را بـا اسـتفاده از مطالـب راهنماي حاضر تعیین نمود. بررسی‌ها نشان می‌دهد که در زمان تهیه این نشریه، تحقیقـات انجـام شـده بـراي تعیـین ضـریب زبري جریان در مدل‌هاي دو بعدي و سه بعدي به اندازه‌اي نیست که مبناي تدوین راهنماي استاندارد بـراي پـروژه‌هـاي عملـی قرار گیرد و از سوي دیگر مدل‌هاي دو بعدي و سه بعدي جریان بیشتر جنبه تحقیقاتی داشته و حجـم بـالاي داده‌هـاي ورودي این مدل‌ها، استفاده از آنها را محدود ساخته است. بنابراین لازم است در آینده با تکمیل تحقیقات آزمایشگاهی و صحرایی بـیش تـر، نسبت به تدوین نشریه تعیین ضریب زبري براي مدل‌هاي دو بعدي و سه بعدي اقدام شود.

انواع زبري جریان

زبري جریان در رودخانه‌ها را می‌توان در هشت نوع زیر تقسیم‌بندي نمود.

زبري جداره رودخانه ناشی از زبري دانه‌هاي رسوب موجود در جداره آبراهه و سیلابدشت
زبري ناشی از موان
زبري ناشی از بی‌نظمی جداره آبراهه اصلی و سیلابدشت
زبري ناشی از تغییرات ابعاد و شکل مقاطع
زبري ناشی از پیچانرودي رودخانه
زبري ناشی از شکل بستر ناشی از امواج ماسه‌اي
زبري پوشش گیاهی موجود در بستر آبراهه و سیلابدشت
زبري ناشی از غلظت رسوبات جریان

ضریب زبری

ضریب زبري براي محاسبه سرعت و بده جریان در مجاري باز نظیر رودخانه‌ها بـه انـواع مختلـف تعریـف شـده اسـت. روابط ارائه شده براي بده و سرعت جریان به پنج دسته زیر قابل تقسیم است.

رابطه شزي
رابطه دارسی ویسباخ
رابطه مانینگ
رابطه سرعت بی‌بعد
روابط همبستگی بین بده جریان و عوامل هیدرولیکی

عوامل موثر بر زبری هیدرولیکی رودخانه

عوامل موثر بر زبري هیدرولیکی آبراهه اصلی و سیلابدشت رودخانه را می‌توان شامل موارد زیر دانست.

قطر دانه‌هاي رسوب در بستر آبراهه اصلی و سیلابدشت رودخانه‌ها
عمق جریان
لزجت جریان
شکل بستر آبراهه
موانع موجود در بستر آبراهه و سیلابدشت
تغییرات شکل و اندازه مقاطع رودخانه
پوشش گیاهی بستر آبراهه و سیلابدشت
پیچانرودي رودخانه
غلظت رسوب جریان

فهرست مطالب نشریه شماره ۶۸۸

ضریب زبري هیدرولیکی رودخانه که در نشریه شماره ۶۸۸ به اختصار تحت عنوان ضـریب زبـري بـه کـار رفتـه اسـت بـه درجه‌ي مقاومت در مقابل جریان گفته می‌شود. واحد و بعد ضریب زبري به نوع رابطه جریان بسـتگی دارد. در فصـل دوم این نشریه انواع ضرایب زبري متداول، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در فصل ۳ به بررسی عوامل مختلف بر زبري هیدرولیکی رودخانه پرداخته است.

در فصل ۴ در رابطه با بازدیدهاي میدانی یکی از ضروري‌ترین اقدامات مورد نیاز براي تعیین ضریب زبري مانینگ بحث می‌کند. در فصـل ۵ روش‌هـا‌ي بـرآورد زبـري هیدرولیکی ناشی از عوامل یاد شده مورد بحث قرار می‌گیرد. به طور کلی روش‌هاي برآورد ضریب زبري را می‌تـوان بـه دو دسته طبقه‌بندي کرد.

روش‌هایی که ضریب زبري ناشی از یکی از عوامل موثر را تعیین می‌کنند
روش‌هایی که زبري هیدرولیکی ناشی از مجموع چند عامل موثر را تعیین میکنند

در این فصل ابتدا دسته اول و سپس دسته دوم مورد بحث قرار می‌گیرد.

عمده کارهاي مهندسی رودخانه را به سه دسته طرح‌هاي کاهش خسارت سیلاب، مهار فرسایش و رسوب و طرح‌هـا‌ي ساماندهی رودخانه براي کشتیرانی می‌توان طبقه بندي نمود. در برخی از این طرح‌ها نیاز به تعیین ضریب زبـري رودخانـه است که در فصل ۶ ملاحظات مربوط به آنها بحث می‌شود.

منظور این نشریه از آبراهه‌هاي مرکب، رودخانه‌هایی است که داراي آبراهه اصلی باشـند. معـدودي از روش‌ها به تعیین ضریب زبري جداگانه براي آبراهه اصلی و سیلابدشت پرداخته‌اند. تعدادي روابط ترکیب ضـریب زبـري هیدرولیکی نیز ارائه شده است. در فصل ۷ روش کاون که توسط اداره حفاظت خاك و سازمان زمین شناسی آمریکـا تکمیل گردیده ارائه می‌شود.

در فصل ۸ براي شرایط مختلف رودخانه و نیز سطوح مختلـف داده‌هـا‌ي در دسـترس روش مناسـب و قابـل توصـیه پیشنهاد می‌شود. در اغلب شرایط بیش از یک روش قابل توصیه وجود دارد و تحقیقات موجود، براي قطعی نمودن توصیه یک روش کافی نیست. در این صورت محاسبه ضریب مانینگ از روش‌هاي مختلف و مقایسه نتایج حاصل ضروري بـوده و بسته به نتایج حاصل از روش‌هاي مختلف براي بازه مورد نظر، می‌توان روش‌هاي مناسب را انتخاب نمود.