تحلیل خطرپذیری فرسایش کناره ای با استفاده از مدل BSTEM در حوضه رودخانه کوتر

فیض اله پور, مهدی; احمدی, خالق

doi:10.22111/jneh.2018.21872.1313

تحلیل خطرپذیری فرسایش کناره ای با استفاده از مدل BSTEM در حوضه رودخانه کوتر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ عضو هیات علمی، گروه جغرافیا، دانشگاه زنجان

² کارشناس ارشد، گروه جغرافیا، دانشگاه زنجان

10.22111/jneh.2018.21872.1313

چکیده

یکی از مهمترین مخاطرات طبیعی، فرسایش کناره رودخانه میباشد که سالانه باعث خسارات اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی بسیاری میشود. لذا در این تحقیق از مدل BSTEM در جهت شناسایی و برآورد فرسایش کناره رودخانه کوتر مهاباد استفاده شده است. به این منظور مسیری به طول 3 کیلومتر از رودخانه کوتر انتخاب شده و سه بازه برای مدل BSTEM در نظر گرفته شد. در این مدل به شبیه سازی جریان عادی و سیلابی و پیامد آن بر فرسایش پای کناره و پایداری کناره رودخانه کوتر پرداخته شد. پسروی محاسبه شده کناره بر اساس مدل BSTEM در سناریوهای مختلف بازههای رودخانه کوتر متغیر بوده است. کل مساحت فرسایش یافته سناریو اول در بازههای اول، دوم و سوم به ترتیب040/ ، 028/0 و 188/0 متر مربع بوده است. در حالی که در سناریو دوم کل مساحت فرسایش یافته در بازهها به ترتیب 347/0، 132/0 و 728/0 متر مربع برای بازه اول، دوم و سوم به دست آمده است. از این نتایج میتوان چنین نتیجه گرفت که میزان فرسایش پذیری در بازه دوم نسبت به دو بازه سوم و اول کمتر بوده است. در بازه سوم میزان تنش برشی حدود 64 پاسکال به دست آمده و بیشترین میزان را به نمایش گذاشت. بر این اساس بیشترین مساحت فرسایش یافته بستر نیز به این بازه اختصاص یافت. میزان ضریب ایمنی نیز در این بازه معادل 55/0 بوده و بار رسوبی تولیدی نیز معادل 674/22 تن برآورد گردید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Analysis and estimation of the risk of erosion by using the BSTEM model in the Kawtar River Basin

نویسندگان [English]

Mehdi Feyzolahpour ¹
Khalegh Ahmadi ²

¹ Assistant Professor of Geography Faculty of Human Sciences, University of Zanjan, Zanjan, Iran

² MA Student of Geomorphology, Faculty of Human Sciences, University of Zanjan, Zanjan, Iran

چکیده [English]

The rivers have been known from the past to this day as the most populous areas of the planet. The expansion of urbanization and the increase of human needs have created a balance between rivers and disruptions in the river system. One of the most important river hazards is the erosion of the river bank. It causes many economic, social and environmental damages every year. The present research is based on fieldwork and modeling of erosion of the river Bank. Therefore, it seeks to identify sensitive areas of the Bank erosion and estimate the extent of erosion. For this purpose, the NBS index and BSTEM model has been used to identify and estimate the erosion of the Kwtar River in Mahabad. A route of 3 km was selected from the Kwtar River. Morphological characteristics of five cross sections for NBS index and three intervals for BSTEM model were taken. Rosgen’s proposed seven parameters for assessing the near bank stress (NBS) index. In this research, three parameters were used for the estimation of bank erosion. Two parameters and the highest efficiency in the identification of river bank erosion was cauterized. While the parameter was somewhat contradictory to reality. Then using the BSTEM model, simulation of normal and flood flow and its consequences on the Toe Erosion and Bank Stability were studied. The BSTEM model evaluates the stability of the edges with the safety factor (FS). The main cause of the erosion of the Toe is due to hydraulic currents and the main cause of instability and fracture failure due to the geotechnical characteristics and the underlying hydraulic flow along the sides Toe Bank of the Kawtar River. As the rate increased, the amount of foot erosion and the fracture failure rate were increased.

کلیدواژه‌ها [English]

Evaluation of the bank stability and toe erosion model
Shear stress
Factor of Safety
BSTEM
Kutter River

مراجع

پرویزی یحیی؛ قیطوری محمد؛ حشمتی مسیب (1393). قابلیت زیرمدل دامنه WEPP در پیش بینی دینامیک رواناب و فرسایش خاک در چند تیپ مرتعی نیمه خشک، مجله منابع طبیعی ایران، دوره شصت و هفتم، شماره 4، صص 501- 513.

طالبی علی؛ عباسی جندانی شهربانو (1395). بررسی تاثیر زمان وقوع رگبار بر اولویت بندی عوامل موثر در فرسایش با استفاده از آنالیز حساسیت مدل WEPP، مجله منابع طبیعی ایران، دوره 69، صص 125- 140.

مرادی پور شهین؛ زینی وند حسین؛ بهره مند عبدالرضا؛ نجفی نژاد علی (1393). ارزیابی کارایی مدل WETSPA در شبیه سازی فرسایش و انتقال رسوب معلق در آبخیز طالقان، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، سال 18، شماره 69، صص 193- 203.

مطلب نژاد علی؛ جمالی علی اکبر؛ حسن زاده محمد؛ دشتکیان کاظم (1394). بهینه سازی مدل WSM در برآورد فرسایش و رسوب با اصلاح ضرایب و استفاده از باران ساز در حوزه آبخیز نیر، پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، سال ششم، شماره 12، صص 175- 183.

شرفی سیامک؛ یمانی مجتبی (1391). ژئومورفولوژی و عوامل مؤثر در فرسایش کناری رودخانه هررود در استان لرستان، مجله جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، سال بیست و سوم، شماره 1، صص 15-32.

Bernhardt, E. S., Palmer, M. A., Allan, J. D., Alexander, G., Barnas, K., Brooks, S., Carr, J., Clayton, S., Dahm, C., Follstad-Shah, J., Galat, D., Gloss, S., Oodwin, P., Hart, D., Hassett, B., Jenkinson, R., Katz, S., Kondolf, G. M., Lake, P. S., Lave, R., Meyer, J. L., O’Donnell, T. K., Pagano, L., Powell, B., Sudduth, E., (2005), Synthesizing U. S. river restoration efforts, Science, 308, 636–637.

Bhowmik, M., Das, N., (2014), Near Bank Stress Ranking of Bank Erosion Hazard of Sonai Gang Basin, West Tripura District.

Bigham, K. A., (2016), Evaluation and application of the Bank Assessment for Non-Point Source Consequences of Sediment (BANCS) model developed to predict annual streambank erosion rates (Doctoral dissertation, Kansas State University).

Coryat, M., (2014), Analysis of the Bank Assessment for Non- point Source Consequences of Sediment (BANCS) Approach for the Prediction of Streambank Stability and Erosion along Stony Clove Creek in the Catskills. Master of Science Thesis, Syracuse University.

Fredlund. D. G., Rahardjo, H., (1993), Soil Mechanics for Unsaturated Soils, Ph.D thesis, Senior Lecturer School of Civil and Structural Engineering Nanyang Technological university.

Garcia, M., (2008), Sedimentation engineering: processes, measurements, modeling, and practice. American Society of Civil Engineers.

Ghosh, K. G., Pal, S., Mukhopadhyay, S., (2016), Validation of BANCS model for assessing stream bank erosion hazard potential (SBEHP) in Bakreshwar River of Rarh region, Eastern India. Modeling Earth Systems and Environment, 2(2), 1-15.

Gregory, k.j., (2006), The Human role in Changing River Channels, Geomorphology 79, pp172-191.

Hanson, G. J., & Simon, A., (2001), Erodibility of cohesive streambeds in the loess area of the midwestern USA. Hydrological Processes, 15(1), 23-38.

Klavon, K., Fox, G., Guertault, L., Langendoen, E., Enlow, H., Miller, R., & Khanal, A., (2017), Evaluating a process‐based model for use in streambank stabilization: insights on the Bank Stability and Toe Erosion Model (BSTEM). Earth Surface Processes and Landforms, 42(1), 191-213.

Kwan, H., Swanson, S., (2014), Prediction of Annual Streambank Erosion for Sequoia National Forest, California. JAWRA Journal of the American Water Resources Association, 50(6), 1439-1447.‏

Midgley, T. L., Fox, G. A., Heeren, D. M., (2012), Evaluation of the bank stability and toe erosion model (BSTEM) for predicting lateral retreat on composite streambanks. Geomorphology, 145, 107-114.

Ownegh, M., Nohtani, M., Raine, S., Biggs, A., Menzies, N., Freebairn, D., Tolmie, P., (2004, July), Relationship between geomorphologic units and erosion and sediment yield in Kashidar watershed, Golestan Province, Iran. In Proceedings of ISC (Vol. 13).

Partheniades, E., (1965), Erosion and deposition of cohesive soils, J. Hydraul. Eng., 91(1), 105–139.

Pollen, N. (2007), Temporal and spatial variability in root reinforcement of streambanks: Accounting for soil shear strength and moisture, Catena, 69, 197–205.

Rosgen, D. L. (2001, March). A practical method of computing streambank erosion rate. In Proceedings of the Seventh Federal Interagency Sedimentation Conference (Vol. 1)

Rosgen, D.L. (2011). Watershed assessment of river stability and sediment supply (WARSSS). Wildland Hydrology, Fort Collins, Colorado.

Sass, C. K., & Keane, T. D. (2012). Application of Rosgen’s BANCS model for NE Kansas and the development of predictive streambank erosion curves. JAWRA Journal of the American Water Resources Association, 48(4), 774-787.

Simon, A. and Darby, S. E., (2000). The nature and significance of incised river channels. In: Darby, S. E., Simon, A. (eds.), Incised river channels, John Wiley and Sons, Chichester, UK, 452 p.

Simon, A., Pollen‐Bankhead, N., & Thomas, R. E. (2011). Development and application of a deterministic bank stability and toe erosion model for stream restoration. Stream Restoration in Dynamic Fluvial Systems, 453- 474.‏

Simon, A., Pollen‐Bankhead, N., Mahacek, V., & Langendoen, E. (2009). Quantifying Reductions of Mass‐Failure Frequency and Sediment Loadings From Streambanks Using Toe Protection and Other Means: Lake Tahoe, United States. JAWRA Journal of the American Water Resources Association, 45(1), 170-186.

Yao, Z., Ta, W., Jia, X., & Xiao, J. (2011). Bank erosion and accretion along the Ningxia–Inner Mongolia reaches of the Yellow River from 1958 to 2008. Geomorphology, 127(1), 99-106.