بررسی حساسیت کناره رودخانه در برابر فرسایش و راهکارهای حفاظت کناره‌های کانال در رودخانه واز چمستان- مازندران

نوع مقاله : علمی -پژوهشی

نویسندگان

1 گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی

3 گروه جغرافیا، دانشکده علوم انسانی و اجتماعی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

چکیده

تغییرات مجرای رودخانه، فرسایش کناره­ای و رسوبگذاری کناره­ای، فرآیند­های طبیعی رودخانه­های آبرفتی هستند که باعث تخریب زمین­های کشاورزی اطراف و خسارت به تاسیسات انسانی اطراف رودخانه می­شود. در این پژوهش با استفاده از مدل تنش برشی لین میزان ضریب ناپایداری کناره رودخانه واز در استان مازندران بررسی شده است. بدین منظور کلیه پارامترهای مورد نیاز با استفاده از مطالعات میدانی، تصاویر گوگل ارث و آزمایش دانه­بندی اندازه­گیری شد. براساس مدل فوق مقاطع ناپایدار شناسایی سپس برای هر یک از این مقاطع، اندازه پاره سنگ جهت سنگچینی کناره رودخانه به عنوان راهکار مدیریتی تعیین شده است. نتایج نشان داد که مقاطع 6، 2، 8، 3، 5، 7، 1، 4 به ترتیب دارای بیشترین تا کمترین ضریب پایداری هستند. بر این اساس اندازه پاره سنگ در آستانه حرکت و پاره سنگ مناسب جهت سنگچینی کناره و حفاظت از کناره رودخانه متفاوت خواهد بود. همچنین با توجه به شرایط هر مقطع، شیب مناسب کناره جهت عملیات سنگچین کردن متفاوت می­باشد. که در این بازه از رودخانه واز مقطع شماره 1 بزرگترین پاره سنگ با اندازه 21/1 متر در شیب 20 درجه و پاره سنگ با اندازه 69/0 متر در شیب 30 درجه مورد نیاز است. مقطع شماره 6 کوچکترین پاره سنگ با اندازه 248/0 در شیب 20 درجه و پاره سنگ با اندازه 115/0 متر در شیب 30 درجه مورد نیاز است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessment of bank-river stability versus erosion and factors for its management strategy in the Vaz river, Mazandaran province

نویسندگان [English]

  • milad rostami 1
  • Mohammad mehdi Hosseinzadeh 2
  • Reza Esmaili 3
1 Department of Physical Geography, Faculty of Earth Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Department of Physical Geography, Faculty of Earth Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
3 Department of Geography, Faculty of Humanities and Social Sciences, Mazandaran University, Babolsar, Iran
چکیده [English]

IntroductionChanges in river channel, bank erosion and sedimentation are the natural processes in alluvial rivers which might destruct and damage surrounding human facilities and farms. Regarding this, the study of bank-river instability is done for engineering activities in order to form the necessary proceedings to stabilize the banks against erosion.Material and methodsIn this study using the Lin shear stress, the rate of instability coefficient has been investigated in the Vaz River in Mazandaran province. All the required parameters are assessed in geomorphology library using field surveys, google earth images and granometry. At first, a two-kilometer reach is determined and eight cross sections were chosen in this reach. After that, to riprap the instable bank bed slope, shear stress, bank angle, stability coefficient and effective rock size of the Vaz River is defined as the management strategy. Discussion and resultsAfter measuring the parameters affecting the shear stress index of river-banks in the Vaz River, the rate of bank stability, the rock size in the incipient motion and the effective rock size to riprap the river is estimated in two scenarios including 20° and 30° angles of slope. To determine the effective rock size the highest angle of repose and shields parameters are considered as 42 and 0.054, respectively. In phase two with hypothetical bank slope of 20° and 30°, the rock size in the sixth to ninth steps for different rock sizes are repeated constantly, since SF=1 was obtained. In this situation, the effective riprap rock size and the rock size in the incipient motion is estimated for the two suggested scenarios. Conclusions The results reveal that the sections 6, 2, 8, 3, 5, 7, 1, 4 have the most and least stability coefficients, respectively. Therefore, the suitable rock size to riprap the bank and protect the bank-river would be different from the size of rock in the incipient motion. Furthermore, considering the situation of each section, the suitable angle or the bank slope are different to riprap the bank. In the reach of the Vaz River in section 1 the coarsest required rock sizes are 1.21 m in 20° angle of slope and 0.69 m in a slope with 30° angle. In the section 6 the smallest required rock size is 0.248 m in 20° of slope and 0.115 m in 30 degree of slope.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Vaz river
  • Bank riprap
  • Stability coefficient
  • Bank erosion
  • Lin model
-اطمینان، ز.، رستمی، م. و نصرتی، ک.، 1399. بررسی پایداری کناره رودخانه طالقان در برابر فرسایش و راهکارهای مدیریتی آن با استفاده از روش تنش برشی لین، مجله اکو هیدرولوژی دانشگاه تهران، دوره 7 شماره 1، بهار 1399، ص 111-119.
-حسین زاده، م. و اسماعیلی، ر.، 1397. برآورد فرسایش کناره‌ای رودخانه با استفاده از مدل BSTEM، فصلنامه زمین‌شناسی ایران، سال 11، شماره 45، ص 53-70.
-حسین‌زاده، م.، خالقی، س. و رستمی، م.، 1397. تحلیل پایداری کرانه و مورفومتری رودخانه گلالی قروه به منطور پایدارسازی در برابر فرسایش، مجله پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، سال 11، بهار 1397، شماره 4، ص 160-171.
-حسین‌زاده، م.، خالقی، س. و رستمی، میلاد.، 1396. مقایسه روش‌های برآورد خطر فرسایش کرانه‌ای با استفاده از مدل NBS (مطالعه موردی: رودخانه گلالی قروه، مجله مخاطرات محیطی دوره 6، شماره 14، ص 141-152.
-حسین زاده، م. و رستمی، م.، 1396. تحلیل ناپایداری بستر کانال با استفاده از تنش برشی بحرانی و دبی واحد بحرانی (مطاالعه موردی: رودخانه گلالی قروه، کردستان، فصلنامه اکوسیستم-های طبیعی ایران، سال 8، شماره 2، تابستان 96، ص 1-11.
-لایقی، ص. و کرم، ا.، 1393. طبقه‌بندی هیدروژئومورفولوژیکی رودخانه جاجرود با مدل روزگن، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، سال 3، ص 130-143.
-قمشی، م. و وجدانی، ن.، 1384. تنش برشی بحرانی فرسایش رسوبات چسبنده و نقش آن در طراحی کانال‌های رو باز، مجله بین‌المللی علوم مهندسی دانشگاه علم و صنعت ایران، شماره 3، ص 83-93.
-رضایی مقدم، م.، ثروتی، م. و اصغری سراسکانرود، ص.، 1391. تحلیل وضعیت پایداری مجرای رودخانه قزل اوزن با استفاده از روش‌های تنش برشی، شاخص مقاومت نسبی بستر و مطالعات صحرایی، مجله پژوهش‌های کمی، تابستان 1391، شماره 1، ص 33-46.
-فولادفر، ح.، شفاعی بجستان، م. و فتحی مقدم، م.، 1391. بررسی آزمایشگاهی و مدلسازی تنش برشی بحرانی برای فرسایش سطحی بستر چسبنده، فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب، سال 2، شماره 8، ص 78-94.
-خواستار بروجنی، م.، صمدی بروجنی، ح. و اسماعیلی، کاظم.، 1392. بررسی آزمایشگاهی تنش برشی آستانه نهشته شدن رسوبات رسی – سیلتی در غلظت‌های مختلف، مجله پژوهشی آب ایران سال 7، شماره 13، ص 131-138.
-Bizzi., S., Bernhardt, E.S., Palmer, M.A., Allan, J.D., Alexander, G., Barnas, K.and Brooks, S., 2005. Synthesizing U. S. river restoration efforts, Science, v. 308, p. 636-637.
-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).
-Bizzi, S. and Lerner, D.N., 2015. The use of stream power as an indicator of channel sensitivity to erosion and deposition processes, River research and application, v. 31, p. 16-27.
-Coryat, M., 2014. Analysis of the bank assessment for non-point source consequences of sediment (BANCS) approach for the prediction of stream bank stability and erosion along Stony Clove, v. 21, p. 18-24.
-Ghosh, K.G., Pal, S. and 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, v. 2(2), p. 95-112.
-Hoseinzadeh, M.M., Matsh Beyranvand, S. and Esmaili, R., 2020. Analysis of channel bank erosion rate using exposed roots of trees: a case study of lavij stream, northern Alborz Mountains, Iran. Journal of Mountain Science, v. 17, p. 1096-1105.
-Jugie, M., Gob, F., Virmoux, C., Brunstein, D., Tamisier, V., Le Coeur, C. and Grancher, D., 2018. Characterizing and quantifying the discontinuous bank erosion of a small low energy river using Structure-from-Motion Photogrammetry and erosion pins, Journal of hydrology, v. 563, p. 418-434.
-Klavon, K., Fox, G., Guertault, L., Langendoen, E., Enlow, H., Miller, R. and 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, v. 42(1), p.191-213.
-Kwan, H. and Swanson, S., 2014. Prediction of annual streambank erosion for Sequoia National Forest, California, JAWRA Journal of the American Water Resources Association, v. 50(6), p. 1439-1447.
-Malik, I. and Matyja, M., 2008. Bank erosion history of a mountain stream determined by means of anatomical changes in exposed tree roots over the last 100 years (Bila Opava River—Czech Republic), Geomorphology, v. 98(1-2), p. 126-142.
-Marteau, B., Vericat, D., Gibbins, C., Batalla, R.J. and Green, D.R., 2017. Application of Structure-from-Motion photogrammetry to river restoration, Earth Surface Processes and Landforms, v. 42(3), p. 503-515.
-McMillan, M. and Hu, Z., 2017. A watershed scale spatially distributed model for streambank erosion rate driven by channel curvature, Geomorphology, v. 294, p. 146-161.
-McMillan, M., Liebens, J. and Metcalf, C., 2017. Evaluating the BANCS streambank erosion framework on the northern Gulf of Mexico Coastal Plain, JAWRA Journal of the American Water Resources Association, v. 53(6), p. 1393-1408.
-Midgley, T.L., Fox, G.A. and Heeren, D.M., 2012. Evaluation of the bank stability and toe erosion model (BSTEM) for predicting lateral retreat on composite streambanks, Geomorphology, v. 145, p.107-114.
-Rosgen, D.L., 2001. A practical method of computing streambank erosion rate. In Proceedings of the Seventh Federal Interagency Sedimentation Conference, v. 1, p. 12-20.
-Sass, C.K. and Keane, T.D., 2012. Application of Rosgen’s BANCS model for NE Kansas and the development of predictive streambank erosion curves. Journal of the American Water Resources Association, v. 48(4), p. 774-787.
-Simon, A., Bankhead, N. and Thomas, R., 2010. Iterative bank-stability and toe-erosion modeling for predicting streambank loading rates and potential load reductions. USDA-ARS, National Sedimentation Laboratory, 2nd Joint Federal Interagency Conference, Las Vegas, p. 145-156.
-Simon, A., Pollen-Bankhead, N. and 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: Scientific approaches, analyses and tools. Washington, DC, USA: American Geophysical Union, p. 453-474.
-Simon, A., Pollen-Bankhead, N., Mahacek, V. and Langendoen, E., 2009. Quantifying reductions of mass-failure frequency and sediment loadings from streambanks using toe protection and other means: Lake Tahoe, United States 1. Journal of the American Water Resources Association, v. 45(1), p. 170-186.
-Stoffel, M., Corona, C., Ballesteros-Canovas, J.A. and Bodoque, J.M., 2013. Dating and quantification of erosion processes based on exposed roots. Earth-Science Reviews, v. 123, p. 18-34.
-Stotts, S., O'Neal, M., Pizzuto, J. and Hupp, C., 2014. Exposed tree root analysis as a dendrogeomorphic approach to estimating bank retreat at the South River, Virginia. Geomorphology, v. 223, p. 10-18.