نیاز انسان به آب منجر به شکل‌گیری بیشتر تمدن‌های بشری در کنار رودخانه‌ها شده‌است. به دلیل ایجاد این تمدن‌ها در کنار یکی از اصلی‌ترین منابع تأمین آب شیرین جهان، یعنی رودخانه‌ها، حفاظت از ساکنین آن‌ها در مقابل پدیده‌هایی نظیر سیل و خشک‌سالی و همچنین استفاده بهینه از آب رودخانه‌ها برای اهداف گوناگون، از اهمیت بالایی برخوردار است. به این منظور یکی از شاخه‌های علم مهندسی، به نام مهندسی رودخانه ایجاد شد و طی سالیان بعد و به خصوص طی یک قرن اخیر توسعه یافت. از اهداف این علم یافتن راه کارهایی مفید برای به حداقل رساندن تأثیرات منفی رودخانه نظیر فرسایش و سیل، بر مناطق پرجمعیت است[60].

به طور کلی مهندسی رودخانه علمی است که در مورد پدیده‌های حاکم بر رودخانه، همچنین پروژه‌های مختلف بهره‌برداری، حفاظت، اصلاح و تغییر مسیر رودخانه برای استفاده بهتر از آن و اجتناب از خسارت‌های احتمالی وارده از رودخانه بحث می‌کند و مبتنی بر اصول تئوریک و تجربیات بشری است[4].

علی‌رغم وجود مطالعات زیادی که در مورد مورفولوژی رودخانه و شکل‌های بستر آن صورت گرفته‌است، هنوز سؤالات بسیاری در این زمینه وجود دارد و نیازمند انجام تحقیقات بیشتر است؛ در ادامه این بخش ضمن معرفی شکل‌های مختلف رودخانه‌ها، شکل‌های بستر و طبقه‌بندی آن‌ها نیز ارائه شده و مهم‌ترین روابط موجود برای پیش‌بینی ابعاد شکل‌های بستر توسط مشخصات جریان بیان می‌شود، پس از آن به بیان اهداف این تحقیق و اهمیت انجام آن می‌پردازیم.

2-1- رودخانه

رودخانه آبراهه‌ایست که روی مصالح فرسایش‌پذیر و به طور طبیعی تشکیل شده‌است. تشکیل رودخانه‌ها تحت تأثیر چندین عامل اعم از شرایط اقلیمی، زمین‌شناسی و جغرافیاییست[2]. مهم‌ترین این عوامل عبارتند از دبی آبراهه، مقاومت بستر به فرسایش، شکل هندسی، خصوصیات و مقدار رسوبات انتقال یافته. زمانی که شکل و ابعاد رودخانه‌ها تثبیت شد، تغییر شکل آن‌ها نیز تقریباً تمام می‌شود مگر آنکه تغییری بنیادی در یکی از عوامل بالا رخ دهد[2]. در اکثر رودخانه‌ها، این تغییرات بنیادی همواره در حال روی دادن است، به طور مثال تغییرات دبی رودخانه بر اثر نوسانات بارندگی، تغییر مقاومت بستر بر اثر رشد گیاهان و یا تغییر در نرخ انتقال رسوب به دلیل فعالیت‌های انسانی و غیره.

علی‌رغم تغییرات بالا، بیشتر رودخانه‌ها در شرایط رژیم هستند یعنی ابعاد آن‌ها در طول یک دوره زمانی معین ثابت باقی می‌ماند[2]. حالت رژیم نیازمند توازن بین فرسایش و رسوب‌گذاریست، یعنی رسوبات تخلیه‌ شده از یک بازه معین، با رسوبات ورودی به آن بازه مساوی باشد، در این حالت لزومی به ثابت ماندن دبی رسوب و دبی آب نیست[2]. به همین دلیل حالت رژیم در رودخانه‌ها سبب تغییرناپذیری راستای آبراهه نخواهد شد زیرا این تغییرپذیری به دلیل فرسایش و رسوب‌گذاری در سواحل رخ می‌دهد. به طور کلی در رودخانه‌هایی با بستر متحرک، در محدوده‌ای از دبی جریان، رودخانه شرایط خود را تا 10 برابر تغییر در دبی رسوب، با تغییر در شکل‌های بستر و تغییرات همزمان در عمق و سرعت جریان تنظیم می‌کند و شیب، ابعاد آبراهه و ارتفاع متوسط بستر، بدون تغییرات قابل ملاحظه‌ای باقی می‌ماند[2]. اگر شرایط رژیم در بازه‌ای از رودخانه برقرار نباشد، تراز بستر رودخانه نوسان داشته و این نوسانات تا زمانی که بین رسوبات ورودی و خروجی تعادل برقرار شود ادامه میابد. همان‌طور که اشاره شد رودخانه‌ها دارای خصوصیات بسیار پیچیده‌ای هستند و با روش‌های تحلیلی توصیف نمی‌شوند، به همین دلیل بررسی آن‌ها بیشتر نیازمند دانش و آگاهی کامل از خصوصیات آن‌هاست تا تئوری‌های هیدرولیکی[2]. 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

  به این منظور رودخانه‌ها هم به صورت طبیعی و هم به صورت مصنوعی با شبیه‌سازی آن‌ها در شرایط آزمایشگاهی بررسی می‌شوند.

1-2-1- شکل‌های پلان رودخانه

رودخانه‌ها با توجه به شکل پلان آن‌ها، به 3 دسته کلی تقسیم می‌شوند: مستقیم[1]، شریانی[2] و پیچان‌رودی[3]. عوامل متعددی بر شکل‌گیری هر کدام از این شکل‌ها تأثیر می‌گذارند؛ اما رابطه این عوامل به طور کامل شناخته شده نیست[2].

1- رودخانه‌های مستقیم: این نوع رودخانه‌ها از یک راستای مستقیم تبعیت می‌کنند و به دو صورت تشکیل می‌شوند: 1- به وسیله شیب‌های کم که برای ایجاد سرعت‌های فرساینده کافی نیستند و 2- به وسیله شیب‌های زیاد که سرعت‌های به نسبت بالایی تولید کرده و توان فرسایندگی بالایی دارند. البته شرایط بستر رسوبی نیز بسیار تعیین‌کننده است، به طور مثال ممکن است در رودخانه‌ای علی‌رغم وجود شیب زیاد و سرعت فرسایشی بالا، در مواردی به دلیل وجود لایه‌هایی فرسایش‌ناپذیر در مسیر رودخانه، به جای مسیری مستقیم، شاهد یک مسیر دارای قوس باشیم.

2- رودخانه‌های شریانی: این نوع رودخانه‌ها از به هم پیوستگی آبراهه‌های تصادفی تشکیل و به وسیله پشته‌ها از همدیگر جدا می‌شوند. این نوع رودخانه‌ها نشان‌دهنده پیدایش کلی یک شریان هستند و در شرایط رژیم به ندرت ایجاد می‌شوند[2]. نوع دیگری از این رودخانه‌ها نیز وجود دارد که به آن‌ها رودخانه‌های انشعابی[4] می‌گویند. این رودخانه‌ها بر روی تشکیلات دلتا و به دلیل افزایش تراز بستر ایجاد می‌شوند و پس از تقسیم شدن رودخانه به مسیرهای جداگانه، یا در جریان ورقه‌ای ناپدید می‌شوند و یا با رسیدن به یک شیب تند، مجدداً یکی می‌شوند. شکل ‏1‑1 نمایی از این نوع رودخانه‌ها را نشان می‌دهد.

3- رودخانه‌های پیچانرودی: این نوع رودخانه‌ها از یک مسیر پیچ و خم‌دار و غیرمستقیم تبعیت می‌کنند. این رودخانه‌ها به طور پیوسته به وسیله فرسایش و رسوب‌گذاری در سواحل در حال جابجا شدن هستند، البته در صورتی که شرایط زمین‌شناسی بستر رودخانه امکان ایجاد این تغییرات را داشته‌باشد. میزان پیچ و خم این رودخانه‌ها توسط عددی به نام نسبت سینوسی[1] مشخص می‌شود. نسبت سینوسی یک رودخانه برابر است با نسبت طول آبراهه موازی با خط مرکزی به طول خط مستقیمی که نقاط ابتدا و انتهای آبراهه را به هم وصل می‌کند. در شکل ‏1‑2 نحوه محاسبه نسبت سینوسی نشان داده شده‌است. به طور کلی رودخانه‌ها تمایل به سینوسی شدن دارند و به طور کلی رودخانه‌های مستقیمی که طول آن‌ها بزرگ‌تر یا مساوی چند برابر عرض رودخانه باشد به ندرت یافت می‌شوند[43]. حتی در بازه‌هایی از رودخانه که دارای مسیر مستقیمی هستند، خط‌القعر آن بازه‌ها دارای نسبت سینوسی بزرگ‌تر از یک است به این معنا که علی‌رغم مستقیم بودن پلان کلی بازه، خط‌القعر آن دارای قوس است.

2 Sinuosity Ratio

1 Straight Rivers

2 Braided Rivers

3 Meandering Rivers

1 Distributary Rivers

1 Gilbert

2 Einstein

3 Vanoni

4 Liu

5 Brooks

6 Duboys

7 Bed Forms

8 Milan

9 Brown & Pasternack

10 Simons & Richardson

11 Chabert & Chau

1 Guy

2 Engelund & Hans

3 Alam & Kennedy

4 Julien & Raslan

5 Nordin & Algert

6 Shen & Cheong

7 Moll

8 Lai

9 Taylor

10 Peters