نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• روح انگیز اختری ¹
• حمیدرضا حاجی پور ²
• مجتبی صانعی ³
• محمدرضا غریب رضا ³

¹ استادیار پژوهشی، گروه مهندسی رودخانه و سواحل پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

² دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد، نجف آباد، اصفهان

³ دانشیار گروه مهندسی رودخانه و حفاظت سواحل مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری

چکیده

پژوهش حاضر با استفاده از مدل‌سازی فیزیکی مستقیم مسیل سیجان شامل سه بندهای اصلاحی منفرد به بررسی تأثیر این سازه‌ها بر کاهش دبی اوج سیلاب و افزایش زمان تأخیر در رسیدن به پیک جریان پرداخته است. مدل فیزیکی با رعایت اصول تشابه هندسی و دینامیکی و با مقیاس 1:10 در پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری کشور ساخته شد. آزمایش‌ها بر اساس دو گروه اصلی از شرایط طراحی شدند: ویژگی‌های آبراهه (شامل تعداد بندهای اصلاحی و وضعیت رسوب در بندها) و ویژگی‌های جریان ورودی (شامل دبی اوج و پایه زمانی هیدروگراف). زمان پایه هیدروگراف در سه حالت کمتر، برابر و بیشتر از زمان تمرکز در نظر گرفته شد و دبی اوج نیز کمتر از مقدار متناظر با دوره بازگشت ده‌ساله (با توجه به محدودیت‌های آزمایشگاهی) انتخاب گردید. در مجموع، 90 آزمایش انجام شد و هیدروگراف خروجی از طریق یک سرریز فشرده مستطیلی در انتهای مدل ثبت گردید. مطالعه حاضر نشان می‌دهد که اثربخشی اقدامات آبخیزداری در کنترل سیلاب به شدت تحت تأثیر دو پارامتر کلیدی دوره بازگشت سیلاب و زمان پایه هیدروگراف قرار دارد. یافته‌ها حاکی از آن است که با افزایش دوره بازگشت از 2 به 10 سال، درصد کاهش دبی اوج خروجی در تمامی سناریوها (بدون اقدامات، بندهای خالی از رسوب و بندهای پر از رسوب) به ترتیب از 16% به 5% کاهش می‌یابد. این روند کاهشی ناشی از غلبه انرژی جنبشی جریان بر مقاومت سازه‌ها در سیلاب‌های بزرگتر است. در مقابل، تأخیر زمانی رسیدن به دبی اوج رفتار متفاوتی نشان می‌دهد و در تمام سناریوها بین 17% تا 21% افزایش می‌یابد که عمدتاً ناشی از ویژگی‌های ذاتی حوضه مانند زبری بستر و هندسه مسیل است. نتایج به وضوح نشان می‌دهد که زمان پایه هیدروگراف تأثیر تعیین‌کننده‌ای بر عملکرد سازه‌های کنترل سیلاب دارد. به طوری که با افزایش زمان پایه از کمتر از زمان تمرکز به بیشتر از آن، درصد تسکین دبی اوج از 17% به 5% و تأخیر زمانی از 35% به 8% کاهش می‌یابد. این پدیده به دلیل اشباع ظرفیت کنترل سازه‌ها و غلبه جریان ماندگار در سیلاب‌های با زمان پایه بلند است.مطالعه حاضر با استخراج سه رابطه تجربی مبتنی بر تحلیل ابعادی، موفق به کمّی‌سازی تأثیر بندهای اصلاحی بر ویژگی‌های هیدروگراف سیلاب شده است. روابط تجربی ارائه‌شده با ضرایب تعیین بالا (۰.۸۱ تا ۰.۹۲) امکان پیش‌بینی تغییرات هیدروگراف را فراهم می‌کنند، اما به دلیل وابستگی به شرایط مسیل سیجان، نیاز به واسنجی برای کاربرد در سایر مناطق دارند.

کلیدواژه‌ها

• مدل‌سازی فیزیکی
• بندهای اصلاحی
• هیدروگراف سیلاب
• روندیابی سیل
• آبخیزداری
• مسیل سیجان

عنوان مقاله [English]

Experimental Assessment of Single Check Dam Performance for Peak Flow Reduction Using a Small-Scale Model of Sijan Stream

نویسندگان [English]

• Rouhangiz Akhtari ¹
• Hamidreza Hajipoor ²
• Mojtaba Saneie ³
• Mohammadreza Gharibreza ³

¹ River Engeering, Soil Conservation and watershed management Research Institute , Agricultural Research , Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran

² Department of Civil Engineering, Islamic Azad University, Najafabad Branch, Najafabad, Isfahan, Iran

³ Associate Professor, River Engineering and Coastal Protection Department Soil Conservation and Watershed Management Research Institute

چکیده [English]

This study experimentally evaluates the performance of individual check dams in mitigating flood peaks using a 1:10 scale physical model of Sijan stream, testing 90 scenarios under controlled laboratory conditions. The research systematically examines how stream characteristics (number of check dams and their sediment conditions) and inflow parameters (peak discharge and hydrograph time base) influence flood control effectiveness. Results demonstrate that check dams reduce peak discharge by 5-16% and increase time lag to peak by 17-21%, with performance highly dependent on flood magnitude and duration. For floods with return periods increasing from 2 to 10 years, the peak reduction efficiency decreases from 16% to 5%, revealing structural limitations against higher energy flows. The hydrograph time base emerges as a critical factor - when exceeding the watershed's time of concentration, peak mitigation drops from 17% to 5% and time lag decreases from 35% to 8%, indicating reduced effectiveness for prolonged flood events. These trends are attributed to flow dynamics: larger floods overwhelm structural resistance, while extended durations lead to control saturation and steady flow dominance. The study develops three robust empirical relationships (R² = 0.81-0.92) through dimensional analysis to quantify check dam impacts on hydrograph modification, providing practical tools for watershed management. However, the derived equations require site-specific calibration for application beyond the Sijan stream due to their dependence on local channel geometry and roughness characteristics. These findings offer valuable insights for designing check dam systems, highlighting their conditional effectiveness and the importance of considering both flood magnitude and duration in watershed management strategies. The research contributes to improved flood control planning by quantifying performance limitations under varying hydrological conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

• small-scale modeling
• Check dams
• Flood hydrograph
• Flood routing
• Watershed management
• Sijan stream