مدل بهینه سازی طراحی ابعاد آبشکن های رودخانه ای و نقش آن در پایدارسازی مورفولوژیکی رودخانه

آبشکن ها سازه هایی عرضی هستند که در کناره رودخانه ها اجرا شده و باعث انحراف آب از محل کناره ها می شوند. مدل بهینه سازی آبشکن ها که در این مقاله ارائه شده است، متشکل از سه زیرمدل مورفولوژیکی، طراحی و بهینه سازی است. برای بررسی پایداری رودخانه از زیرمدل مورفولوژیکی استفاده می شود. در این زیرمدل ابعاد مقطع پایدار با استفاده از تئوری حدی حداکثر ظرفیت انتقال رسوب محاسبه می شود. سپس با به کارگیری ضوابط طراحی مناسب برای اجزای آبشکن از قبیل طول، ارتفاع، فاصله، تعداد و عمق آبشستگی آبشکن در زیرمدل طراحی، هزینه های ساخت کمینه خواهد شد. نتایج حاصل از دو زیرمدل مورفولوژیکی و طراحی در زیرمدل بهینه سازی، با استفاده از روش وزن دهی به صورت یک مدل بهینه سازی چندهدفه غیرخطی فرموله شده و مورد بررسی قرار می گیرد، تا به این وسیله ابعاد بهینه آبشکن محاسبه شود. به عبارتی زیرمدل بهینه سازی از ترکیب وزنی دو تابع هدف زیرمدل طراحی و زیرمدل مورفولوژیکی تشکیل شده است. مدل توسعه یافته، روند تغییرات هزینه ساخت سازه را نسبت به ظرفیت حمل رسوب کانال که بیان گر وضعیت پایدار رودخانه است، محاسبه می کند. این مدل با استفاده از اطلاعات رودخانه زنجان رود در محدوده پل سرچم، به ازای ضریب وزنی 6/0 برای تابع هزینه و 4/0 برای تابع ظرفیت انتقال رسوب، کالیبره شده است. همچنین تحلیل حساسیت در مدل فوق نسبت به معادلات بار بستر و آبشستگی صورت پذیرفت. نتایج حاصل، حاکی از آن است که به کارگیری معادلات بار بستر و آبشستگی، نقش بسزایی در تعیین ابعاد آبشکن و هزینه های ساخت سازه خواهند داشت. از بین معادلات بار بستر استفاده شده معادله Englund and Fredsoe بیشترین ظرفیت انتقال رسوب و کمترین هزینه، و معادله بار بستر van Rijn کمترین ظرفیت انتقال رسوب و بیشترین هزینه را نتیجه می دهند. 

Keywords:

آبشکن , تئوری های حدی , پایداری رودخانه , هزینه , بهینه سازی چندهدفه