1-2- بیان مسئله. 3
1-3- اهداف و ضرورتهای انجام پژوهش…. 4
1-4- ساختار پایان نامه. 5
فصل دوم: پیش زمینه و سابقۀ پژوهش…. 7
2-1- مقدمه. 7
2-2- انواع زبری جریان.. 8
2-3- عوامل مؤثر بر زبری هیدرولیکی.. 10
2-4-1- اثر قطر دانه های رسوب، عمق جریان و لزجت جریان.. 102-4-  بررسی عوامل مؤثر بر زبری هیدرولیکی.. 10
2-4-2- اثر شکل بستر. 11
2-4-3- اثر ناهمواری سطح آبراهه. 13
2-4-4- اثر تغییرات اندازه و شکل مقاطع رودخانه. 13
2-4-5- اثر موانع.. 14
2-4-6- اثر پوشش گیاهی.. 14
2-4-7- اثر پیچانرودی.. 15
2-4-8- اثر غلظت جریان.. 15
2-5- انواع روابط تعیین ضریب زبری.. 16
2-5-1- رابطۀ شزی (1768) 16
2-5-2- رابطۀ دارسی ویسباخ (1845) 17
2-5-3- رابطۀ مانینگ (1891) 17
2-6- روش های مختلف تعیین ضریب زبری مانینگ… 17
2-6-1- روابط نیمه تجربی.. 18
2-6-2- روابط تجربی.. 21
2-6-3- جداول.. 22
2-6-3-1- جدول U S G  S (سازمان زمینشناسی آمریکا) 22
2-6-3-2- جدول تورنر و چانمیسری(1957) 23
2-6-3-3- جدول چاو (1959) 23
2-6-3-4- جدول سازمان برنامه و بودجه. 26
2-7- تعیین زبری ناشی از شکل بستر. 30
2-7-1- تعیین زبری ناشی از شکل بستر با در نظر گرفتن نوع شکل بستر. 31
2-7-1-1- رابطۀ شکل بستر با توان جریان و قطر متوسط دانه های رسوب… 32
2-7-1-2- روابط تعیین زبری هیدرولیکی شکلهای مختلف بستر. 33
2-7-2- تعیین زبری ناشی از شکل بستر بدون در نظر گرفتن نوع شکل بستر. 33
2-8- تعیین زبری ناشی از پوشش گیاهی.. 34
2-8-1- روابط تجربی و نیمه تجربی.. 35
2-8-2 – رابطۀ پتریک و باسماجیان (1975) 35
2-8-3- روابط گرین و گارتن (1978) 36
2-8-4- روابط رهمیر  (1969) . 35
2-9- تعیین ضریب زبری مانینگ بر اساس داده های اندازه گیری شده آبسنجی.. 44
2-9-1- واسنجی ضریب مانینگ با بهره گرفتن از نیمرخ طولی تراز آب… 44
2-9-2- تعیین ضریب زبری مانینگ با بهره گرفتن از منحنی دبی- اشل جریان.. 45
2-10- تعیین ضریب زبری مانینگ به روش کاون (1956) 45
2-11- انتخاب روش مناسب برای برآورد ضریب زبری مانینگ… 46
2-12- خصوصیات مدل Hec-Ras.. 46
2-13- بیان پارامترها و اصطلاحات… 48
2-14- سابقۀ پژوهش…. 49
فصل سوم: مواد و روشها 58
3-1- مقدمه. 58
3-2- مواد اجرای طرح.. 58
3-2-1- انتخاب رودخانه‌ مورد مطالعه. 58
3-2-2- رودخانۀ فهلیان.. 64
3-2-3-تحلیل رژیم جریان رودخانه فهلیان : 66
3-2-3-1-رژیم سیلابی رودخانه : 66
3-2-3-2- رژیم دائمی رودخانه : 66
3-2-3-3- رژیم رسوبی رودخانه : 67
3-3- روش های اجرای طرح.. 68
3-3-1- کارهای میدانی و آزمایشگاهی.. 68
3-3-1-1- آزمایش دانه بندی.. 68
3-3-2- محاسبۀ ضریب مانینگ از روش های مختلف… 84
3-3-3- پروفیل سطح آب : 91
3-3-3-1- نتایج مطالعات هیدرولوژی وهیدرولیكی : 94
3-3-3-2- نتایج بررسی هیدرولیكی : 95
3-3-4- اجرای نرمافزار H e c-R a s برای ترسیم پروفیل سطح آب… 97
3-3-4-1- انتقال اطلاعات به نرمافزار H e c-R a s. 99
3-3-5- انتقال منحنی های دبی اشل به Excel. 105
3-3-6- محاسبۀ خطاها به روش آماری R M  S E. 105
فصل چهارم: نتایج و بحث…. 106
4-1- مقدمه. 106
4-2- نتایج.. 106
4-2-1- نتایج حاصل از روابط تجربی.. 107
4-2-2- نتایج حاصل از روش های نیمه تجربی.. 118
4-2-3- نتایج حاصل از جداول.. 122
4-2-4- نتایج حاصل از روش های متأثر از مجموعۀ عوامل.. 126
5-1- مقدمه. 134فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادها 134
5-2- نتیجه گیری.. 134
5-3- پیشنهادها 137
مراجع ومنابع.. 139
منابع فارسی.. 139
منابع لاتین.. 140
چكیده
این تحقیق با شناخت شرایط حاكم بر رودخانه فهلیان به تعیین ضریب زبری مانینگ در محدوده مورد مطالعه با بهره گرفتن از روش های مختلف تجربی ، نیمه تجربی و جداول جهت استفاده در طراحی ها می پردازد . و بهترین و مطمئن ترین روش تعیین ضریب زبری را با بهره گرفتن از مطالعات صحرایی و تلفیق با روابط تجربی ارائه می نماید و در پایان نیز تعدادی روابط پیشنهادی ارائه می گردد . به همین منظور محدوده مورد مطالعه به طول 23 كیلومتر به 5 بازه تقسیم گردید ودر هر بازه آزمایش دانه بندی مصالح بستر صورت گرفته و با بهره گرفتن از روش های ذكر شده n مربوط به هر بازه بدست آمد. سپس جهت  بررسی نتایج مقدار n بدست آمده به نرم افزار HEC- RAS  وارد گردید ومنحنی های دبی اشل حاصل از نرم افزار با منحنی های دبی اشل واقعی ایستگاهای رودخانه  مورد مقایسه قرار گرفت . نتایج حاصل از این مطالعه نشان میدهد روش های تجربی ونیمه تجربی بری به دلیل شنی بودن بستر رودخانه از دقت بالاتری نسبت به سایر روشها برخوردار است . همچنین جهت صحت سنجی، پروفیل طولی رودخانه با بهره گرفتن از نرم افزار HEC-RAS وضریب n  روش منتخب ترسیم گردید و ارتفاع سطح آب حاصل از این پروفیل با ارتفاع اندازه گیری شده توسط دوایستگاه بالادست و پایین دست مقایسه ومقدار خطای 4 سانتی متر مشاهده گردید . ودر پایان مقدار ضریب زبری مانینگ 037/0 برای این رودخانه

 بدست آمد .

واژه های كلیدی : ضریب زبری مانینگ ، منحنی دبی اشل ، نرم افزار HEC-RAS ، آزمایش دانه بندی ، فهلیان
 1-1- مقدمه
اهمیّت موضوع برآورد صحیح ضریب زبری مانینگ ، بیان مسئله ، اهداف و ضرورت­های انجام پژوهش حاضر و تشریح ساختار پایان نامه مواردی است كه دراین فصل بیان خواهدشد.
به­­منظور تحلیل شرایط حاکم بر جریان­های یکنواخت و نیز طراحی سازه­های هیدرولیکی و مهندسی رودخانه روابط متعددی وجود دارد که از این میان رابطۀ مانینگ از اهمیّت بیشتری برخوردار بوده و عمومیت بسیاری دارد. در این رابطه تخمین مقدار مناسب ضریب زبری مانینگ در برآورد میزان تراز آب نقش بسزایی داشته و از اهمیّت ویژه­ای برخوردار است. با توجه تحقیقاتی که تا کنون در این زمینه صورت گرفته می­توان نتیجه گرفت که تفاوت­های بسیار کوچک چند صدمی در تعیین مقادیر ضریب زبری مانینگ می ­تواند برآورد مساحت اراضی سیل­گیر را ده­ها هزار مترمربع تغییر داده و در نتیجه در برآورد میزان خسارات وارده تأثیر بسزایی داشته باشد. این امر نیز بر برنامه ­ریزی­های مدیریتی و ساماندهی رودخانه تأثیرگذار می­باشد. بنابراین چنین طرح­ها و اقداماتی که مستقیماً در ارتباط با مدیریت و سامان­دهی رودخانه­ها هستند، نیازمند دقّت زیاد در انتخاب روش تعیین ضریب زبری مانینگ می­باشند. ضریب زبری مانینگ کلیّه عوامل مؤثر در مقاومت بستر کانال در مقابل جریان را در خود مستتر دارد و همچنین این ضریب شدّت افت انرژی را در یک جریان نشان می دهد. راه مناسب در تخمین صحیح­تر ضریب مانینگ، شناخت عوامل مؤثر در این ضریب می­باشد. این عوامل عبارتند از زبری بستر کانال، جنس کانال، نامنظمی سطح مقطع، پوشش گیاهی(نوع و میزان تراکم آن)، شکل مسیر(مستقیم یا مارپیچی بودن مسیر)، وجود موانع در مسیر جریان و حتّی عمق و دبی جریان که علاوه بر تأثیر در افت طولی در مسیر جریان تا حدودی دربرگیرندۀ افت­های ناشی از تغییر شکل جریان(افت­های موضعی) نیز می­باشند.
1-2- بیان مسئله
در کلیّه مطالعات مهندسی رودخانه و طراحی سازه­های متقاطع رودخانه نظیر پل­ها، سدهای انحرافی و یا دهانه­های آبگیر، تعیین عوامل هیدرولیکی نظیر عمق و سرعت جریان، ضروری است. متداول­ترین رابطه در تعیین میزان سرعت، رابطۀ مانینگ بوده و برای استفاده از این رابطه، تعیین ضریب زبری مانینگ اجتناب­ناپذیر است. برای محاسبۀ ضریب زبری مانینگ، روش مطمئنی برای همۀ رودخانه­ها وجودندارد و برای هر رودخانه باید با توجه به شرایط همان رودخانه، بهترین روش تعیین شود.
مقدار زبری یکی از پارامترهای عمدۀ افت انرژی در کانال­ها و رودخانه­هاست که تغییرات آن حتی به اندازه چند صدم باعث ایجاد ده­ها هزار مترمربع تفاوت در سطح سیل­گیری اراضی می­ شود. لذا با برآورد دقیق مقدار آن که متأثر از عوامل مختلفی نظیر جنس بستر، پوشش گیاهی، دانه­بندی و اندازه ذرات بستر، نحوۀ تغییر مقطع رودخانه و… است، می­توان علاوه بر پیشگیری غیرسازه ای از سیل، به­کمک پهنه­ بندی خطر سیل، که از توجیه اقتصادی بیشتری برخوردار است، به نتایج محاسبات هیدرولیکی نیز اطمینان بیشتری داشت. از سوی دیگر از آنجا كه دقّت تعیین عمق جریان در تعیین دقیق مشخصه­های فنّی و حقوقی نظیر حدود بستر و حریم رودخانه­ها، مؤثر می­باشد ، برآورد دقیق ضریب زبری هیدرولیكی علاوه برارزش فنّی ، اهمیّت حقوقی نیز پیدا می­ کند. همچنین با علم به تأثیر ضریب زبری مانینگ بر فرسایش و انتقال رسوب، با انتخاب مناسب این ضریب می­توان شاهد تأثیرات مهم و مثبت آن بر حفاظت خاک و مدیریت آب­خیزداری بود.
رودخانۀ فهلیان یکی از رودخانه های بزرگ جنوب غرب کشور می باشدکه در شمال غرب استان فارس درشهرستان های ممسنی ورستم واقع شده است كه از به هم پیوستن رودخانه های شور وشیرین تشكیل می گردد و یکی از سرشاخه­های اصلی رودخانۀ زهره است که ازبه هم پیوستن رودخانه های شیو، کتی وخیرآباد تشکیل شده و به خلیج فارس می ریزد.بر روی این رودخانه­ ابنیه و سازه­های هیدرولیکی متعددی احداث شده ­اندوهم اکنون نیز سد پارسیان(گورک) نیز دربالادست رودخانه برروی یکی از سرشاخه های آن واقع دربخش دشمن زیاری ممسنی دردست اجرا می باشد. مدیریت سیلاب و همچنین پهنه­ بندی جریان سیلاب می ­تواند در طراحی و حفاظت و سامان­دهی طرح­های مهندسی رودخانه و تعیین حریم ایمن این رودخانه مهم و مؤثر باشد. یکی از کلیدی­ترین پارامترهای مهم در مهندسی رودخانه، ضریب زبری مانینگ است که نتایج مدل­های هیدرولیکی رودخانه وابستگی زیادی به این پارامتر دارد.
لذا این تحقیق با هدف تعیین مناسب­ترین رابطه جهت محاسبۀ ضریب زبری مانینگ در رودخانه فهلیان، به­ دلیل عبور از میان مناطق مسکونی ،زمین های کشاورزی وجود تأسیسات فراوان در اطرافش از اهمیّت ویژه­ای برخوردار است، به بررسی روابط موجود در این زمینه، در رودخانه­ مورد نظر خواهد پرداخت و باعث بهبود برنامه ­ریزی­های مدیریتی و ساماندهی محدوده­های مذکور خواهد شد.
1-3- اهداف و ضرورت­های انجام پژوهش

1. با توجه به اهمیّت و حساسیّت موجود در امر تخمین ضریب زبری مانینگ در رودخانه­ها و با توجه به این­که پیش از این مطالعاتی دراین خصوص بر روی رودخانه فهلیان صورت نگرفته است، محاسبۀ ضریب زبری مانینگ در این رودخانه با بهره گرفتن از روش­های مختلف، مقایسۀ این روش­ها و تخمین مقدار خطا در هر رابطه ضروری احساس شد.
2. مقایسۀ نتایج حاصل از روش­های مختلف و تحلیل آن­ها به انجام مطالعات بعدی در همین زمینه در رودخانه­های دیگر و نیز مطالعات در زمینه ­های مختلف هیدرولیکی کمک خواهد کرد.
3. در شرکت­های مشاوره تنها روش معمول در تخمین ضریب مانینگ در رودخانه­ها، روش کاون می­باشد. انجام این روش مستلزم تحقیقات وقت­گیر و هزینه­بر بوده و در عین حال در بسیاری از رودخانه­ها اعم از رودخانه­های دارای بستر ماسه­ای، با تخمین اعداد بزرگ­تر از حد واقعی موجود در این رودخانه­ها سبب تحمیل هزینه­ های اضافی خواهد شد. لذا با تعیین بهترین روش محاسبۀ ضریب زبری مانینگ برای رودخانه­ مورد مطالعه با بهره گرفتن از روش حل معکوس و نرم­افزار Hec-Rasدر این تحقیق به ساخت دقیق­تر سازه­های هیدرولیکی بر روی این رودخانه­ها و همین­طور صرفه­جویی در وقت و هزینه­ های ساخت این سازه­ها کمک خواهد شد. در این تحقیق خطای موجود در هر روش  به­کمک رابطۀ جذر میانگین مجموع مربعات خطاها محاسبه شده است.

1-4- ساختار پایان نامه
کلیۀ مطالب این پایان نامه در پنج فصل بصورت کلی ارائه خواهند شد که مباحث کلیدی هر یک از این پنج فصل به اختصار در زیر ارائه شده است:

• فصل اول: کلیّات

در این فصل اهمیّت و حساسیّت موجود در تخمین ضریب زبری مانینگ ونیز ضرورت پرداختن به این موضوع بیان شد. بیان مسئله و اهداف و ضرورت­های انجام پژوهش از دیگر بخش­های این فصل است.

• فصل دوم: پیش­زمینه و سابقۀ پژوهش

با توجه به گستردگی بسیار زیاد و تنوع روش­های برآورد ضریب زبری مانینگ در رودخانه­ها، در ابتدای این فصل سعی می‌شود که دسته بندی­های موجود در این زمینه ارائه شود. در ادامه پس از بیان تعدادی از پارامترها و اصطلاحات به­کار برده شده در این تحقیق، به بررسی و مرور نتایج حاصل از پژوهش‌های سایر محقّقین در این زمینه، پرداخته خواهد شد.

• فصل سوم: مواد و روش­ها

در این فصل رودخانه­ مورد مطالعه معرفی شده و با بهره گرفتن از اطلاعات گردآوری شده، بازه­های مورد مطالعه از این رودخانه­ به زیربازه­های مختلف تقسیم شده و به تشریح روش­های مهم و مورد استفاده در این تحقیق پرداخته خواهد شد. در ادامه توضیح داده می­ شود که چگونه به کمک نرم­افزار Hec-Ras، و استفاده از روش آماری جذر میانگین مجموع مربع خطاها (RMSE)، مناسب­ترین ضریب زبری مانینگ محاسبه خواهد شد. همچنین روش های تجربی پیشنهادی جهت محاسبه این ضریب در رودخانه فهلیان ارائه خواهد شد .

• فصل چهارم: نتایج و بحث

در این فصل پس از ارائۀ نتایج، شکل‌ها و نمودارهای حاصل از محاسبۀ ضریب زبری مانینگ به روش های مختلف برای رودخانه‌ مورد مطالعه و مقایسۀ نتایج حاصل از آن­ها با آمار واقعی موجود، نکات قوّت و ضعف هر کدام از روش­ها بیان و بهترین روش انتخاب و سرانجام روش یا روش هایی به­عنوان روش­های بهینه در محاسبۀ ضریب زبری مانینگ در این رودخانه پیشنهاد می‌شود.

• فصل پنجم: نتیجه ­گیری و پیشنهادها

در این فصل نتایج کلی حاصل شده از تحقیق به­همراه پیشنهاداتی برای سایر پژوهشگران ارائه خواهند شد.
2- پیش ­زمینه و سابقۀ پژوهش
2-1- مقدمه
ضریب زبری هیدرولیكی رودخانه كه در فصل حاضر به اختصار تحت عنوان ضریب زبری به­كار رفته است به درجۀ مقاومت در مقابل جریان گفته می­ شود. بعد و واحد ضریب زبری به نوع رابطۀ جریان بستگی دارد.
در این فصل به معرفی انواع ضرایب زبری متداول، از جمله ضریب زبری مانینگ در رودخانه­ها، که پرکاربردتر از دیگر روش­ها در تخمین ضریب زبری است پرداخته می­ شود و دسته­بندی­های موجود در این زمینه ارائه خواهد شد. انتخاب روش مناسب برآورد ضریب زبری مانینگ از بین روش­های مختلف، بخش بعدی این فصل می­باشد. در ادامه به معرفی خصوصیات نرم­افزار Hec-Ras که مهم­ترین نرم­افزار مورد استفاده در این تحقیق است، در حد مورد نیاز، پرداخته خواهد شد.  پس از آن پارامترها و اصطلاحات بکار رفته در روش­های مختلف در حد کفایت توضیح داده می‌شوند. سپس در ادامۀ فصل به مرور برخی از مهم­ترین منابع موجود در زمینۀ روش­های تخمین ضریب زبری مانینگ پرداخته می­ شود. در این مرحله سعی می‌شود نتایج به­دست آمده از هر پژوهش در حد لزوم مورد بررسی قرار گیرد.
2-2- انواع زبری جریان
زبری جریان در رودخانه­ها را می­توان در هشت نوع زیر تقسیم بندی نمود[راهنمای تعیین ضریب زبری رودخانه­ها، وزارت نیرو]:

• زبری جدارۀ رودخانه ناشی از زبری دانه­ های رسوب موجود در جدارۀ آبراهه و سیلاب­دشت
• زبری ناشی از موانع
• زبری ناشی از بی نظمی جداره آبراهۀ اصلی و سیلاب­دشت
• زبری ناشی از تغییرات ابعاد و شكل مقاطع
• زبری ناشی از پیچان­رودی رودخانه
• زبری ناشی از شكل بستر ناشی از امواج ماسه­ای[1]
• زبری پوشش گیاهی موجود در بستر آبراهه و سیلاب­دشت