Journal of Watershed Management Research

fa بررسی کارایی سازه‌های کف‌بند در کنترل کف‌کنی و ساماندهی بستر رودخانه‌های شریانی مناطق خشک (مطالعه موردی: حوزه آبخیز پیشکوه یزد) Assessment of the Effectiveness of Apron Structures in Controlling Bed Scouring and Regulating the Riverbed in Braided Rivers of Arid Regions (Case Study: Pishkuh Watershed, Yazd) حفاظت آب و خاک حفاظت آب و خاک پژوهشي Research مقدمه و هدف: سیل و تخریب‌های ناشی از آن یکی از چالش‌های عمده محیط‌زیستی در مناطق مختلف کشور به‌ویژه در نواحی خشک و نیمه‌خشک محسوب می‌شود که سالانه منجر به خسارات گسترده‌ای به زیرساخت‌ها، منابع طبیعی و زندگی جوامع محلی می‌شود. در این میان، عوامل انسانی نظیر ساخت‌وسازهای بی‌ضابطه در حریم و بستر رودخانه‌ها، برداشت بی‌رویه مصالح از بستر رودخانه‌ها، حذف پوشش گیاهی حاشیه‌ای و عدم رعایت اصول فنی در طرح‌های توسعه‌ای از جمله مهم‌ترین دلایل تشدید ناپایداری و تغییر رژیم هیدرولوژیکی رودخانه‌ها به شمار می‌روند. رودخانه اصلی حوزه آبخیز پیشکوه یزد که از نوع شریانی و دائمی است، به‌دلیل شرایط زمین‌ریخت‌شناسی خاص و مداخلات بی‌رویه انسانی، در رده رودخانه‌های بسیار ناپایدار و حساس طبق طبقه‌بندی روزگن قرار گرفته است. در سال‌های اخیر، این رودخانه شاهد فرسایش‌های شدید بوده و در برخی بازه‌ها گالی‌هایی با عمق بیش از ۶ متر ایجاد شده که نشانه‌ای از تخریب شدید بستر و کناره‌های رودخانه است. این شرایط ناپایدار نه‌تنها موجب تشدید خطر وقوع سیلاب‌های مخرب می‌شود، بلکه تهدیدی جدی برای قنوات منطقه به‌ویژه آن دسته از قنات‌هایی است که میله یا گالری آن‌ها از عرض یا امتداد رودخانه عبور می‌کند. انسداد، تخریب و پر شدن این قنات‌ها با رسوبات حاصل از فرسایش، خسارات اقتصادی و زیستی قابل توجهی را به ساکنان محلی وارد کرده و ضرورت مداخلات مدیریتی و حفاظتی هدفمند را دوچندان کرده است. مواد و روش‌ها: با توجه به تقاضا و نگرانی‌های مکرر ساکنان منطقه نسبت به خسارات ناشی از سیلاب و فرسایش بستر رودخانه، بررسی گزینه‌های مختلف برای ساماندهی رودخانه در دستور کار قرار گرفت. پس از ارزیابی جوانب فنی، اقتصادی و محیط‌زیستی، اجرای سازه‌های کف‌بند سنگ و سیمانی به‌عنوان گزینه‌ای مؤثر و قابل‌اجرا انتخاب شد. این نوع سازه‌ها به‌عنوان یکی از روش‌های متداول در مهندسی رودخانه، نقش اساسی در کاهش انرژی جریان، جلوگیری از فرسایش کف و کناره‌های رودخانه، و کنترل رسوبات ایفا می‌کنند. در فرآیند طراحی، تلاش شد تا با در نظر گرفتن اصل تعادل بین ریسک‌پذیری و هزینه‌های اجرایی، سازه‌هایی با دوام و کارایی مناسب طراحی شود. به همین منظور، ریسک حداکثر ۱۰ درصد و عمر مفید حداقل ۵۰ سال برای این سازه‌ها در نظر گرفته شد تا پایداری بلندمدت آن‌ها تضمین شود. برای محاسبات هیدرولیکی، دبی سیلاب با دوره بازگشت ۵۰۰ ساله (حدود ۱۵۰ مترمکعب بر ثانیه) به‌عنوان مبنای طراحی تعیین گردید. براساس این دبی، ارتفاع داغاب سیلاب برابر با 2/1 متر و عمق کنش جریان نیز حدود ۵۰ سانتی‌متر برآورد شد. همچنین عرض بستر طبیعی رودخانه و عرض مجاز برای اجرای سازه نیز تقریباً برابر و حدود ۱۰۰ متر به‌دست آمد که این هماهنگی، امکان اجرای مؤثر طرح را بدون نیاز به تغییرات وسیع در مسیر طبیعی رودخانه فراهم ساخت. این اقدامات در راستای کاهش خطر سیلاب، حفاظت از تأسیسات، و بهبود شرایط زیست‌محیطی منطقه بسیار حائز اهمیت‌اند. یافته‌ها: پس از گذشت سه سال از احداث سازه‌های کف‌بند سنگ و سیمانی در رودخانه، و وقوع حداقل پنج سیلاب با دبی بیش از ۵۰ مترمکعب بر ثانیه در این بازه زمانی، بررسی‌ها و پایش‌های میدانی بیانگر عملکرد موفق این سازه‌ها در بهبود شرایط رودخانه بوده است. نتایج حاکی از آن است که این سازه‌ها نقش بسیار مؤثری در کنترل فرسایش، تثبیت بستر و ساماندهی جریان ایفا کرده‌اند. یکی از مهم‌ترین دستاوردهای اجرای این کف‌بندها، ترمیم طبیعی گالی‌های عمیق و خطرناکی بود که در سال‌های گذشته در اثر فرسایش شدید در بستر رودخانه شکل گرفته بودند. همچنین این سازه‌ها با هدایت جریان سیلاب از کناره‌ها به مرکز یا آکس رودخانه، باعث کاهش فشار هیدرولیکی بر دیواره‌های رودخانه شده‌اند؛ در نتیجه خطر تخریب کناره‌ها و گسترش عرضی سیلاب به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. علاوه بر این، کاهش میزان کف‌کنی و تثبیت بستر موجب شده تا پایداری مورفولوژیکی رودخانه در بازه‌های حساس افزایش یابد و شرایط مناسبی برای احیای پوشش گیاهی حاشیه‌ای و بهبود زیستگاه‌های طبیعی فراهم شود. نتایج این ارزیابی‌ها نشان می‌دهد که استفاده از کف‌بندها در رودخانه‌های مناطق خشک و نیمه‌خشک، می‌تواند به‌عنوان راهکاری اثربخش و پایدار برای کنترل فرسایش، کاهش خطر سیل، و حفظ تعادل اکولوژیکی در نظر گرفته شود. نتیجه‌گیری: به‌منظور افزایش ایمنی و پایداری سازه‌های هیدرولیکی و کاهش ریسک یا خطرپذیری به سطحی کمتر از ۱۰ درصد، پیشنهاد می‌شود در پروژه‌هایی با عمر مفید کمتر از ۲۰ سال، به‌ویژه در حوزه آبخیزداری و مدیریت منابع آب، دقت ویژه‌ای در انتخاب دبی طراحی صورت گیرد. برای سازه‌های اصلاحی با ابعاد کوچک مانند سدهای کوتاه خشکه‌چین، سازه‌های سنگی-ملاتی، تعریض بستر و تعیین حد بستر آبراهه‌های با رتبه‌های ۱ تا ۳، استفاده از دبی سیلاب با دوره بازگشت حداقل ۱۰۰ ساله به‌عنوان مبنای طراحی توصیه می‌شود تا بتوان از تخریب سازه در اثر وقوع سیلاب‌های شدید پیشگیری کرد. همچنین، در خصوص احداث سازه‌های بزرگ‌تر و حساس‌تری مانند کف‌بندها، دیواره‌های حفاظتی، گوره‌ها (خاک‌ریزهای جانبی) و یا پل‌ها و کالورت‌هایی که روی رودخانه‌ها و مسیل‌های با رتبه ۴ و بالاتر اجرا می‌شوند، استفاده از دبی سیلاب با دوره بازگشت حداقل ۵۰۰ ساله ضروری است. این رویکرد علاوه بر ارتقاء پایداری سازه‌ها، موجب کاهش خسارات احتمالی در هنگام وقوع سیلاب‌های شدید و غیرمترقبه شده و امکان مدیریت بهتر منابع آب و حفاظت از زیرساخت‌ها را فراهم می‌آورد.   Introduction and Objective: Floods and their resulting destruction are among the major environmental challenges in various parts of the country, particularly in arid and semi-arid regions, causing extensive damage each year to infrastructure, natural resources, and the livelihoods of local communities. Among the key factors exacerbating river instability and altering their hydrological regime are human activities such as unregulated construction within riverbeds and riparian zones, excessive extraction of materials from riverbeds, removal of riparian vegetation, and failure to adhere to technical standards in development projects. The main river of the Pishkouh-Yazd watershed, which is perennial and arterial in nature, has been classified as highly unstable and sensitive according to Rosgen’s classification, due to its unique geomorphological conditions and unrestrained human interventions. In recent years, this river has experienced severe erosion, and in some sections, gullies over 6 meters deep have formed—clear indicators of extensive degradation of the riverbed and banks. These unstable conditions not only intensify the risk of destructive floods but also pose a serious threat to the region’s qanats, especially those whose shafts or galleries intersect the river’s width or course. The blockage, collapse, and sedimentation of these qanats due to erosion-induced deposits have inflicted significant economic and ecological damage on local residents, underscoring the urgent need for targeted management and protective interventions. Material and Methods: In response to the repeated concerns and demands of local residents regarding flood damage and riverbed erosion, the assessment of various river regulation options was prioritized. Following the evaluation of technical, economic, and environmental aspects, the construction of stone-and-concrete check dams was selected as an effective and feasible solution. These structures, as one of the widely used methods in river engineering, play a crucial role in reducing flow energy, preventing bed and bank erosion, and controlling sediment transport. During the design process, efforts were made to develop structures that are both durable and efficient by maintaining a balance between risk tolerance and construction costs. To this end, a maximum acceptable risk level of 10% and a minimum service life of 50 years were considered to ensure the long-term stability of the structures. For hydraulic calculations, the design was based on a flood discharge with a 500-year return period, estimated at approximately 150 cubic meters per second. Based on this discharge, the flood backwater height was estimated at 1.2 meters, and the flow action depth was approximately 50 centimeters. In addition, the natural riverbed width and the allowable width for structural implementation were found to be nearly equal—around 100 meters. This alignment enabled the project to be executed effectively without the need for major alterations to the natural river course. These measures are critically important for reducing flood risk, protecting infrastructure, and improving the region’s environmental conditions. Results: Three years after the construction of stone and concrete bed sills in the river, and the occurrence of at least five flood events with a discharge exceeding 50 cubic meters per second during this period, field investigations and monitoring indicate the successful performance of these structures in improving river conditions. The results demonstrate that these structures have played a highly effective role in erosion control, bed stabilization, and flow regulation. One of the most significant achievements of implementing these bed sills was the natural restoration of deep and dangerous gullies that had formed in previous years due to severe erosion along the riverbed. Additionally, by redirecting flood flow from the banks toward the center (or thalweg) of the river, these structures have reduced hydraulic pressure on the riverbanks. As a result, the risk of bank erosion and lateral flood expansion has been significantly minimized. Furthermore, the reduction in scouring and stabilization of the riverbed have enhanced the morphological stability of the river in critical reaches, creating favorable conditions for the recovery of riparian vegetation and the improvement of natural habitats. The findings of these assessments indicate that the use of bed sills in rivers across arid and semi-arid regions can be considered an effective and sustainable solution for erosion control, flood risk mitigation, and ecological balance preservation.                                                                                                                                                   Conclusion: To enhance the safety and stability of hydraulic structures and reduce risk to below 10%, it is recommended that particular attention be paid to the selection of design discharge in projects with a service life of less than 20 years—especially in the fields of watershed management and water resource planning. For small-scale corrective structures such as low dry-stone dams, stone-mortar structures, channel widening, and the delineation of the bed boundaries of waterways with Strahler orders 1 to 3, it is advised to use flood discharges with a minimum return period of 100 years as the design basis. This helps prevent structural failure during extreme flood events. Furthermore, for the construction of larger and more sensitive structures such as check dams, protective walls, levees (lateral embankments), as well as bridges and culverts built across rivers and streams of order 4 and higher, it is essential to base the design on flood discharges with a minimum return period of 500 years. This approach not only increases the structural resilience and longevity of such installations but also significantly reduces potential damages during severe and unexpected flood events. Additionally, it facilitates better water resource management and the protection of critical infrastructure.   دوره بازگشت, رودخانه شریانی, ریسک‌پذیری, سیلاب, کف‌بند Return Period, Braided river, Risk-taking, Flood, Apron 0 0 http://jwmr.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-998-5&slc_lang=fa&sid=1 Mohammadreza Ekhtesasi محمدرضا اختصاصی mr_ekhtesasi@yazd.ac.ir 100319475328460016165 100319475328460016165 Yes yazd دانشگاه یزد Ehsan Fathi احسان فتحی ef.ehsan2012@gmail.com 100319475328460016166 100319475328460016166 No yazd دانشگاه یزد