تحري الجوانب المورفولوجية لمقطع من نهر دجلة بين سد مكحول وسدة سامراء

الباحث

علاء حسن نعمة

المشرف

علي صادق عباس - جعفر صادق معتوق

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة المدنية / الهندسة المدنية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2023

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

River morphology;Tigris River;Makhool Dam;Sediment transport

لا تزال التقييمات القائمة على العمليات والمعلومات الجيومورفولوجية للأنهار الكبيرة شحيحة في جميع أنحاء العالم وخاصة في المناطق الأقل تطورا. أصبح لهذا التقييم dale ملحة بسبب بناء السدود وتغيرالمناخ وتوقع حدوث الفيضانات والجفاف الشديد. خضع نهر دجلة في العراق لتغييرات كبيرة في التدفق ومن ثم السمات المورفولوجية بسبب تغير المناخ وبناء العديد من السدود. ومع ذلك ¢ فإن الطبيعة المورفولوجية والتغيرات فيها للنهر وروافده لا يزال غير مستكشف بشكل دقيق. تم تبني مقطع نهر دجلة من موقع سد مكحول المقترح الى سدة سامراء كحالة دراسية لأنه لم يتم دراسته مسبقا لاستكشاف ما ستكون عليه مورفولوجية النهر بعد بناء السد وبدء التخزين والتشغيل. وتجدر الإشارة إلى أن هذا الجزء من النهر لم يتم التركيز عليه بالدراسات السابقة، سواء مع مساره الحالي بسبب عدم وجود السد أو ما هو التغيير المتوقع من حيث التغيرات الهيدروديناميكية والمورفولوجية بعد إنشاء السد و بداية التخزين والتشغيل. تحقيقا لهذه الغاية، تم إجراء الأعمال الميدانية والاستكشافات المعتمدة على الأقمار الصناعية والنموذج الهيدروديناميكي لتقييم التغيير في مورفولوجيا النهر التي قد تحصل بسبب انشاء سد مكحول. بدأت هذه الاستكشافات بأعمال ميدانية تم إنجازها خلال الفترة من أب 2021 إلى حزيران 2022. وتضمنت هذه الأعمال مسحًا طوبوغرافيًا ومسحًا للغطاء الأرضي وأخذ عينات من مواد القاع، بالإضافة إلى ثلاث جولات من القياسات الهيدروليكية والرواسب على طول النهر وقياسات شهرية في الموقع المقترح سد مكحول. هذه الأعمال الميدانية ضرورية لإجراء التقييم المعتمد على الاقمار الصناعية وتنفيذ النماذج الهيدروديناميكية. تم إجراء تقييم معتمد على الاقمار الصناعية لشكل النهر للفترة 2021-1975 باستخدام نهج قائم على صور الأقمار الصناعية بمساعدة نظم المعلومات الجغرافية. ولتحديد الخصائص الهيدروليكية وسعة نقل الرواسب (STC) للنهر تم اعداد وتنفيذ نموذج هيدروديناميكي للجريان الثابت ثنائي الأبعاد باستخدام الحقيبة البرمجية ely HEC-RAS على القياسات الميدانية والبيانات المسجلة. بعد ذلك تم تنفيذ نموذج استتباع توزيع نقل الرواسب الزماني-المكاني باستخدام الحقيبة البرمجية 0011820 ely على ظروف التدفق المقاسة والمسجلة والمتوقعة لحساب التغيير في منسوب القاع في نهاية سيناريوهات التدفق المختلفة الحالية والمتوقعة قبل وبعد انشاء السد. بينت نتائج المسح الطوبوغرافي وكشف التغايير المعتمد على الأقمار الصناعية للفترة المذكورة في اعلاه أن هناك تباينًا كبيرًا في عمق وعرض ومسار خط الثالوك، بالإضافة إلى تلاشي بعض القنوات الثانوية في مجرى النهر ونمو العديد من الجزرء وتحرك بعض الانحناءات في اتجاه مجرى النهر. بلغت نسبة الأجزاء المتأثرة من النهر قبل وبعد انشاء سد الموصل )1994-1975( 729 من إجمالي الطول و 45/ للمدى الزمني الطويل (2021-1975). كان الحد الأقصى لإمكانية نقل الرواسب (STP) مع الحد الأقصى المحتمل للفيضان (PMF) 511.5 10 طن/يومء بينما كان الحد الأدنى من STP مع الحد الأدنى للتدفق 3 طن / يوم. بشكل عام هذه القيم أعلى من القيم الخاصة بنهر دجلة في الموصل وأعلى بكثير من تلك الموجودة في بغداد، وحتى على المستوى العالمي فأن هذه القيم مرتفعة، خاصة أثناء التدفق العالي. ومع ذلك ، فإن الرواسب العالقة هي الجزء السائد من قابلية الحمل الرسوبي (STC) وتشكل مادة القاع al من 0.002 % من قابلية الحمل الرسوبي للحمل الرسوبي الكلي. يمكن أن تُعزى النسبة الصغيرة لحمل القاع إلى الأحجام الكبيرة لمادة القاع وهي السمة الغالبة في جزء النهر قيد الدراسة. اظهرت نتائج تطبيق نموذج STST أن تغيير منسوب القاع عند تبني ثمانية سيناريوهات للتدفق للاستقصاء (مركبة من سنوات التدفق المنخفض والعالي و اقصى تدفق فيضاني محتمل ((PMF) اعتمادا على تحليل ظروف التدفق المقاسة والمسجلة والمتوقعة قبل إنشاء سد مكحول تراوح بشكل عام بين 0.25- إلى 0.25 م، باستثناء 70.02 من مساحة النهر حيث يصل تغير منسوب القاع فيها إلى 1.25- و 2.00 م في سيناريوهات التدفق العالي. بينما تراوح التغير في منسوب القاع في الغالب بين 0.53- إلى 0.50 م لجميع سيناريوهات التدفق بعد انشاء السد. ومع ذلك؛ كان عمق التعرية أكبر من 0.53 ce ونادراً ما يصل إلى 2 م؛ في 70.013 من مساحة النهر. كما أن عمق الترسيب في 20.019 من مساحة النهر كان أكبر من 0م ونادراً ما يصل إلى 2.4 م. بالنسبة لسيناريوهات التدفق المنخفض بعد انشاء السدء كان التغيير في منسوب القاع على طول النهر متطابقًا تقريبًا وهو الأقل بين قيم السيناريوهات الأخرىء بينما لسيناريوهات التدفق العالي، كان متطابقًا تقريبًا وكان له قيم عالية. ومع ذلك، تم الحصول على أعلى نسبة JSG في سيناريو اعلى تدفق فيضاني محتمل. تراوح تأثير انشاء السد على منسوب قاع النهر بين 0.2 م في بداية النهر و 0.6- م بالقرب من سدة Gus cel yale كان الفرق الأكبر بين سيناريوهات التدفق المنخفض. ومع ull حدث أقل تأثير في سيناريوهات اعلى تدفق فيضاني eine وبالتالي، فإن إنشاء سد مكحول يسبب تأثيرًا إيجابيًا كبيرًا مع سيناريوهات التدفق المنخفض وتأثيرات إيجابية أقل مع سيناريوهات الحد الأقصى واعلى تدفق فيضاني محتمل. willl فإن تطبيق سيناريوهات التدفق الأقصى يضمن أدنى تغيير في مورفولوجيا النهر. Lady لذلك، فإن زيادة إطلاقات سد مكحول إلى الحد الأقصى للتصريف بعد كل عامين متتاليين من المتوسط و/أو الحد الأدنى من الاطلاقات يضمن تغييرًا أقل في منسوب قاع النهر. لذلك، يجب اعتماد سيناريوهات التدفق الأقصى كقيود لقواعد تشغيل سد مكحول. إن إنشاء وتشغيل سد مكحول Lig لسيناريوهات التدفق الأقصى هذه سيؤثر بشكل إيجابي على مورفولوجية نهر دجلة بين مكحول و سامراء.

Globally and conspicuously in less developed countries, geomorphological characteristics and/or process-based assessment of major rivers are still rare. Such assessment became imperative due to climate change, dam construction, and the potential occurrence of severe droughts and floods. Tigris River, in Iraq, underwent a drastic alteration to the hydraulic and then morphologic characteristics due to the construction of numerous dams and climate change. Despite this, the morphology and its alteration in the must length of this river remain uninvestigated. To investigate what the morphology of the reach would be after the construction of the dam and the start of storage and operations, Tigris River Reach from the location of the proposed Makhool Dam to Samaraa Barrage was adopted as a case study. It is worth noting that this reach has not been focused on by previous studies, whether with its current path due to the absence of the dam, or what alteration will be expected in terms of hydrodynamic and morphological changes after the dam construction and the start of storage and operation. To this end, fieldwork, satellite-based, and hydrodynamic model-based investigations were conducted to evaluate the alteration in river morphology that could be a result of the construction of Makhool Dam. These investigations started with field works accomplished during the period from September 2021 to June 2022. The works included a topographical survey, land cover survey, and bed material sampling, as well as, three rounds of hydraulic and sediment observations along the reach and monthly observations at the proposed location of Makhool Dam. These field works are necessary for performing the satellite-based evaluation and implementing the hydrodynamic models. A satellite-based investigation for the reach planform was performed for the period 1975-2021 using a satellite-based approach with the aid of GIS. To define the hydrodynamic aspects and the Sediment Transport Capacity (STC) of the considered reach, HEC-RAS-2D software was implemented for steady state based on the field measurements and the recorded data. Subsequently, CCHE2D software was used to implement a Spatio-Temporal Sediment Transport (STST) model based on the measured, recorded, and expected flow conditions to compute the bed change at the end of various existing and expected flow scenarios before and after the dam construction. The results of the topographical survey and satellite-based change detection for the aforementioned period showed that there is a significant variation in the depth, width, and path of the Thalweg line, in addition to fading out of several channels, movement of some bends and growth of several islands. The percentage of the affected lengths of the reach before and after the construction of Mosul Dam (1975-1994) was 29% of the total length and it became 45% for the long-term period (1975-2021). The maximum Sediment Transport potential (STP) with the Probable Maximum Flood (PMF) was 11.5×106 tons/day, whereas the minimum STP with the minimum flow was 0.3×103 tons/day. In general, these STP figures are only a bit above Tigris River's STP figures in Mosul while there was a noticeable increase in the STP figures in Baghdad, and even on a global scale, these values are high, especially during high flow. However, the major part of the STC is the suspended sediment while the bedload comprises a tiny percentage of the overall load, less than 0.002%. The small percentage of bed load can be attributed to the large sizes of the bed material, which is the dominant feature of the river section under study. Results of applying the STST model showed that the bed change, when adopted eight flow scenarios in an investigation (compound of low, high, and PMF flow years) based on the analysis of the measured, recorded, and expected flow conditions before the construction of Makhool Dam was generally ranged between -0.25 to 0.25 m, except in 0.02% of the reach area where the bed change reach - 1.25 m and 2.00 m in the high flow scenarios. While the bed change mostly ranged between -0.53 to 0.50 m for all flow scenarios after the dam construction. However, the erosion depth was greater than 0.53 m, rarely up to 3.2 m, in 0.013% of the reach area. Also, the deposition depth in 0.019% of the reach area was greater than 0.50 m and rarely reach 2.4 m. For the low flow scenarios after the dam construction, the bed change along the reach was approximately identical and it is the least among these for other scenarios, whereas for the high flow scenarios, it was approximately identical and had high values. However, the highest percentage of erosion was obtained in the PMF flow scenario. The impact of the dam construction on the reach bed change ranged between 0.2 m at the beginning of the reach and -0.6 m near Samarra Barrage, where the highest difference was between the low-flow scenarios. However, the lowest impact occurred in the PMF flow scenarios. Thus, the construction of Makhool Dam causes a significant positive impact with the low flow scenarios and fewer positive impacts with the maximum and PMF flow scenarios. Therefore, the application of the maximum flow scenarios insures the lowest change in river morphology. Accordingly, increasing the release of Makhool Dam to the maximum discharge after every two successive years of average and/or minimum discharge ensures less bed change. Therefore, the maximum flow scenarios should be adopted as constraints of Makhool Dam operation roles. The construction and operation of Makhool Dam according to these maximum flow scenarios will positively impact the morphology of Makhool Samaraa Reach of Tigris River.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب