ارائه مدل یک بعدی شبیه‌سازی جریان و رسوب، مطالعه موردی: رودخانه الندخوی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

2 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سهند، تبریز

3 دانشجوی دکترای سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

4 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

چکیده

در این مقاله، مدل ریاضی رفتار جریان غیردائمی، ظرفیت حمل رسوب و تغییرات بستر در یک آبراهه فرسایش‌پذیر مورد بررسی و شیبه‌سازی قرار گرفت. به این منظور جریان غیردائمی متغیر تدریجی با معادله سن-ونان و پیوستگی رسوب با معادله اکسنر با روش اصلاح شده و دو مرحله‌ای لکس وندرف- ریچ‌مایر با دقت بالا و مرتبه دوم زمانی و مکانی، به‌صورت صریح و مزدوج تحلیل شد. صحت عملکرد و نتایج مدل ریاضی با داده‌های آزمایشگاهی مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفت. همچنین با در نظر گرفتن داده‌های هیدرولیکی و ابعاد هندسی رودخانه الند در بازه بدلان و ارزیابی تناسب کاربرد و سازگاری روشهای مختلف برآورد بار رسوب در این بازه، تغییرات پروفیل سطح آب، کف بستر و پارامترهای هیدرولیکی به‌صورت تابعی از زمان و مکان ارائه شد. نتایج این تحقیق کارایی بسیار بالای مدل در شبیه‌سازی و پیش‌بینی پروفیل بستر و جریان و امکان اعمال شرایط مختلف در آن را نشان داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

One-Dimensional Simulation of Flow and Sediment Transport, A Case Study in the Aland River

نویسندگان [English]

  • Yousef Hasanzadeh 1
  • Mohammad Ali Keynejad 2
  • Kiyoumars Roushangar 3
  • Mohammad Tagi Alami 4
1 Prof., Dept of Civil Eng., University of Tabriz
2 Prof., Dept. of Civil Eng., Sahand University, Tabriz
3 . Ph.D. Student of Hydraulic Structures, Dept. of Civil Eng., University of Tabriz
4 Asist. Prof., Dept. of Civil Eng., University of Tabriz
چکیده [English]

In this paper, a mathematical model is presented for studying the unsteady flow, aggradation, and degradation in alluvial channels. The one-dimensional, unsteady, gradually varied flow equations (saint-venant equations) and the sediment continuity equation are solved numerically using the second-order, explicit finite difference two-step scheme developed by Lax Wendroff- Richmayer. All the three governing equations are solved simultaneously during any step so that the water flow and sediment continuity equations are coupled. The computed results are compared with the experimental results obtained in a laboratory flume. Also the Aland River data in Badalan Station with different sediment discharge equations are used for simulating the unsteady flow model bed changes and hydraulic parameters for different sections and time steps. Results show that the model is capable of simulating unsteady open channel flow, bed load transport, aggradation and degradation satisfactorily.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Simulation
  • Unsteady flow
  • Bed load
  • Saint-Venant-Exner
  • Lax Wendroff- Richmayer
1-Soni, J. P., Garde., R. J., and Raju, K. G. R. (1980). “Aggradation in streams due to over loading.” J. Hydr. Div., 106 (1), 117-132.

2- Gill, M. A. (1983). “Diffusion model  for aggradation.” J. Hydr. Res., 21(5), 355-367.

3- Jaramilo, W. F., and Jain, S. C. (1984). “Aggradation and degradation of alluvial channel beds.”
J. Hydr.Engrg., 110 (8), 1072-1085.

4- Chaudhry, M. H. (1998). “Comparsion of coupled and semi coupled numerical models for alluvial channels.” J. Hydraulic Engineering, 124 (28), 794-802.

5- Lyn, D. A., and Altinkar, M. (2002). “St. Venant- Exner equations for near-critical and and critical flows.”
J. of Hydraulic Engineering, 128 (6), 579-587.

6- Valerio, C. (2003). “Finite volume method for simulating extreme flood events in natural channels.”
J. of Hydraulic Research, 41 (2), 167-177.

7- حسن‌زاده، ی.، فیضی، ا.، و اعلمی، م. (1387). مقایسه نتایج مدل ریاضی رسوب‌گذاری در مخزن سد علویان مراغه با داده‌های آبنگاری. م. آب و فاضلاب، 67، 47-57

8- صمدی بروجنی، ح.، و موسوی، س. ف. (1377). یک مدل ریاضی جهت برآورد مقدار رسوب‌گذاری در مخازن سدهای کوچک (فاقد آمار). م.آب و فاضلاب،26،24-29.

9- Meyer-Peter, E., and Muller , R. (1984). “Formulas for bed-load transport.” Proc. 3rd Meeting IAHR, Stockholm, 39- 64

10- Einsten , H.A. (1950). The bed – load function for sediment transportation in open channel flows, Technical Bulletin , No 1026 , USDA, Soil Conservation Servic , Washington D.C.

11- Habersack, H. M., and Laronne, J. B. (2002). “Evaluation and improvement of bed load discharge formulas based on Helly-Smith sampling in an alpine gravel bed rivers.” J. of Hyd. Eng., 128 (5), 484-499.

12- Parker, G., Klingeman, P. C., and Mclean, D. G. (1982). “Bed load and size distribution in paved gravel-bed stream.” J. of Hyd.Div., 108 (4), 544-571.

13- Sun, Z., and Donahue, J. (2000). “Statistically derived bed load formula for any fraction of non uniform sediment.” J. of Hyd. Eng.,126 (2), 105-111.

14- Cheng, N. S. (2002). “Exponential formula for bed load transport.” J. of Hyd. Eng., 128 (10), 942-946

15- Wilcock, P. R., Kenworthy, S. T., and Crowe, J. (2001). “Experimental study of the transport of mixed sand and gravel.” Water Resources Research, 37 (12), 3349-3358.

16- Anderson, D. A., Tannehill, J. C., and Pletcher, R. H. (2006). Computational fluid mechanics and heat transfer, 2nd Ed., McGraw Hill , New York.

17- Krishnappan, B. G. (1983). Modeling of unsteady flows in alluvial streams, Hydraulics Division,Nationnal Water Research Institute,Burlington,Ontario.

18- مرکز تحقیقات آب وابسته به وزارت نیرو. (1382). پیش‌نویس دستورالعمل روشهای عملیات نمونه‌برداری رودخانه‌ها، تهران.

19- مهندسین مشاور آبگیر. (1382). مطالعات مرحله اول نیروگاه برق آبی حصار و بدلان خوی، جلد اول، معاونت عمرانی وزرات جهاد کشاورزی، تهران.

20- Chow, V. T. (1959). Open channel hydraulics, 1st Ed., McGraw Hill, New York.

21- حمزه‌پوری, ر. (1383). ارزیابی بار رسوبی در رودخانه‌های با مواد بستری درشت دانه. پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته آبیاری,دانشگاه ارومیه.