بررسی تاثیر ضرایب غیرتعادلی روی انتقال رسوب در رودخانه‌ها با استفاده از مدل عددی

آب و خاک

مقاله 1، دوره 32، شماره 1 - شماره پیاپی 57، بهار 1397، صفحه 1-11  

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v32i1.65319

نویسندگان

صباح محمدی ¹؛ رسول قبادیان¹؛ سید محمود کاشفی ‍پور²

¹دانشگاه رازی کرمانشاه

²دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

مدل‌های عددی به‌نحو گسترده‌ای در مدیریت و مهندسی منابع آب کاربرد دارند. در این تحقیق، مدل عددی هیدرودینامیکی یک بعدی و غیرماندگار توسعه داده شده است، که برای روندیابی جریان و انتقال رسوب به‌صورت شبه‌کوپل در سیستم‌های رودخانه‌ای ‌مورد استفاده قرار می‌گیرد. از معادله دینامیکی انتقال- پخش و معادله دیفرانسیلی بار بستر به‌ترتیب برای محاسبه میزان انتقال بار معلق و بار بستر استفاده می‌شود. بعد از محاسبه میزان رسوب، از معادله اکسنر برای محاسبه تغییرات ارتفاع بستر در رودخانه استفاده می‌شود. با توجه به طبیعت غیر تعادلی بودن رسوب در رودخانه‌ها، در این مدل عددی، برعکس بسیاری از مدل‌های شناخته شده موجود از روش غیر تعادلی معادله اکسنر استفاده شده است. استفاده از روش غیر تعادلی به‌علت پیچیدگی حل آن و هم‌چنین وجود پارامترهای غیرتعادلی در آن مانند ضرایب طول انطباق و بازیافت بسیار مشکل است. در تحقیق حاضر آنالیز حساسیت نیز روی این مقادیر با استفاده از مدل عددی انجام شد. نتیجه گرفته شد، که با انتخاب ضریب طول انطباق، معادل با مضربی از 1 الی 3 برابر فاصله بین مقاطع عرضی، نتایج واقع بینانه‌تری می‌توان از مدل عددی گرفت. برای ضریب بازیافت بار معلق نیز بهتر است از معادله تجربی Lin (1984) استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

سیستم رودخانه‌ایی؛ شبه کوپل؛ معادله اکسنر؛ یک بعدی

مراجع

1- Armanini A. 1992. Variation of bed and sediment load mean diameters due to erosion and deposition processes. Dynamics of gravel-bed rivers, Wiley, 5:352–359.

2- Bai Y., and Duan J.G. 2014. Simulating unsteady flow and sediment transport in vegetated channel network. Journal of Hydrology, 515:90-102.

3- Bohorquez P., and Ancey C.h. 2015. Stochastic-deterministic modeling of bed load transport in shallow water flow over erodible slope: Linear stability analysis and numerical simulation. Advanced Water Resources, 83:36–54.

4- Chaudhry M.H. 1993. Open channel flow. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey.

5- Gaeuman D., Sklar L., and Lai Y. 2014. Flume experiments to constrain bedload adaptation length. Journal of Hydrologic Engineering, 20(5):1-6.

6- Hongming H., Yong Q.T., Xingmin M.u., Jie Z.h., Zhanbin L.i., Nannan C., Qingle Z.h., Soksamnang K., and Chantha O. 2015. Confluent flow impacts of flood extremes in the middle yellow river. Quaternary International, 380:382-390.

7- Juxiang J., Jing H., Liu C., and Tao J. 2011. Hydrodynamic and water quality models of river network and its application in the Beiyun River. 978-1-4244-5089-3/11/2011 IEEE.

8- Lin B. 1984. Current study of unsteady transport of sediment in China. In: Proc. Japan–China Bilateral Seminar on River Hydraulics and Engineering Experiences, Tokyo–Kyoto–Saporo, Japan, 337–342.

9- Maleki Safarzadeh F., and Khan A. 2016. 1-D coupled non-equilibrium sediment transport modeling for unsteady flows in the discontinuous Galerkin framework. Journal of Hydrodynamics, 28(4):534-543.

10- Spalding D.B. 1972. A Novel Finite Difference Formulation for Differential Expressions Involving Both First and Second Derivatives. Journal Number Methods Enginering, 4:1-551.

11- Termini D. 2014. Non-uniform sediment transport estimation in non-equilibrium situation. Procedia Engineering, 70:1639–1648.

12- Wu W. 2004. Depth-averaged two-dimensional numerical modeling of unsteady flow and nonuniform sediment transport in open channels. Journal of Hydraulic Engineering, 130(10): 1013–1024.

13- WU W. 2007. Computational river dynamics. Abingdon, UK: CRC Press, Taylor and Francis Group.

14- WU W., and Wang S.S. 2007. One-dimensional modeling of dam- break flow over movable beds. Journal of Hydraulic Engineering, 133(1):48-58.

15- Wu X.L., Xiang X.H., Wang C.H., Li L., and Wang C.h. 2014. Water level updating model for flow calculation of river networks. Water Science and Engineering, 7(1):60-69.

16- Yang C.H., and Marsooli R. 2010. Recovery factor for nonequilibrium sedimentation processes. Journal of Hydraulic Research, 48(3):409-413.

17- Yang C.T., and Simoes F.J.M. 2002. User’s manual for Gstars3.0 (generalized stream tube for alluvial river simulation). USBR.

18- Zhang S., and Duan J. 2011. 1D finite volume model of unsteady flow over mobile bed. Journal of Hydrology, 405(1):57-68.

19- Zhang S., Duan J., and Strelkoff T. 2013. Grain-scale non-equilibrium sediment transport model for unsteady flow. Journal of Hydraulic Engineering, 139(1):22–36.