مطالعه عددی اثر مولفه های سرعت جریان و زبری سیلابدشت ها بر عملکرد هیدرولیکی جریان در مقاطع مرکب با سیلابدشت های همگرا

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 گروه عمران دانشگاه آزاد اسلامی واحد لاهیجان ، لاهیجان،ایران

2 گروه عمران،دانشگاه قم ، قم، ایران

3 گروه عمران ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد لاهیجان، لاهیجان، ایران

چکیده

شبیه سازی جریان در مقاطع مرکب یا رودخانه های طبیعی از مهمترین مسائلی است که برای کاهش خطرات سیلاب و همچنین مدیریت دشت های سیلابی به آن پرداخته می شود. از طرفی مطالعات حاضر نشان می دهد تحقیقات جامع عددی بر روی مقاطع مرکب انجام نشده است لذا نوآوری تحقیق حاضر در مورد مطالعه عددی اثرات پارامتر هایی نظیر زبری بر وضعیت و عملکرد هیدرولیک جریان در مقاطع مرکب غیرمنشوری می باشد .در تحقیق حاضر، الگوی جریان در آبراهه هایی با مقاطع مرکب منشوری و غیر منشوری با استفاده از نرم افزار Flow 3D که قابلیت تجزیه و تحلیل سه بعدی جریان را دارد بررسی شد. به ازای سه زبری نسبی مختلف (۱، ۲ و 74/2) و نیز سه عمق نسبی (15/0، 25/0 و 35/0) و زاویه های واگرایی7/5 و 3/11 درجه، تغییرات مؤلفه طولی سرعت، توزیع سرعت متوسط عمقی، توزیع تنش برشی مرزی و نیز دبی انتقال یافته توسط سیلابدشت ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که با افزایش عرض سیلابدشت ها در طول کانال از مقدار سرعت کاسته می شود. همچنین بررسی اثر زبری بر روی الگوی جریان نشان داد که بطور کلی با زبر شدن جدار، مقدار سرعت در تمامی مقاطع مورد بررسی کاهش یافته است. از طرفی الگوی جریان در محل برخورد کانال اصلی و سیلابدشت تأثیر بیشتری از زبر شدن جدار می پذیرد. همچنین می توان اشاره کرد که با افزایش عمق نسبی و یا کاهش زبری نسبی، گرادیان سرعت میان کانال اصلی و سیلابدشتها کاهش می یابد.

کلیدواژه‌ها


Ahmad, M., Ghani, U., Anjum, N. and Ahmed, A. (2020). Investigating the Flow Hydrodynamics in a Compound Channel with Layered Vegetated Floodplains, Civil Engineering Journal. 6(5), 860-876.
Al-Khatib, I.A. and Göğȕş, M. (2015). Boundary shear stress in asymmetric rectangular compound channels. Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences. 38(2), 278-292.
Brahmand, N. and Shojaei, B. (2014). Numerical modeling of Salman Farsi dam overflow with D3-Flow software to investigate the occurrence of cavitation phenomenon, the first national conference on architecture, civil engineering and urban environment, Hamedan.
Bousmar, D., Proust, S. and Zech, Y. (2006). Experiments on the flow in a enlarging compound channel. Proceedings of the International Conference on Fluvial Hydraulics. Sep. 6-8. Lisbon. Portugal.
Das, B.S. and Khatua, K.K. (2018). Flow Resistance in a Compound Channel with Diverging and Converging Floodplains, Journal of Hydraulic Engineering. 144(8), 04018051. doi:10.1061/ (asce)hy.1943-7900.0001496.
Dolati Mahtaj, M. and Rezaei, B. (2022). Prediction of Percentage Discharge Distribution in Non-Prismatic Compound Channels with Skewed Floodplains, 12th International River Engineering Conference, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
Flow Science, Inc. (2008). Flow-3D User Manual V9.3.
Garrote, J., Jimenez, M., Albert, C. and Herero, A. (2021). The Manning’s Roughness Coefficient Calibration Method to Improve Flood Hazard Analysis in the Absence of River Bathymetric Data: Application to the Urban Historical Zamora City Centre in Spain, Journal of Applied Sciences. 11(19), 67-92.
Hooshmandi, F. (2013). Modeling the transverse distribution of bed shear stress in rivers. Master Thesis, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Faculty of Water and Soil Engineering. (in Persian)
Knight, D.W. and Demetriou, J.D. (1983). Flood plain and main channel flow interaction. Journal of Hydraulic Engineering. 109(8), 1073-1092.
Kordi, H., Amini, R., Zahiri, A. and Kordi, E. (2015). Improved Shiono and Knight Method for Overflow Modeling. Journal of Hydrologic Engineering. 20(12), 04015041.
Mohanta, A., Khatua, K.K. and Patra, K.C. (2015). Flow Modeling in Symmetrically Narrowing Flood Plains. Aquatic Procedia. 4, 826-833.
Latifipour, F., Shafaei Bajestan, M., Razavi Nabavi, S. and Saremi, A. (2014). Investigation of the flow pattern downstream of the slope control structures of the upward leakage body using a numerical model, 10th International Congress of Civil Engineering, Tabriz, Iran.
Padhi, E., Patra, K.C. and Khatua, K.K. (2014). Experimental and Validation of Discharge Prediction Approaches in Straight Two Stage Compound Channels, International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA), National Conference on Advances in Engineering and Technology, AET 29th March 2014.
Parsaie, A., Yonesi, H.A. and Najafian, S. (2015). Predictive modeling of discharge in compound open channel by support vector machine technique. Modeling Earth Systems and Environment. 1(1), https://doi.org/10.1007/s40808-015-0002-9.
Rezaei, B. and Knight, D.W. (2011). Overbank Flow in Compound Channels with Non-prismatic Floodplains. Journal of Hydraulic Engineering. 137(8), 815-824.
Sarvari, M., Amiri Tokaldany, E. and Rostami, M. (2015). Evaluation of FLOW-3D Numerical Model in Predicting the Morphological Changes at River Junction, Journal of Hydraulics. 10(1), 53-63. (in Persian)
Younesi, H. (2013). Study of bed load transfer in the main duct of composite canal with non-prismatic flood. PhD Thesis, University of Tehran, Department of Irrigation and Development. (in Persian)
Zahiri, A. and Azamathulla, H.M. (2014). Comparison between linear genetic programming and MS tree models to predict flow discharge in compound channels. Neural Computing and Applications. 24(2), 413-420.