نشریه علمی هیدرولیک

نشریه علمی هیدرولیک

بررسی عددی ساختار جریان و خطر سیلاب در خیابان‌های متقاطع با بلوک شهری صلب

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان
1 گروه آموزشی مهندسی عمران. دانشگاه محقق اردبیلی
2 هیئت علمی دانشگاه محقق اردبیلی
3 مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
10.30482/jhyd.2023.399985.1650
چکیده
افزایش جمعیت در مناطق شهری و وقوع روزافزون سیلاب‌های شهری نیازمند ارزیابی دقیق‌تر برای درک بهتر فرآیندهای هیدرولیکی غالب خطر سیل می‌باشد. در تحقیق حاضر با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی به بررسی تاثیر تغییرات دبی جریان ورودی بر ویژگی‌های سیل در یک بلوک شهری پرداخته شده است. مدلسازی‌ها در شرایط جریان پایدار، با استفاده از 7 دبی جریان در ورودی‌ها با هندسه ثابت بلوک شهری انجام شد. نتایج اعتبارسنجی مدل عددی نشان داد که مدل آشفتگی پروفیل سرعت نزدیک سطح آب و سرعت متوسط گیری شده در عمق را با خطای نسبی 3 و 8/6 درصد نسبت به مدل آزمایشگاهی، دارای همبستگی بیشتری نسبت به سایر مدل‌های آشفتگی بود. در تمامی مدل‌ها خیابان راست و بالا‌دست به ترتیب دارای بیشترین و کمترین میزان عمق، سرعت و عدد پایداری انسان بودند. این در حالی است که خیابان پایین‌دست با اختلاف 2 تا 3 برابری سرعت متوسط و دارا بودن 3 الی 4 ناحیه خطر برای عابران پیاده دارای بیشترین طیف گستردگی در میزان پارامترهای سیلاب می‌باشد. همچنین افزایش دبی در ورودی‌ 1 به ازای دبی ثابت در ورودی 2، باعث افزایش ویژگی‌های سیلابی خیابان‌های راست و پایین‌دست و افزایش عمق و کاهش سرعت در خیابان چپ می-گردد. این در حالی است که افزایش دبی ورودی‌ 2 به ازای دبی ثابت در ورودی 1، باعث افزایش ویژگی‌های سیلابی خیابان چپ و افزایش عمق و کاهش سرعت در خیابان‌ها راست و پایین‌دست می‌گردد. لازم به ذکر است تغییرات دبی در هر دو ورودی‌ تاثیر چندانی بر روی ویژگی‌های سیلابی خیابان بالا‌دست ندارد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


Abt, S.R., Wittier, R.J., Taylor, A. & Love, D.J. (1989). Human stability in a high flood hazard zone 1. JAWRA Journal of the American Water Resources Association25(4), 881-890.
Adamsson, Å., Stovin, V. & Bergdahl, L. (2003). Bed shear stress boundary condition for storage tank sedimentation. Journal of Environmental Engineering129(7), 651-658.
Araud, Q., Finaud-Guyot, P., Lawniczak, F., François, P., Vazquez, J. & Mosé, R. (2014). Modeling flood in an urban area: Validation of numerical tools against experimental data. Advances in Hydroinformatics: SIMHYDRO 2012–New Frontiers of Simulation, 207-220.
Arrighi, C., Oumeraci, H. & Castelli, F. (2017). Hydrodynamics of pedestrians' instability in floodwaters. Hydrology and Earth System Sciences21(1), 515-531.
Bazin, P.H., Mignot, E. & Paquier, A. (2017). Computing flooding of crossroads with obstacles using a 2D numerical model. Journal of Hydraulic Research55(1), 72-84.
Beck, J., Metzger, R., Hingray, B. & Musy, A. (2002). Flood risk assessment based on security deficit analysis. In: EGS General Assembly Conference Abstracts, 2121.
Black, R.D. (1975). Flood Proofing Rural Residences: A" Project Agnes" Report Prepared for the US Department of Commerce, Economic Development Administration. Department of Agricultural Engineering, Cornell University.
Bonham, A. & Hattersley, R. (1967). Low level causeways, University of New South Wales, Asutralia. Water Research Laboratory, Technical Report, 100.
Celik, I. & Rodi, W. (1985). Simulation of hydrodynamic and transport characteristics of rectangular settling basins. In: Transport of Suspended Solids in Open Channels, 129-132, Routledge.
Chanson, H. & Brown, R. (2015). New criterion for the stability of a human body in floodwaters, J. Hydraul. Res., 53(4), 540–541.
Chen, W., Wang, X., Deng, S., Liu, C., Xie, H. & Zhu, Y. (2019). Integrated urban flood vulnerability assessment using local spatial dependence-based probabilistic approach. Journal of Hydrology575, 454-469.
Clausen, L. & Clark, P.B. (1990). The development of criteria for predicting dambreak flood damages using modelling of historical dam failures. In: International conference on river flood hydraulics, 369-380, John Wiley & Sons Ltd. Hydraulics Research Limited, Wallingford, England.
Costabile, P., Costanzo, C., De Lorenzo, G. & Macchione, F. (2020). Is local flood hazard assessment in urban areas significantly influenced by the physical complexity of the hydrodynamic inundation model?. Journal of Hydrology580, 124231.
Cox, R.J., Shand, T.D. & Blacka, M.J. (2010). Australian Rainfall and Runoff Revision Project 10: Appropriate Safety Criteria for People. Stage 1 Report. Prepared by the Water Research Laboratory. P10/S1/006. April 2010.
Dewals, B.J., Kantoush, S.A., Erpicum, S., Pirotton, M. & Schleiss, A. J. (2008). Experimental and numerical analysis of flow instabilities in rectangular shallow basins. Environmental fluid mechanics8, 31-54.
De Moel, H.D., Van Alphen, J. & Aerts, J.C. (2009). Flood maps in Europe–methods, availability and use. Natural hazards and earth system sciences9(2), 289-301.
Field, C.B., Barros, V., Stocker, T.F. & Dahe, Q. (Eds.) (2012). Managing the risks of extreme events and disasters to advance climate change adaptation: special report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge University Press.
Finaud-Guyot, P., Garambois, P.A., Araud, Q., Lawniczak, F., François, P., Vazquez, J. & Mosé, R. (2018). Experimental insight for flood flow repartition in urban areas. Urban Water Journal15(3), 242-250.
Flow Science Inc. (2016) FLOW-3D V 11.2 User’s Manual, Santa Fe, NM, USA.
Galuppini, G., Quintilliani, C., Arosio, M., Barbero, G., Ghilardi, P., Manenti, S. & Creaco, E. (2020). A unified framework for the assessment of multiple source urban flash flood hazard: The case study of Monza, Italy. Urban Water Journal17(1), 65-77.
Gordon, A.D. & Stone, P.B. (1973). Car stability on road floodways. National Capital Development Commission.
Haun, S. & Olsen, N.R.B. (2012). Three-dimensional numerical modelling of reservoir flushing in a prototype scale. International Journal of River Basin Management10(4), 341-349.
Hill, C. (1974). Potential flood damages, Willamette River system. US Army Engineer District, Portland.
Isenmann, G., Dufresne, M., Vazquez, J. & Mose, R. (2017). Bed turbulent kinetic energy boundary conditions for trapping efficiency and spatial distribution of sediments in basins. Water Science and Technology76(8), 2032-2043.
Ishigaki, T. (2003). Hydraulic model tests of inundation in urban area with underground space. In: Proc. of 30th IAHR Congress, Greece, 2003, 487-493.
Kantoush, S.A., De Cesare, G., Boillat, J.L. & Schleiss, A.J. (2008). Flow field investigation in a rectangular shallow reservoir using UVP, LSPIV and numerical modelling. Flow Measurement and Instrumentation19(3-4), 139-144.
Karvonen, R.A., Hepojoki, A., Huhta, H.K. & Louhio, A. (2000). The use of physical models in dam-break analysis. RESCDAM Final Report. Helsinki University of Technology, Helsinki, Finland.
Kelman, I. & Spence, R. (2004). An overview of flood actions on buildings. Engineering Geology73(3-4), 297-309.
Launder, B.E. & Spalding, D.B. (1972). Lectures in mathematical models of turbulence. Academia Press, London, England.
Lewis, J. (1999). Development in disaster-prone places: Studies of vulnerability. ITDG Publishing.
Li, X., Erpicum, S., Mignot, E., Archambeau, P., Pirotton, M. & Dewals, B. (2021). Influence of urban forms on long-duration urban flooding: Laboratory experiments and computational analysis. Journal of Hydrology603, 127034, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.127034.
Macchione, F., Costabile, P., Costanzo, C., & De Lorenzo, G. (2019). Extracting quantitative data from non-conventional information for the hydraulic reconstruction of past urban flood events. A case study. Journal of Hydrology576, 443-465.
Mejía‐Morales, M.A., Mignot, E., Paquier, A. & Proust, S. (2023). Laboratory investigation into the effect of the storage capacity of a city block on unsteady urban flood flows. Water Resources Research, e2022WR032984, https://doi.org/10.1029 /2022WR032984.
Mejía-Morales, M.A., Mignot, E., Paquier, A., Sigaud, D. & Proust, S. (2021). Impact of the porosity of an urban block on the flood risk assessment: A laboratory experiment. Journal of Hydrology602, 126715, https://doi.org/10.1016/ j.jhydrol.2021.126715.
Mignot, E., Paquier, A. & Ishigaki, T. (2006). Comparison of numerical and experimental simulations of a flood in a dense urban area. Water Science and Technology54(6-7), 65-73.
Milanesi, L., Pilotti, M., Belleri, A., Marini, A. & Fuchs, S. (2018). Vulnerability to flash floods: a simplified structural model for masonry buildings. Water Resources Research54(10), 7177-7197.
UNDESA, U. (2019). Department of Economic and Social Affairs, Population Division. World Population Prospects.
Rubinato, M., Lee, S., Martins, R. & Shucksmith, J. D. (2018). Surface to sewer flow exchange through circular inlets during urban flood conditions. Journal of Hydroinformatics20(3), 564-576.
Safarzadeh, A. & Brevis, W. (2016). Assessment of 3D-RANS models for the simulation of topographically forced shallow flows. Journal of Hydrology and Hydromechanics64(1), 83-90.
Shu, C., Xia, J., Falconer, R.A. & Lin, B. (2011). Incipient velocity for partially submerged vehicles in floodwaters. Journal of Hydraulic Research49(6), 709-717.
Stovin, V.R. & Saul, A.J. (2000). Computational fluid dynamics and the design of sewage storage chambers. Water and Environment Journal14(2), 103-110.
USACE (1984). Shore Protection Manual, Vol. 2, 4th ed. USACE (United States Army Corps of Engineers) Coastal Engineering Research Centre, Washington, D.C., U.S.A.
Wilcox, D.C. (1994). Simulation of transition with a two-equation turbulence model. AIAA journal, 32(2), 247-255.
Xia, J., Falconer, R.A., Wang, Y. & Xiao, X. (2014). New criterion for the stability of a human body in floodwaters. Journal of Hydraulic Research52(1), 93-104.
Yakhot, V. & Smith, L.M. (1992). The renormalization group, the expansion and derivation of turbulence models. SIAM J Sci Comput, 7(1), 35-61.

  • تاریخ دریافت 18 خرداد 1402
  • تاریخ بازنگری 31 تیر 1402
  • تاریخ پذیرش 30 مرداد 1402