توسعه مدل تحلیلی برای شبیه سازی مسلح شدن بستر رودخانه در پایین دست سدها
چکیده
بررسی چگونگی حرکت و جابه جایی مواد رسوبی در رودخانه ها و توزیع دانه بندی مواد بستر، همواره از چالش های مهندسین رودخانه بوده است. پدیده مسلح شدن بستر رودخانه پدیده ای قابل توجه در حیطه مسائل انتقال رسوب در رودخانه ها است . در اثر فرآیند مسلح شدن، در بستر رودخانه ها، لایه ای از ذرات درشت بر روی لایه ای از ذرات ریزتر قرار می گیرد و در این حالت نوعی تعادل در بستر رودخانه به وجود می آید . مکانیسم اساسی در فرآیند مسلح شدن، تغییر در ترکیبات دانه بندی بستر رودخانه است، بنابراین هدف مدل های ارائه شده برای توضیح پدیده مسلح سازی پیش بینی ترکیبات دانه بندی سطح بستر است. در رساله پیش رو مدلی تحلیلی برای پیش بینی دانه بندی بستر مسلح و عمق فرسایش بستر در حین فرآیند مسلح شدن ارائه شده است. در مدل مزبور با استفاده از معادلات حاکم بر جریان، معادله پیوستگی رسوب و معادلات بار بستر دستگاهی از معادلات تشکیل شده است. دستگاه معادلات بدست آمده به صورت تحلیلی مورد حل قرار گرفته است. جهت حل تحلیلی معادلات، فرضیاتی در نظر گرفته شده که در بازه های زمانی و مکانی کوتاه صادق است. از این رو حل تحلیلی معادلات در یک بازه زمانی کوتاه جایگزین منفصل سازی معادلات دیفرانسیل حاکم بر پدیده شده و جواب های بدست آمده برای هر گام به عنوان شرایط ورودی برای گام زمانی بعد بکار رفته است. به این ترتیب الگوریتمی نوشته شده که برای آن برنامه ای کامپیوتری ترتیب داده شده است. الگوریتم حاصل قادر است، تغییرات دانه بندی بستر رودخانه را در حین تکامل تا رسیدن به بستر مسلح و نیز عمق فرسایش، طی این فرآیند را پیش بینی نماید. فرضیات محدود کننده اعمال شده بر این مدل شامل پایداری جریان و یکنواختی مورفولوژی در طول بازه مورد بررسی است . در نهایت مدل مزبور به کمک نتایج آزمایشگاهی و نرم افزار مرجع gstar-1d کالیبره شده است. نتایج حاصل از مدل با سایر مدل های تحلیلی موجود نیز مقایسه شده اند. نتایج بدست آمده تطابق قابل قبولی با داده های آزمایشگاهی و نرم افزار gstar-1d دارند و مدل نسبت به سایر مدل های تحلیلی موجود نتایج قابل قبول تری بدست می دهد.