مدل عددی پدیده حمل رسوب با استفاده از مدل های متوسط گیری شده در عمق
چکیده
بررسی مسایل مربوط به آبشستگی و رسوبگذاری در مسیر جریان رودخانه ها و اطراف سازه های هیدرولیکی از جمله پدیده های پیچیده و مهم هیدرولیکی است. تحلیل جریان و انتقال رسوب در کانالهای آبرفتی به صورت سه بعدی دقیق تر است، اما مدلهای سه بعدی مخصوصاً برای رودخانه های با طول زیاد به زمان زیادی برای اجرا نیاز دارد. در شرایطی که عرض جریان در مقابل عمق زیاد باشد، شتاب عمودی آب در مقابل شتاب ثقل قابل صرفنظر کردن است. در این شرایط با فرض توزیع فشار هیدرواستاتیک می توان از معادلات جریان و انتقال رسوب در عمق انتگرالگیری نمود و معادلات دو بعدی در پلان را بدست آورد. در این تحقیق به بررسی پدیده حمل رسوب با استفاده از مدلهای متوسط گیری شده در عمق پرداخته شده و یک مدل دو بعدی آبهای کم عمق جهت محاسبه میزان آبشستگی و رسوبگذاری در مسیر جریان رودخانه ها مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل عددی مورد استفاده قبل از اجرا با استفاده از مثالهای استاندارد صحت سنجی شد. در بخش محاسبات انتقال رسوب، برای محاسبه بار رسوبی کل و بار بستر از معادلات تجربی مختلف استفاده گردید. برای محاسبه بار معلق نیز از معادله انتقال- انتشار در شکل دو بعدی متوسط گیری شده در عمق آن استفاده شد. در اثر انتگرال گیری در عمق از معادله انتقال – انتشار ترم تجربی ظاهر می شود که بیانگر میزان تبادل رسوب بستر و جریان بوده و خود از دو پارامتر تجربی ظرفیت حمل رسوب و ضریب کالیبراسیون تشکیل شده است. برای محاسبه این دو پارامتر نظریات و روابط مختلفی وجود دارد. در این تحقیق برای محاسبه پارامترکالیبراسیون از دو نظریه استفاده شده است. در روش اول این پارامتر با استفاده از مقادیر پیشنهادی محققین مختلف جایگزین شده است و در روش دوم از یک رابطه تجربی استفاده شده است و نتایج حاصل از این دو روش با یکدیگر مقایسه شده است. در محاسبه ظرفیت حمل رسوب نیز از روشهایvan rijn (1987) ، فرمول اصلاح شده ackers and white (1973) ، مدلsedtra (garecht et al, 1995) و رابطهbagnold (1973) استفاده شده است. ابتدا مدل در یک مورد رسوبگذاری و فرسایش چاله حفر شده در مسیر جریان بکار برده شد و نتایج حاصل از روابط مختلف با نتایج آزمایشی van rijn (1987) مقایسه گردید و میزان خطاء روابط مختلف مشخص گردید. سپس مدل برای پیش بینی آبشستگی در محل پل بکار برده شد و میزان خطای حاصل از روابط مختلف در تخمین آبشستگی موضعی و آبشستگی در اثر تنگ شدگی با یکدیگر و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. در نهایت با مقایسه نتایج حاصل از روابط مختلف تبادل رسوب در این دو مورد تست پیچیده با نتایج آزمایشگاهی و همچنین نرم افزار سه بعدی ssiim2.0بهترین رابطه انتخاب شد.