مدل سازی رفتار مورفولوژیک رودخانه ها و پیش بینی تغییرات تراز بستر
Abstract
در این رساله روند تغییرات تراز بستر رودخانه در حالت شبه دو بعدی (s-2d) با استفاده از مدل ریاضی sdar (scour and deposition model of alluvial rivers) که به همیـن منظـور تهیه گردیـده مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی تغییرات تراز بستر با استفاده از دو الگوریتم اصلی هیدرولیک و رسوب انجام می گیرد. مدل sdar قادر است تغییرات سرعت جریان، تنش برشی و نرخ انتقال رسوب را در امتدادعرضی شبیه سازی نماید. از اینرو مدل دارای ماهیت شبه دوبعدی(semi two dimensional) است. برای تحقق این ویژگی رودخانه به چند لوله جریان با دبی مساوی ولی مشخصه های هندسی متفاوت تقسیم و در هر لوله جریان روندیابی رسوب و تعیین تغییرات تراز بستر بطور مستقل انجام می شود. در این تحقیقات همچنین با ارائه نظریه لوله جریان بازه ای، اتصال شاخه های جانبی و برداشت آب و رسوب در حالت شبه دوبعدی فراهم گردیده است. لذا محدودیت های مدل های مشابه را ندارد. مطابق این نظریه، مبادله جرم در امتداد عرضی بین لوله های جریان و در محل گره ها امکان پذیر می باشد. این ویژگی حوزه کاربرد مدل و انطباق آن با شرایط طبیعی رودخانه ها را بنحو موثری افزایش داده است. بعلاوه در توسعه مدل sdar دیدگاههای جدیدی در خصوص فرمولبندی میزان فرسایش و رسوبگذاری و تعیین ضخامت لایه فعال و غیرفعال ارادئه گردیده و ساختار محاسباتی آن نسبت به الگوهای موجود تقویت شده است. ایده های قبلی در مورد لایه فعال بررسی ومورداستفاده و تلفیق قرار گرفته و نهایتا یک رابطه جدید برای لایه فعال توسعه یافته که مبنای شبیه سازی تغییرات تراز بستر در مدل قرار گرفته است. از دیگر نو آوریهای مدل sdar تعیین محدوده پارامتر بی بعد ? می باشدکه بر اساس آن میزان فرسایش و رسوبگذاری در مدل کنترل می شود. مطابق بر رسی های انجام گرفته محدوده ? بین 1- تا 1+ تغییر می نماید. در مدل sdar همچنین با استفاده از مفهوم پخش و انتقال راهکار جدیدی برای توزیع مقدار رسوب ورودی از شاخه های جانبی بین لوله های جریان توسعه داده شده و معادله پیشنهادی برای شرایط واقعی در محدوده غلظت های کم ، متوسط و زیاد مورد بر رسی و آزمون محاسباتی قرار گرفته است . مدلسازی رودخانه های آبرفتی دارای مواد بستری غیرچسبنده با جریان های متغیر تدریجی که دارای رژیم زیر بحرانی می باشند به کمک مدل sdar امکان پذیر است. جریان های غیرماندگار نظیر هیدروگراف سیلابها پس از پلکانی شدن بصورت جریان شبه ماندگار به مدل معرفی میشود. برای سنجش قابلیت مدل در شرایط واقعی آزمون های مختلفی با بهره گیری از داده های رودخانه ای و آزمایشگاهی انجام گرفته و نتایج حاصله با مدلهای مرجع، نظیرhec-6 ، fluvial و gstars مقایسه شده است. این بررسیها توانائی مدل را در شبیه سازی تغییرات تراز بستر در شرایط گوناگون تایید می نماید. بویژه ماهیت شبه دوبعدی و تقویت ساختار محاسباتی sdar را در ردیف مدل های مناسب برای مطالعه رفتار مورفولوژیک رودخانه ها بمنظور تدارک اطلاعات کاربردی در عرصه های مختلف مهندسی رودخانه قرار می دهد.