جریان غیرماندگار در مقاطع مرکب به دلیل تفاوت ویژگیهای هیدرولیکی جریان در مقطع اصلی و دشتهای سیلابی، از پیچیدگی خاصی برخوردار است. در هنگام سیلاب، معمولا جریان آب از مقطع اصلی فراتر رفته و به دشتهای سیلابی وارد می شود. در این حالت، سرعت جریان در مقطع اصلی بسیار بیشتر از سرعت در دشتهای سیلابی بوده و در نتیجه، مومنتوم جریان از مقطع اصلی به دشتهای سیلابی منتقل می شود. مطالعات نشان داده است که این انتقال مومنتوم تاثیر زیادی بر ویژگیهای هیدرولیکی جریان در مقاطع مرکب دارد. در این مقاله با استفاده از حل عددی مدل دو بعدی Shiono and Knight (1991) و تلفیق آن با معادلات سن ونان (مدل پخشیدگی)، روندیابی سیلاب در مقاطع مرکب مطالعه شده است. در این مدل تلفیقی، اثر خواص هیدرولیکی مقاطع مرکب و تبادل مومنتوم بین مقطع اصلی و دشتهای سیلابی در نظر گرفته شده است. برای ارزیابی دقت مدل، نتایج آن با نتایج مدلهای DAMBRK مبتنی بر مدل موج کامل دینامیکی و مدل RFMFEM مبتنی بر مدل پخشیدگی مقایسه شده است. نتایج حاکی از آن است که علاوه بر مطابقت خوب مدل پیشنهاد شده با مدلهای مذکور، مدت زمان اجرای حاضر ما حدود 10 درصد زمان اجرای مدل DAMBRK است که به عنوان مدل پایه در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین نتایج مقایسه این مدل با داده های آزمایشگاهی Treske (1988) در مقطع مرکب نشان می دهد که دبی پیک سیلاب انتهای بازه حاصل از مدل پیشنهادی، فقط 3.5 درصد با مقدار اندازه گیر شده تفاوت دارد. به طور کلی نتایج این بررسیها نشان می دهد که این مدل، دقت بالایی داشته و مزیت آن، زمان اجرای بسیار کم و کارایی مناسب در شرایط توام مقاطع مرکب با بستر و جداره همگن و ناهمگن است.

با توجه به منابع محدود در زمینه پرش هیدرولیکی در مقاطع مرکب این تحقیق آزمایشگاهی با بوجود آوردن یک پرش پایدار و متقارن به اجرا در آمد.آزمایش ها در یک کانال آزمایشگاهی به طول 10 متر، عرض 1 متر و ارتفاع 8/0 متر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان صورت گرفت که 6 متر از طول کل کانال بصورت کانال مرکب تغییر شکل داده شده است. همچنین عمق و عرض مقطع اصلی و دشت های سیلابی کانال مرکب قابل تنظیم می باشد. در این پژوهش دو عامل از عوامل مهم تاثیرگذار یعنی عرض نسبی و عدد فرود اولیه جریان مورد مطالعه قرار گرفت. جهت بررسی تاثیرگذاری عرض نسبی از 3 عرض نسبی متفاوت و جهت بررسی تاثیرگذاری عدد فرود اولیه جریان از 3 عدد فرود اولیه جریان متفاوت بصورت همزمان استفاده شد که بدین ترتیب 9 سری آزمایش صورت پذیرفت. در هر سری آزمایش در یک دبی جریان ثابت با تغییر اندازه بازشدگی دریچه بالادست، عدد فرود اولیه جریان مورد نظر جهت ایجاد پرش هیدرولیکی تولید شد.در این تحقیق با استفاده از اندازه گیری سرعت نقطه ای، عمق جریان و دبی جریان، مشخصات فیزیکی پرش هیدرولیکی نظیر اعماق مزدوج و طول پرش هیدرولیکی و مقدار افت انرژی به کمیت در آورده شود. نتایج حاکی از آنست که مشخصه های فیزیکی و هیدرولیکی پرش مشاهده شده با نوع کلاسیک آن تفاوت داشته و استفاده از معادلات پرش کلاسیک منجر به رخ دادن خطا می شود.

اغلب مجاری طبیعی دارای مقاطعی هستند که با افزایش سطح آب در آنها مساحت مقاطع به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد. این مقاطع دارای سیلاب دشتهای کم و بیش عریضی هستند. مقاطع مرکب دارای سیلابدشت بخصوص زمانیکه از هندسه نامتقارنی برخوردار هستند، پیچیدگیهای هیدرولیکی زیادی را به جریان تحمیل می کنند. تخمین منحنی دبی-اشل در این نوع از مجاری هیدرولیکی یکی از مسائل مهندسی رودخانه است. در این مقاله با استفاده از مفهوم کنتورهای هم سرعت در روش اندازه گیری تک نقطه ای سرعت (SPM) و پارامترهای هیدرولیکی و هندسی مقطع جریان و بکار گیری آن ها در فرآیند کمینه سازی خطا، رابطه ای نسبی برای تخمین منحنی دبی-اشل در مقاطع مرکب معرفی شده است. در این روش برای ترسیم منحنی دبی-اشل در مقاطع مختلف، فقط اطلاعات دبی در یک تراز مرجع، مورد نیاز است. نتایج این پژوهش بیانگر آنست که روش پیشنهادی در تخمین منحنی دبی-اشل مقاطع مرکب نامتقارن حتی مقاطع دارای سیلابدشت های با تراز های مختلف از دقت مناسبی برخوردار است.

در هنگام سیلاب، آب وارد دشت های سیلابی شده و هیدرولیک جریان رودخانه را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد. در این شرایط، محاسبه دبی سیلاب به کمک روش های معمول، با خطای زیادی (تا 40 درصد) همراه است. مهم ترین روش برای اصلاح روش های معمول، مدل شبه دوبعدی شیونو و نایت است که کاربرد زیادی نیز در مقاطع مرکب آزمایشگاهی و صحرایی داشته است. در این مقاله بر اساس این مدل، رابطه ها بدون بعد مناسبی برای دخالت اثر جریان ثانویه در حل توزیع عرضی سرعت در مقاطع مرکب آزمایشگاهی و رودخانه ای با مسیر مستقیم ارایه شده است. نتایج سرعت جریان در مقطع اصلی به دست آمده از این روش با روش های شیونو و نایت و نیز اروین و همکاران در چند مقطع مرکب آزمایشگاهی و رودخانه ای مقایسه شده است. این مقایسه نشان داد که روش پیشنهادی و مدل اروین و همکاران به ترتیب با ضرایب تبیین 0.99 و 0.70 و خطای متوسط 0.8 و 5.8 درصد، دارای بیش ترین و کم ترین دقت می باشند. همچنین خطای مدل اروین و همکاران در مقاطع مرکب غیرمتقارن زیاد بوده و کاربرد آن توصیه نمی شود.

پارامتر سرعت در رودخانه از مهم ترین متغیرهای هیدرولیک جریان بوده و در بسیاری از مباحث مهندسی رودخانه مانند استخراج رابطه دبی-اشل و انتقال رسوبات کاربرد موثری دارد. در برخی طرح های مهندسی رودخانه، محاسبه سرعت متوسط جریان کفایت می کند. در بعضی دیگر از پروژه ها از قبیل طراحی سازه های هیدرولیکی در رودخانه، طراحی کانال های پایدار، محاسبات سیل در رودخانه ها و دشت های سیلابی باید توزیع عرضی و عمقی سرعت جریان در رودخانه محاسبه گردد. برای محاسبه توزیع دوبعدی سرعت جریان در جهت های عرضی و عمقی، مدل های ریاضی زیادی ارایه شده اند که ازنظر کاربردی دارای پیچیدگی های زیادی می باشند. در این تحقیق از مدل ریاضی ساده و کاربردی کین و همکاران و تلفیق آن با معادلات لزجت گردابه ای و سرعت دیواره اینشتین برای تعیین توزیع دوبعدی سرعت جریان در کانال های با مقطع مرکب صاف و زبر استفاده شد. با حل عددی این مدل ریاضی به روش تفاضل های محدود، داده های منحنی های هم سرعت جریان در کانال های مرکب به ازاء عمق های مختلف جریان و ضرایب زبری دشت های سیلابی محاسبه و با داده های آزمایشگاهی مقایسه گردید. همچنین توزیع های عرضی سرعت جریان در این کانال ها محاسبه شد و با پروفیل های اندازه گیری شده مقایسه شد. این مقایسه ها نشان داد که مدل ریاضی پیشنهادی با ضریب تبیین 92/0=2R، جذر میانگین مربعات خطای 036/0= RMSE و میانگین مطلق خطا 8/2%= MAPE درصد دارای دقت قابل قبولی است. این مدل با فرض شرایط جریان به صورت ماندگار و یکنواخت و با صرف نظر کردن از اثر جریان های ثانویه توسعه داده شد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

تفاوت زیاد عمق جریان و ضریب زبری دشت های سیلابی نسبت به مجرای اصلی رودخانه، باعث ایجاد گرادیان عرضی سرعت شده و تنش برشی قابل ملاحظه ای در مرز مشترک مجرای اصلی و دشت سیلابی اتفاق می افتد. در نتیجه این فرآیند، افت انرژی اضافه ای به سیستم رودخانه تحمیل می شود. مدل های ریاضی معمول در محاسبه پروفیل سطح آب رودخانه ها مانند HEC-RAS و MIKE11، این مکانیسم را در نظر نمی گیرند. برای در نظر گرفتن این مکانیسم، باید شیب انرژی و ضریب تصحیح انرژی جنبشی در محاسبات جریان متغیر تدریجی اصلاح شود. در این مقاله، با استفاده از روش تبادل دبی، محاسبات پروفیل سطح آب در مقاطع مرکب اصلاح شده است. مقایسه نتایج روش پیشنهادی با نتایج مدل ریاضی HEC-RAS در یک کانال آزمایشگاهی غیرهمگن در حالت پروفیل M2 نشان می دهد که دقت این روش ها به ترتیب 95 و 84.5 درصد است.

براساس تحقیقات پیشین، برآورد دبی در کانال های مرکب به روش خطوط تقسیم (DCM) کاربرد گسترده ای دارد و بسیاری از مدل های محاسباتی بر اساس این روش تهیه شده اند. بنابراین لزوم تجزیه مقطع مرکب به زیر مقاطع به دقیق ترین روش، نیازی است که همه محققین بر آن اتفاق نظر دارند. اما آن چه امروزه در مدل ها به کار می رود تجزیه مقطع مرکب با خطوط قایم است که برخی از محققین نشان داده اند که این روش عملکردی ضعیف تر از خطوط تقسیم افقی و مورب دارد و نتایج تحقیق حاضر نیز این امر را تأیید می کند. لذا در این تحقیق بهترین زاویه خط تقسیم به گونه ای تعیین شده است که خطای محاسبه دبی به روش مانینگ در مقایسه با داده های جمع آوری شده از کانال FCF در والینگفورد، صفر شود. در نهایت نمودار و معادله های پیشنهاد شده است که بتوان به کمک آن با داشتن عمق نسبی جریان، بهترین زاویه خط تقسیم را به دست آورد. خطای محاسباتی روابط پیشنهادی به کمک شاخص آماری RMSE تعیین شد. مقدار این شاخص برای این معادله ها به ترتیب 054/0 و 036/0 می باشد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در بسیاری از رودخانه ها هنگام وقوع سیل، جریان از مقطع اصلی خارج شده و دشتهای سیلابی را فرا می گیرد. ورود جریان در دشتهای سیلابی سازوکار هیدرولیکی پیچیده ای را ایجاد می کند که بیش از دو دهه توجه بسیاری از محققین مسایل رودخانه و سیلاب را به خود معطوف کرده است. اگرچه بسیاری از جنبه های مطالعات هیدرولیک جریان آب در مقاطع مرکب هنوز به تحقیق و مطالعه نیاز دارد، اما نسبت به مطالعات هیدرولیک جریان رسوب در این مقاطع، پیشرفت قابل ملاحظه ای داشته است. تاکنون مطالعات هیدرولیک رسوب مقاطع مرکب، بر روی مقاطع آزمایشگاهی انجام شده است و نیاز فراوانی به بررسی این موضوع در مقاطع طبیعی رودخانه ای احساس می شود. در این مقاله، روش پیشنهادی مولفان در سال 1382 موسوم به روش پوش – که در تبیین و شبیه سازی هیدرولیک جریان آب در مقاطع مرکب رودخانه ای با استفاده از مدل دو بعدی تحلیلی شیونو – نایت ارایه شده بود – و رابطه انتقال رسوب آکرز – وایت – که مبتنی بر مفهوم توان رودخانه ای است – تلفیق شده و مدلی به منظور شبیه سازی رفتار جریان رسوبی به شکل منحنیهای سنجه رسوب استفاده گردید. به عنوان مطالعه موردی، این روش در مقطع مرکب رودخانه ی میناب در ایستگاه برنطین استفاده شده و منحنیهای سنجه رسوب این رودخانه برای مقاطع پوش بالایی و پایینی محاسبه شده است. نتایج حاصل از کاربرد این روش بر اساس داده های رسوبی و هیدرولیکی رودخانه مذکور حاکی از آن است که مقادیر حاصل از منحنیهای پوش شبیه سازی شده در محدوده مقادیر اندازه گیری شده قرار دارند، لذا کاربرد این روش در چنین رودخانه هایی که تغییرات قابل ملاحظه مقطع هندسی دارد، می تواند به عنوان روشی استاندارد برای تولید منحنیهای سنجه رسوب توصیه می شود.