این سایت در حال حاضر پشتیبانی نمی شود و امکان دارد داده های نشریات بروز نباشند
پژوهش های حفاظت آب و خاک، جلد ۳۰، شماره ۴، صفحات ۱۰۳-۱۲۳
عنوان فارسی استخراج رابطه دبی-اشل مقاطع مرکب چندسیلابدشتی با مدلهای یک بعدی و دوبعدی
چکیده فارسی مقاله سابقه و هدف
سیل پدیده‌ای است که در طی آن جریان آب، مقطع اصلی رودخانه را پر نموده و وارد دشت‌های سیلابی می‌شود. در بعضی از رودخانه‌های طبیعی و نیز کانال‌های مصنوعی در شهرها ممکن است بیش از یک دشت سیلاب در طرفین مقطع اصلی وجود داشته باشد که به این مقاطع، کانال مرکب چند‌سیلابدشتی گفته می‌شود. در این مقاطع با وقوع سیلاب و پر شدن مقطع اصلی، ابتدا دشت سیلاب اول فعال شده و سپس با سرریز شدن این دشت سیلابی، دشت سیلاب دوم بلافاصله وارد عمل می‌شود. یکی از جنبه‌های هیدرولیکی این مقاطع، رابطه دبی-اشل است که به ازاء هر عمق جریان دلخواه، دبی مشخصی را برآورد نموده و ابزار مهمی در طراحی و ساماندهی رودخانه‌ها در زمان سیلاب است. در این مقاله، روش‌های یک‌بعدی تجزیه تبادلی و دوبعدی شیونو و نایت که قبلاً برای محاسبه دبی جریان در مقاطع مرکب پیشنهاد شده‌اند، برای مقاطع مرکب چندسیلابدشتی توسعه داده شدند.
مواد و روش‌ها
در مدل یک‌بعدی، ابتدا با استفاده از قانون دوم نیوتن و دخالت تنش‌های برشی ظاهری در مرز تماس مقطع اصلی و دشت سیلابی اول و نیز دشت سیلابی اول با دوم، یک دستگاه معادله خطی برای برآورد همزمان سرعت‌های متوسط جریان در بخش‌های مختلف این مقاطع استخراج شد. از معادله هاتوف و همکاران برای دخالت تنش‌های برشی ظاهری در مرزهای تماس استفاده شد. ضرایب انتقال مومنتوم در این روش با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی سینگ (2021) در یک مقطع مرکب مستطیلی و به کمک الگوریتم بهینه‌سازی گرادیان کاهشی تعمیم‌یافته، واسنجی شدند. برای استخراج مدل شبه دوبعدی شیونو و نایت، ابتدا با انتگرال‌گیری در عمق از معادلات ناویر-استوکس، یک معادله دیفرانسیلی بر حسب تنش برشی بدست آمد و سپس با اعمال فرض‌های ساده برای تنش‌های رینولدزی و نیز جریان‌های ثانویه، معادله ساده‌تری بر حسب سرعت متوسط در عمق ارائه شد. این معادله به کمک روش تفاضل‌های محدود حل شد.
یافته‌ها
نتایج مدل یک‌بعدی تبادل دبی نشان داد که این روش با میانگین و حداکثر خطای حدود 6/2 و 7/5 درصد، کارایی مناسبی در تخمین دبی کل جریان دارد. این در حالی است که روش تجزیه قائم مقطع مرکب که هم‌اکنون کاربرد گسترده‌ای در نرم‌افزارهای مهندسی آب دارد، با میانگین خطای 1/9 درصد و حداکثر خطای 4/17 درصد، نتایج قابل اعتمادی ارائه نمی‌کند. نتایج حل عددی مدل شبه دوبعدی شیونو و نایت نشان داد که مطابقت خوبی بین پروفیل‌های توزیع عرضی سرعت مشاهداتی و محاسباتی برقرار است. همچنین مشخص شد که اثر لزجت گردابه‌ای و نیز جریان‌های ثانویه در این کانال قابل توجه بوده و باید درنظر گرفته شوند. میانگین و حداکثر خطای این مدل در تخمین دبی کل جریان به‌ترتیب 4/2 و 1/4 درصد بدست آمد.
نتیجه‌گیری
نتایج هر دو مدل یک و دوبعدی پیشنهادی این تحقیق نشان داد که این مدل‌ها قابلیت مناسبی برای تخمین دبی کل و نیز دبی‌های جزئی در مقاطع مرکب چندسیلابدشتی دارند. بررسی‌ها نشان داد که مرز تماس مقطع اصلی با دشت سیلابی اول از نظر شدت تلاطم و نیز قدرت جریان‌های ثانویه قویتر از مرز تماس دشت سیلابی اول و دوم می‌باشد.
کلیدواژه‌های فارسی مقاله سیلاب، انتقال مومنتوم، اثر متقابل، مقاطع مرکب چندپله‌ای، منحنی دبی-اشل،
عنوان انگلیسی Stage-discharge relationship developing for multi-stage compound channels based on 1D and 2D models
چکیده انگلیسی مقاله Background and objectives
Flood is a phenomenon during which the water fills the main channel of the river and spreads on to the floodplains. In some natural rivers as well as artificial canals in cities may be more than one floodplain flank the main channel, which is called multi-stage compound channels. In these channels, when the flood occurs and the main channel is filled, the first floodplain is activated, and then when this floodplain overflows, the second floodplain is activated immediately. One of the hydraulic aspects of these channels is the stage-discharge relationship, which is used to estimate the flow discharge for any given flow depth and hence is an important tool in the river design and management during floods. In this study, the one-dimensional model of interacting divided channel and two-dimensional model of Shiono and Knight, which were previously proposed to calculate the flow discharge in classic compound channels, are developed for multi-stage compound channels.

Materials and methods
For one-dimensional model, using Newton's second law and by considering into account the apparent shear stresses at the interface of the main channel and the first flood plain, as well as the interface between first and second floodplains, a linear equation system was derived to simultaneously estimate the average flow velocities in adjacent flow compartments of these sections. Huthoff et al. equation was used for the involvement of apparent shear stresses in the interfaces. In this method, the momentum exchange coefficients were calibrated based on the laboratory data from Singh (2021) in a three-stage rectangular compound channel and using the nonlinear generalized reduced gradient optimization algorithm. To derive the semi two-dimensional model of Shiono and Knight, by depth integrating of the Navier-Stokes equations, a differential equation was obtained in terms of shear stress. Then by applying several appropriate assumptions for Reynolds stresses and secondary flows, a simple equation was obtained in terms of depth-averaged velocity. This equation was solved numerically using finite difference method.

Results
The results of the one-dimensional flow interacting model showed that this method has a good efficiency in estimating the total flow discharges with an average and maximum error of about 2.6 and 5.7 percent, respectively. Meanwhile, the vertical divided channel method which is widely used in water engineering packages, does not provide reliable results with an average error of 9.1% and a maximum error of 17.4%. The results of the numerical solution of Shiono and Knight model showed that there is a good agreement between the observed and calculated lateral velocity distributions. It was also found that the effect of eddy viscosity and secondary currents in this channel is significant and should be considered. The mean and maximum error of this model in estimating the total flow discharges was 2.4% and 4.1%, respectively.

Conclusion
The results of both one- and two-dimensional models proposed in this research showed that these models have a suitable ability to estimate the total flow discharge as well as the subdivision flow discharges in multi-stage compound channels. Investigations showed that in terms of the intensity of turbulence and the strength of the secondary currents, the interface plane between the main channel and the first floodplain is much more affected than the interface between first and second floodplains.
کلیدواژه‌های انگلیسی مقاله سیلاب, انتقال مومنتوم, اثر متقابل, مقاطع مرکب چندپله‌ای, منحنی دبی-اشل
نویسندگان مقاله عبدالرضا جمالی |
گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد رودهن

بابک امین نژاد |
گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد رودهن

عبدالرضا ظهیری |
عضو هیئت علمی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

نشانی اینترنتی https://jwsc.gau.ac.ir/article_6813_236d3cbc28c2076d58948804d7510b4c.pdf
فایل مقاله فایلی برای مقاله ذخیره نشده است
کد مقاله (doi)
زبان مقاله منتشر شده fa
موضوعات مقاله منتشر شده
نوع مقاله منتشر شده
برگشت به: صفحه اول پایگاه   |   نسخه مرتبط   |   نشریه مرتبط   |   فهرست نشریات