استخراج رابطه دبی-اشل مقاطع مرکب چندسیلابدشتی با مدلهای یک بعدی و دوبعدی

سابقه و هدفسیل پدیده ای است که در طی آن جریان آب، مقطع اصلی رودخانه را پر نموده و وارد دشت های سیلابی می شود. در بعضی از رودخانه های طبیعی و نیز کانال های مصنوعی در شهرها ممکن است بیش از یک دشت سیلاب در طرفین مقطع اصلی وجود داشته باشد که به این مقاطع، کانال مرکب چند سیلابدشتی گفته می شود. 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 می شود. یکی از جنبه های 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 رودخانه ها در زمان سیلاب است. در این مقاله، روش های یک بعدی تجزیه تبادلی و دوبعدی شیونو و نایت که قبلا برای محاسبه دبی جریان در مقاطع مرکب پیشنهاد شده اند، برای مقاطع مرکب چندسیلابدشتی توسعه داده شدند.مواد و روش هادر مدل یک بعدی، ابتدا با استفاده از قانون دوم نیوتن و دخالت تنش های 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 سرعت های متوسط جریان در بخش های مختلف این مقاطع استخراج شد. از معادله هاتوف و همکاران برای دخالت تنش های برشی ظاهری در مرزهای تماس استفاده شد. ضرایب انتقال مومنتوم در این روش با استفاده از داده های آزمایشگاهی سینگ (۲۰۲۱) در یک مقطع مرکب مستطیلی و به کمک الگوریتم بهینه سازی گرادیان کاهشی تعمیم یافته، واسنجی شدند. برای استخراج مدل شبه دوبعدی شیونو و نایت، ابتدا با انتگرال گیری در عمق از معادلات ناویر-استوکس، یک معادله دیفرانسیلی بر حسب تنش برشی بدست آمد و سپس با اعمال فرض های ساده برای تنش های رینولدزی و نیز جریان های ثانویه، معادله ساده تری بر حسب سرعت متوسط در عمق ارائه شد. این معادله به کمک روش تفاضل های محدود حل شد.یافته هانتایج مدل یک بعدی تبادل دبی نشان داد که این روش با میانگین و حداکثر خطای حدود ۶/۲ و ۷/۵ درصد، کارایی مناسبی در تخمین دبی کل جریان دارد. این در حالی است که روش تجزیه قائم مقطع مرکب که هم اکنون کاربرد گسترده ای در نرم افزارهای مهندسی آب دارد، با میانگین خطای ۱/۹ درصد و حداکثر خطای ۴/۱۷ درصد، نتایج قابل اعتمادی ارائه نمی کند. نتایج حل عددی مدل شبه دوبعدی شیونو و نایت نشان داد که مطابقت خوبی بین پروفیل های توزیع عرضی سرعت مشاهداتی و محاسباتی برقرار است. همچنین مشخص شد که اثر لزجت گردابه ای و نیز جریان های ثانویه در این کانال قابل توجه بوده و باید درنظر گرفته شوند. میانگین و حداکثر خطای این مدل در تخمین دبی کل جریان به ترتیب ۴/۲ و ۱/۴ درصد بدست آمد.نتیجه گیرینتایج هر دو مدل یک و دوبعدی پیشنهادی این تحقیق نشان داد که این مدل ها قابلیت مناسبی برای تخمین دبی کل و نیز دبی های جزئی در مقاطع مرکب چندسیلابدشتی دارند. بررسی ها نشان داد که مرز تماس مقطع اصلی با دشت سیلابی اول از نظر شدت تلاطم و نیز قدرت جریان های ثانویه قویتر از مرز تماس دشت سیلابی اول و دوم می باشد.

Keywords:

سیلاب , انتقال مومنتوم , اثر متقابل , مقاطع مرکب چندپله ای , منحنی دبی-اشل