مدلسازی دو بعدی جریان اطراف سرریز های اضطراری دایک های کنترل سیلاب و روندیابی سیلاب خروجی از آن ها

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

چکیده

از آنجاکه انتشار سیلاب ناشی از شکست سرریز های اضطراری دایک ها عموما به صورت دو بعدی صورت می پذیرد، استفاده از روش های عددی دو بعدی در اینگونه مطالعات اکیدا توصیه می گردد.با توجه به استقبال گسترده از مدل MIKE21 در ایران، این تحقیق، پژوهشی در مورد کاربرد MIKE21 در این زمینه است. در این پژوهش ابتدا مدل MIKE21 در شبیه سازی شکستسرریز های اضطراریبا استفاده ازداده های آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفته و پس از تایید صحت نتایج مدل، اقدام به مطالعه موردی شده است.تطابق نسبی خوبی بین نتایج شبیه سازی در پیش بینی میدان سرعت در مقابل محل شکست و اطلاعات اندازه گیری شده مشاهده گردیده است. به عنوان مطالعه موردی، رودخانه حله در استان بوشهر در نظر گرفته شده است.برای بدست آورن شرایط مرزی و اولیه، منطقه مورد مطالعه ابتدا بوسیله مدل یک بعدی HEC-RAS شبیه سازی گردید. پس از مقایسه نتایج مدل یک بعدی و دوبعدی، در پیش بینی تراز سطح آب، بدون در نظر گرفتن شکست سرریز های اضطراری، در سناریو های مختلف، شکست سرریز ها بررسی شده است. در اجرای مدل، مشکلات مربوط به انتشار جریان بر روی سطح خشک و تر و خشک شدن وجود دارد. هزینه محاسباتی مدل نیز در مقایسه با مدل یک بعدی بسیار بیشتر می باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Two-Dimensional Simulation of Flow around Dike System Fuse Plugs and Routing of the Outflow

نویسندگان [English]

  • Masih Zolghadr
  • Mohammad Reza Hashemi
  • mohammadali Zomorrodian
چکیده [English]

Application of 2-D hydrodynamic models for simulation of flow around dike fuse plug spillways is inevitable due to complexity of flow in the vicinity and beyond the breach. Because of popularity of MIKE21 in Iranian institutions, this research tries to assess the performance of MIKE21for this application. First, the performance of MIKE21 in dike breach simulation was assessed using experimental data.After verification of the model results in an experimental case, a case study which was Helleh River near Borazjan, was considered to show the performance of method in a real situations. To specify the initial and boundary conditions, the river reach was initially modeled by 1-D model, HEC-RAS. After comparison of 1-D and 2-D results in prediction of maximum water surface elevation, assuming no dike breach, flow due to fuse plug breaches in several places werestudied in different scenarios. Finally, some issues related to propagation of flow on initially dry bed and wetting and drying were discussed. The computational cost of the 2-D model was also much more than 1-D model.

1. اردانی، س. و م. سلطانپور. 1387."مدلسازی شکل خط ساحلی بندر صیادی بریس در حالت تعادل دینامیکی "،  مجموعه مقالات هفتمین کنفرانس هیدرولیک ایران، تهران: دانشگاه صنعت آب و برق (شهید عباسپور).
2. رزمخواه، ه. و م. ر. هاشمی. 1386."مشکلات تعیین حریم رودخانه در نواحی پست مطالعه موردی: رودخانه حله"، مجموعه مقالات ششمین کنفرانس هیدرولیک ایران، شهرکرد: دانشگاه شهرکرد
3. شفیعی فر، م. و ش. ا. حسینی. 1379."بررسی هیدرولیک جریان و موج در تنگه خوران "، مجموعه مقالات چهارمین کنفرانس بین المللی سواحل، بنادر و سازه های دریایی، ایران، بندرعباس: مجتمع بندری شهید رجایی.
4. کرمی خانیکی، ع.؛ م. دهقانی و م. ر. غریب رضا. 1384."بررسی کارایی نرم افزار MIKE21 در مدلسازی جریان های جزر و مدی مصب رودخانه ها (مطالعه موردی دهانه رودخانه زهره) "،  مجموعه مقالات پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران، کرمان: دانشگاه شهید باهنر.
5. Aureli, F.  and P. Mignosa. 2001. “Comparison between experimental and numerical results of 2D flows due to levee-breaking.” Proceedings of XXIX IAHR Congress. No.252, Beijing: China.
6. Aureli, F. and P. Mignosa. 2004. “Flooding scenarios due to levee breaking in the Po River.”Proceedings of the Institution of Civil Engineers. No.13274, pp. 3-12.
7. Baghlani, A.؛ N. Talebbeydokhti  and M. J. Abedini. 2008. “A shock-capturing model based on flux-vector splitting method in boundary-fitted curvilinear coordinates”, Journal of Applied Mathematical Modeling. Vol. 32, pp. 249-266.
8. Caselles, V.؛ R. Donat  and G. Haro. 2009. “Flux-gradient and source-term balancing for certain high resolution shock-capturing schemes”, Journal of Computers and Fluids. Vol. 38, pp. 16-36.
9. Chaudhry, M. H. 1993. “Open Channel Flow.” Prentice-Hall Inc., New Jercy, pp.483
10. Danish Hydraulic Institute .(2000). “MIKE 21 flow model, Hydrodynamic module, scientific documentation.” Denmark.
11. Harms, M.؛ S. Briechle ؛ J. Kongeter  and D. Schwanenberg. 2004. “Dike-break induced flow: validation of numerical simulations and case study.” Proceedings of the 2th International Conference on Fluvial Hydraulics. Napoli:Italy.
12. Hosseinipour, Z. 1983. “A comparative Two-Dimensional Mathematical Modeling of Free Surface Flows with special Application to Wide Rivers.” Thesis in Partial Fulfillment of the Requirements for Ph.D., Dept. of Civil Engineering, North Carolina State University, Raleigh, North Carolina, USA.
13. Hosseinipour, E. Z. and M. Amein. 1984. “Finite Element Computation of Two-Dimensional Unsteady Flow for River Problems.” Fifth International Conference in Finite Elements in Water Resources, University of Vermont, Burlington, Vermont, June 1984, pp. 457-466.
14. Jansen, R. B. 1998. “Advanced Dam Engineering for Design, Construction and Rehabilitation”. New York: Van Nostrand Reinhold Inc.
15. Kamrath, P.؛ M. Disse ؛ M. Hammer  and  J. Kongeter. 2006. “Assessment of discharge through a levee breach and simulation of flood wave propagation.” Journal of  Natural Hazards, 38: 63–78.
16. Liang, D.؛ R. A. Falconer  and L. Binliang. 2006. “Comparison between TVD-MacCormack and ADI-type solvers of the shallow water equations.” Journal of Advances in Water Resources, 29: 1833-1845
17. Liang, Q.؛ A. G. L. Borthwick   and G. Stelling. 2004. “Simulation of dam- and dyke-breakhydrodynamics on dynamically adaptive quadtree grids.” International Journal for Nmerical Methods in Fluids, 46: 127-162.
18. McCown, A. D.؛ E. Rasmussen  and P. Berg. 2001. “Improving the Performance of a Two-dimensional Hydraulic Model for Floodplain Applications.” Conference on Hydraulics in Civil Engineering, The Institution of Engineers, Australia.
19. Toro, E. F. 2001. “Shock-Capturing Methods for Free-Surface Shallow Flows.” New York: John Wiley and Sons, Inc.
20. Vorogushyn, S.؛ H. Apel ؛ K. E. Lindenschmidt   and B. Merz. 2006. “Coupling 1D hydrodynamic, dike breach and inundation models for large-scalr flood risk assessment along the Elbe river.” Proceedings of the 7th International Conference on Hydroanformatics, France.
21. Wardak, S. G. 1976. “Implicit Numerical solution of Unsteady Flows in Open Channels and Shallow Water Basins.” Ph.D., dissertation, Dept. of Civil Engineering, North Carolina State University, Raleigh, North Carolina, USA.
22. Xin, M.؛ P. Yang ؛ Q. Yang ؛ K. Xiangw  and X. Fuqiang. 2007. “The characteristics of levee-break flood in different scenarios of the lower Yellow river based on numerical simulations.” Journal of Geographical Sciences, 17(1): 85–100.
23. Ying, X.؛ S. S. Y. Wang  and A. A. Khan. 2003. “Numerical simulation of flood inundation due to dam and levee breach.”Proceeding of ASCE World Water & Environmental Resources Congress. Philadelphia: USA.