مدلسازی عددی جریان به کمک ضریب زبری دینامیک(مطالعه موردی:رودخانه کارون)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 ، گروه سازه‌های آبی، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران

2 استاد دانشکده مهندسی علوم آب، گروه سازه‌های آبی، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران

چکیده

مقاومت دربرابرحرکت جریان آب درمجاریب ازتح تاثیرعوامل مختلفی ازجمله جنس مصالح بسترو بدنه،شکل مقطع ومیزان نامنظمی آن،پوشش گیاهی،خم­های رودخانه،شکل پلان مسیرمجرا و ... قراردارد. این امردرهیدرولیک رودخانه اثرگذاشته وکلیه این عوامل درضریب زبری خودش رانمایان می­سازد. یکی از پرکاربردترین معادلات تحلیل مقاومت جریان رابطه مانینگ می­باشد، به طوریکه زبری سطح به وسیله ضریب مانینگ تعیین می­شود. تجربه نشان می­دهد که حساسیت مدل­های پیش بینی کننده مشخصات جریان درمجاری بازنسبت به ضریب مانینگ زیاد بوده و لذاانتخاب صحیح آن درپروژه­های مهندسی رودخانه ازاهمیت بسزایی برخورداراست. این مطالعه تحقیقاتی به بررسی تعیین ضریب زبری متغیری که بتواند با شرایط مختلف هیدرولیکی و رودخانه تغییر کند، پرداخته است. برای تعیین ضریب زبری مجموعه داده­های دو بازه زمانی برای رودخانه کارون استفاده شد. نتایج تحقیق نشان داد که با استفاده از ضریب زبری متغیر، میزان خطای مدل برای پیش­بینی ارتفاع سطح آب به میزان بیشتر از 20% بهبود پیدا می­کند. همچنین ضریب زبری برای رودخانه کارون به کمک روش پیشنهاد شده کاون، برای دوره­ی زمانی کم­آبی و پرآبی تخمین زده شد. سپس این مقادیر با ضرائب زبری محاسبه شده توسط  مدل ریاضی برای همان دوره­ها، با موفقیت مقایسه شدند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical modeling of flow using an improved dynamic roughness coefficient (Case study: Karun River)

نویسندگان [English]

  • siyavash Mohammadi 1
  • Mahmood Kashefipour 2
1 1M.Sc Student of Civil Engineering, ShahidChamran University
2 2Professor, Faculty of Water Science Engineering ,ShahidChamran University
چکیده [English]

Various parameters such as bed and bank materials, shape and irregularity of the section, vegetation, river meanders, plan of the river path and etc. affect the flow hydraulic resistance. In open channel hydraulics the effects of all these parameters are generally considered as the roughness coefficient. The Manning’s equation is one of the most practical equations to flow resistance analysis, in which the surface roughness is defined by Manning coefficient. It is obvious a relatively good estimation of this coefficient can highly affect the accuracy of water surface elevation predictions in numerical models. Since many parameters are effective on the value of this coefficient, in this research study it was tried to define the roughness coefficient somehow that it be able to dynamically change with different river and hydraulic conditions. The collected data in Karun River for two periods were used as the case study. It is shown that the accuracy of model predictions for water surface elevations were improved more than 20% in error estimation in comparison with the corresponding results obtained for a constant roughness coefficient. The roughness coefficient (n) for Karun River was also estimated using the empirical method proposed by Cowan for two different dry and wet periods. These values were then successfully compared with the average corresponding roughness coefficients calculated by the numerical model for those periods

کلیدواژه‌ها [English]

  • a Karun River
  • Manning’s roughness coefficient
  • numerical FASTER model
  • flow resistance

ابراهیمی، ن.ق. 1387. تخمین ضریب زبری پوشش گیاهی مستغرق در بستر رودخانه جهت کالیبراسیون مدل­های ریاضی. رساله دکترای سازه آبی، دانشگاه شهید چمران اهواز.

2. Aldridge, B.N., and Garrett, J.M. 1973. Roughness coefficients for stream channels in Arizona.U.S. Geological Survey Open-File Report, 87 p.

3. Anderson, B.G. 2005. On the impact of riparian vegetation on catchment scale flooding characteristics.PhD Thesis, University of Melbourne.

4.Arcement, G.J., and Schneider, V.R. 1986. Guide for selecting manning’s roughness coefficients for natural channels and flood plain. U.S. Geological Survey Water-Supply Paper 2339.

5. Barnes, H.H.,and Jr. 1967. Roughness characteristics of natural channels.U.S. Geological Survey Water-Supply Paper 1849, 213 p.

6.  Benson, M.A., and Dalrymple, Tate. 1967. General field and office procedures for indirect discharge measurements. U.S. Geological Survey Techniques of Water-Resources Investigations book 3, chap. Al, 30 p.

7. Chen, C.I. 1976. Flow resistance in broad shallow grassed Channels. Journal of the Hydraulics Division, ASCE, 102 (3): 307–322.

8. Chow, V.T. 1959. Open-channel hydraulics. McGraw- Hill Book Co., pp. 98-114.

9. Cowan, W.L. 1956. Estimating hydraulic roughness coefficients.Agricultural Engineering, v. 37(7): 473-475.

10. Cunge, J.A.; Holly, F.M., and Verwey, A. 1980.Practical aspects of computational river hydraulics.Pitman Publishing Limited, London, 420 pp.

11.Fathi-Moghadam, M.;Kashefipour, M.;Ebrahimi, N., and Emamgholizadeh, N. 2011. Physical and numerical modeling of submerged vegetation roughness in rivers and flood plains. J. Hydraul. Eng. 16(11): 858-864.

12.Fathi-Moghadam, M., and Kouwen, N. 1997.Nonrigid, nonsubmerged, vegetativeroughness on floodplains. J. Hydraul. Eng. 123(1): 51-57.

13. Fisher, K.R. 1996. Handbook for assessment of hydraulic performance of environmental channels.ReportSR 490, draft.HR Wallingford, Wallingford, Great Britain, 346 p.

14.Joranova,  A.A.;Birkhead, A.L.; James, C.S., and Kleynhans, C.J. 2004. Hydraulics for Determination of the Ecological Reserve for Rivers.WRC Report No. 1174, Pretoria,South Africa.

15.Kashefipour, S.M. 2001.Modelling flow, water quality and sediment transport processes in riverine basins. PHD Thesis, Cardiff University, Cardiff, UK, 306pp.

16.Khatua, K.K.;Patra, K.C., and Nayak, P. 2010. Meandering effect for evaluating of roughness coefficients in open channel flow.Dep.civil.Eng, conference on advanced in fluid mechanics, India.

17.Kouwen, N.,and Fathi-Moghadam, M. 2000. Friction factors for coniferous trees along rivers. J. Hydraul. Eng. 126(10): 732-740.

18. Yang Ding.;Yafei, M.ASCE., and Sam, S.Y.Wang. 2004. Identification of manning’s roughness  coefficient in shallow water flow.  J. Hydraul. Eng., 130(6): 501-510.