بررسی عددی سه بعدی تغییرات الگوی جریان در دو قوس متوالی همگرا و واگرا از یک رودخانه طبیعی با استفاده از مدل SSIIM.2

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 علوم و مهندسی آبخیزداری دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد

2 مهندسی و مدیریت آبخیز

3 گروه مهندسی عمران دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهرکرد،

4 دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد، ایران

5 گروه مرتع و آبخیزداری، دانشگاه شهرکرد

چکیده

بررسی الگوی جریان در رودخانه‌های پیچانرودی بسیار پیچیده تر از رودخانه های مستقیم است. همچنین اکثر رودخانه‌ها در مسیر قوس‌ها به لحاظ تغییرات عرض کانال یکنواخت نیستند. لذا، استفاده از یک مدل عددی قوی ‌برای شبیه سازی الگوی جریان در رودخانه ها ضروری است. در این تحقیق از مدل عددی سه بعدی SSIIM جهت شبیه‌  الگوی  جریان در بازه پیچانرودی از رودخانه دوآب  واقع در استان چهارمحال و بختیاری استفاده شد. برای این منظور پس انجام اندازه گیری های میدانی و واسنجی مدل، ‌مقادیر سرعت محاسبه شده توسط مدل با مقادیر اندازه گیری شده سرعت در مقطعی از یک قوس نسبتاً یکنواخت از رودخانه با استفاده از معیارهای خطای  RMSE  و MAPE مقایسه شد. نتایج بدست آمده نشان داد که مقادیر این دو معیار به ترتیب  برابر 081/0 و 075/0 می باشند. این موضوع نشان می دهد که کارایی مدل خوب می باشد. علاوه بر این خصوصیات مختلف جریان شامل پروفیل‌های سرعت عمودی و طولی، خطوط سرعت در جهات طولی و عرضی و همچنین توزیع تنش برشی بستر در محل دو قوس همگرا و واگرا مقایسه گردید. نتایج این تحقیق نشان می دهد که مقادیر سرعت در جهت طولی در مقاطع انتخابی، در قوس همگرا بیشتر از قوس واگرا ‌می‌باشد. همچنین تراکم خطوط جریان و مقادیر تنش برشی بستر در بازه حدفاصل دو قوس حداکثر می باشند. بنا بر این میتوان کفت که الگوی جریان بخوبی توسط مدل شبیه سازی گردیده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Three-dimensional numerical investigation of flow pattern changes in two successive diverged and converged bends in a meandering reach of a natural river by SSIIM.2 model

نویسندگان [English]

  • Rohoallah. Karimian Kakolaki 1
  • afshin honarbakhsh 2
  • Reza. Shams Ghahfarokhi 3
  • Alireza davoudian 4
  • Mehdi Pajoohesh 5
1 Watershed Science and Engineering Faculty of Natural Resources and Earth Sciences, Shahrekord University
2 watershed engineering department ,earth sciences and natural resources faculty,shahrekord university
3 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Shahrekord University
چکیده [English]

Investigation of the flow pattern in meandering rivers is much more complicated than straight ones. Also, most rivers in the path of bends are not uniform due to channel width variations. Therefore, the use of a robust numerical model for simulating flow pattern in rivers is necessary. In this research, SSIIM three-dimensional numerical model was used to simulate the flow pattern in a meandering reach of ​​the Doab river in Chaharmahal and Bakhtiari province. For this purpose, after doing field measurements and model calibration the velocity values ​​calculated by the model were compared with the measured values in a relatively uniform section of bend by using RMSE and MAPE error criteria. Results obtained showed that the values of these two criteria are 0.081 and 0.075, respectively. This indicates that the model performance is good. Moreover, various flow characteristics including vertical and horizontal velocity profiles, the velocity lines in longitudinal and transverse directions and also the distribution of bed shear stress in location of two converged and diverged the bends are compared. The results of this study indicate that velocity values in longitudinal direction in converged bend is higher than diverged one. the high accuracy of the model in the study of flow pattern in the river bend. Furthermore, the density of the stream lines and the values of bed shear stress at the interval reach of two bends are maximum. As result, it can be said that flow pattern simulated well with the model

کلیدواژه‌ها [English]

  • Key words: bed shear stress
  • Doab river
  • stream lines
  • meandering rivers

 

منتصری، ح و ح. آسیایی. 1393. ارزیابی دقت مدل سه‌بعدی SSIIM2 در شبیه‌سازی میدان جریان در کانال قوسی U شکل با آبگیر جانبی. نشریه پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، جلد بیست و یکم، شماره چهارم، ص 29-53.

Abed, K. R., H. Hobi and A. J. Jihad. 2014. Numerical Modeling of Sediment Transport Upstream of AlGhammas Barrage. International Journal of Scientific & Engineering Research, 5(11): 469-477.

Arvandi, S., A. Khosrojerdi, M. Rostami and H. Baser. 2013. Simulation of interaction of side weir overflows with bed-load transport and bed morphology in a channel (SSIIM2.0). International Journal of Water Resources and Environmental Engineering, 5(5): 255-261.

Bradbrook, K.F., S.N. Lane, K.S. Richards, P. M. Biron and A. G. Roy. 2001. Role of bed discordance at asymmetrical river confluences, J. Hydraulic Engineering, ASCE, 127(5): 351-368.

Chow, V. T. 1959. Open Channel Hydraulics New York: McGraw-Hill.

Elsaeed, G. H. 2011. Validating SSIIM 3-D Numerical Model to Calculate Local Scour around Bridge Piers. International Journal of Academic Research, 3(3): 501-505.

EsMAPEili, T., S. A. Kantoush, A. J. Schleiss, and S. Haun. 2014. Three-dimensional numerical modeling of flow field in rectangular shallow reservoirs. Reservoir Sedimentation – Schleiss et al. (Eds). Pp. 11-19

Ghobadian, R., and K. Mohammadi. 2011. Simulation of subcritical flow pattern in 180° uniform and convergent open-channel bends using SSIIM 3-D model. International Journal of Water Science and Engineering, 4(3): 270-283.

Huang, S. L., Y. F. Jia, and S. Y. Wang. 2006. Numerical Modeling of Suspended Sediment Transport in Channel Bends. Journal of Hydrodynamics, 18(4): 411-417.

Launder, B. E., and D. B. Spalding. 1974. The numerical computation of turbulent flows. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 3(2): 269-289

Leschziner, M. An and W. Rodi. 1979. Calculation of strongly curved open channel flow. Journal of the Hydraulic Division, 105(10): 1297-1314.

Lien, H. C., J. C. Yang, K. C. Yeh and T. Y. Hsieh. 1999. Bend-flow simulation using 2D depth-averaged model. Journal of Hydraulic Engineering (ASCE), 125(10): 1097-1108.

Mockmore, C. E. 1994. Flow around bends in stable channels. Transactions of the American Society of Civil Engineers, 1(109): 593-618.

NajiAbhari, M., M. Ghodsian, M. Vaghefi and N. Panahpur. 2010. Experimental and numerical simulation of flow in a 90° bend. Journal of Flow Measurement and Instrumentation, 21(3):292-298.

 Raeiszadeh, H., S. Boroomand-Nasab and H. Moazed. 2014. Numerical and Three-dimensional Modeling of Flow on Floodplains Covered with Vegetation by Sediment Simulation in Intakes with Multiblock Options (SSIIM) Software, 6(9): 24-30

Rozovskii, I. L. 1957. Flow of Water in Bend of Open Channel. Kiev: Institute of Hydrology and Hydraulic Engineering, Academy of Sciences of the Ukrainian SSR.

Ruther, N. 2006. Computational Fluid Dynamics in Fluvial Sedimentation Engineering, Year, Ph. D. Dissertation.Norwegian University of Science and Technology.

Schlichting, H. 1979. Boundary Layer Theory. 7th ed. New York: McGraw-Hill.

Zhang, J., E. T. M. Andrés and Q. Zhang. 2014. Developments in computational fluid dynamics based modeling for disinfection technologies over the last two decades: A review. Journal of Environmental Modelling & Software 58: 71-85