شبیه سازی فرسایش و انتقال رسوب در محل تلاقی آبراهه ها با استفاده از روش حجم های محدود

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 1، دوره 4، شماره 10، مهر و آبان 1390، صفحه 1-12   

نویسنده

عبدالحسین بغلانی^*

استادیار گروه مهندسی عمران دانشگاه آزاد اسلامی واحد یاسوج

تاریخ دریافت: 18 دی 1394،  تاریخ پذیرش: 18 دی 1394 

چکیده

در این مقاله با استفاده از یک روش عددی، الگوهای فرسایش و انتقال رسوب در محل تلاقی دو نهر مورد بررسی قرار گرفته-اند. برای این منظور از روش حجم‌های محدود که یک روش تفکیک‌سازی پذیرفته شده و کارا در حل معادلات حاکم بر جریان می‌باشد، استفاده شده است. اثر تلاطم جریان با در نظر گرفتن یک شبیه گردابه-گرانروی در معادلات اندازه‌ی حرکت دیده شده است. جفت کردن معادلات حرکت جریان یعنی معادلات پیوستگی و اندازه حرکت در دو جهت و معادله‌ی پیوستگی رسوب به‌صورت کامل و همزمان انجام گرفته است. فرض شده که جریان دو بعدی بوده و انتقال رسوب فقط به-وسیله‌ی بار کف صورت می‌گیرد. برای این منظور از رابطه‌ی انتقال رسوب گراس برای برآورد بار کف در معادله‌ی پیوستگی رسوب استفاده شده است. در این مقاله برای به‌دست آوردن شار عددی در فصل مشترک بین سلول‌ها از روش تفکیک تفاضل شار همراه با حل مساله‌ی ریمان باکاربرد روش اصلاح شده‌ی هارتن- لکس- ون لیر(HLLC) بهره‌گیری شده است. تقاطع مورد نظر دارای زاویه‌ی 90 درجه بوده که نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی آن به‌منظور صحت‌سنجی شبیه با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه شده‌اند که دقت قابل قبولی را نشان می‌دهند. الگوی فرسایش در نهر فرعی و ایجاد یک پشته‌ی رسوبی در نهر اصلی پایین دست به‌وسیله‌ی شبیه به درستی تشخیص داده می‌شود. همچنین به منظور انجام یک مقایسه‌ی کمی، نتایج حاصل از حداکثر عمق فرسایش، حداکثر ارتفاع پشته‌ی رسوبی و حداکثر نفوذ چاله‌ی فرسایشی در نهر فرعی با نتایج مربوط به داده‌های آزمایشگاهی مقایسه گردیده‌اند.
 

کلیدواژه‌ها

تقاطع نهرها؛ انتقال بار کف؛ روش حجم‌های محدود؛ معادلات آب‌های کم عمق

مراجع

1. Best, J.L. 1987. Flow dynamics at riverchannel confluences:Implications forsediment transport and bed morphology.

Recent Devel. In Fluvial Sedimentology,SEPM Spec. Publ. 39: 27-35.

2. Best, J.L., and I. Reid. 1984. Separationzone at open-channel junctions. J. Hydraul.Eng., ASCE. 110(11): 1588-1594.

3. Borghei, S.M., A. Nazari, and A.R. Daemi.2004. Scouring profile at channel junction.Proc. Hydraulics of Dams and RiverStructures, Tehran, Iran.

4. Cao, Z., R. Day, and S. Egashira. 2002.Coupled and decoupled numericalmodeling of flow and morphological

evolution in alluvial rivers. J. Hydraul.Eng., ASCE. 128(3): 306-321.

5. Ghobadian, R. 2007. The investigation offlow, erosion and deposition patterns atriver junctions using physical model. Ph.D.thesis, Chamran University, Ahwaz, Iran(in Persian).

6. Ghostine, R., G. Kesserwani, R. Mose1, J.Vazquez, A. Ghenaim, and C. Gregoire.2009. A confrontation of 1D and 2DRKDG numerical simulation of transitionalflow at open-channel junction. Int. J.Numer. Fluids. 61: 752-767.

7. Grass, A.J. 1981. Sediment transport bywaves and currents. Tech. Rep. FL29,SERC London Center for MarineTechnology.

8. Hong, S.W., and C. Kim. 2011. A newfinite volume method on junction couplingand boundary treatment for flow networksystem analyses. Int. J. Numer. Fluids. 65:707-742.

9. Li, C.W., and C. Zeng. 2010. Flow divisionat a channel crossing with subcritical orsupercritical flow. Int. J. Numer. Fluids.62: 56-73.

10. Liu, X., B.J. Landry, and M.H. Garcia.2008. Two-dimensional scour simulationsbased on coupled model of shallow waterequations and sediment transport onunstructured meshes. Coastal Eng. 55:800-810.

11. Mosley, M.P. 1976. An experimentalstudy of channel confluences. J. Geol., 84:535 – 562.

12. Rhoads, B.L and S.T. Kenworty. 1995.Flow structure at an asymmetrical streamconfluence. Geomorphology. 11: 273-293.

13. Shabayek, S., P. Steffler, and F. Hicks.2002. Dynamic model for subcriticalcombining flows in channel junctions. J.Hydraul. Eng., ASCE. 128(9): 821-828.

14. Shumate, E.D. 1998. Experimentaldescription of flow at an open channeljunction. Master thesis, University ofIowa, Iowa.

15. Smagorinsky, J. 1963. General circulationexperiments with the primitive equations,I. The basic experiment. Monthly WeatherReview. 91(2): 99-164.

16. Taylor, E.H. 1944. Flow characteristics atrectangular open-channel junctions. Trans.ASCE. 109: 893-902.

17. Toro, E.F. 1997. Riemann Solvers andUpwind Methods for Fluid Dynamics.Berlin: Springer.

18. Toro, E.F. 2001. Shock-capturing methodsfor free surface shallow flows. John Wileyand Sons Pub.

19. Weber, L.J., E.D. Schumate, and N.Mawer. 2001. Experiments on flow at a90oopen-channel junction. J. Hydraul.Eng., ASCE. 127(5): 340-350.

20. Weerakoon, S.B., Y. Kawahara, and N.Tamai. 1991. Three-dimensional flowstructure in channel confluences ofrectangular section. Proc., 24th IAHRCongr. 373-380.