بررسی میزان تعمیم پذیری نتایج حاصل از مدل های آزمایشگاهی به رودخانه های طبیعی برای تخمین منحنی دبی – اشل

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 3، دوره 16، شماره 57، مرداد 1402، صفحه 31-46   

نوع مقاله: برگرفته از پایان نامه

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/wej.2023.5830

نویسندگان

پریسا علی نوری¹؛ محمد بی جن خان^{* 2}

¹دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

²دانشیار دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، گروه مهندسی آب، قزوین، ایران

تاریخ دریافت: 15 فروردین 1401،  تاریخ بازنگری: 18 اردیبهشت 1401،  تاریخ پذیرش: 04 تیر 1401 

چکیده

چکیده
مقدمه: مطالعات آزمایشگاهی و نظری بسیاری با در نظر گرفتن ضریب زبری مانینگ در رودخانه‌ها توسط محققان برای برآورد منحنی دبی- اشل صورت گرفته است. در رودخانه‌های طبیعی در شرایط سیلابی با افزایش دبی جریان آب از کانال اصلی خارج شده و وارد سیلاب دشت­ ها می ­گردد در نتیجه شکل مقطع کانال تغییر پیدا می‌کند و موجب تغییر ضریب مانینگ می شود. ولی همچنان تعمیم پذیری این منحنی ها به رودخانه های طبیعی به عنوان یکی از مسائل اصلی هیدرولیک رودخانه می باشد.
 روش: در این تحقیق، با استفاده از مطالعات 9 مدل آزمایشگاهی و 6 رودخانه طبیعی و همچنین با استفاده از 6 روش روش مختلف محاسبه منحنی دبی=اشل رودخانه به محاسبه ضریب زبری برای کانال­ های آزمایشگاهی و آبراهه ­های طبیعی پرداخته شد. در روند این تحقیق، ابتدا به محاسبه ضریب مانینگ با استفاده از روش­های مختلف و داده­ های آزمایشگاهی گوناگون پرداخته شده است.  همچنین جهت بررسی تغییر ضریب زبری نسبت به تغییرات سطح مقطع از 6 روش فوق استفاده شده است.
یافته ­ها: با توجه به اینکه سطح مقطع رودخانه‌ها در طول مسیر در شرایط سیلابی می­تواند به شکل قابل توجهی تغییر کند، بر این اساس روشی که کمترین حساسیت را نسبت به تغییرات شکل مقطع داشته باشد از قابلیت تعمیم پذیری بیشتری برخودار است. پس از بررسی نتایج روش‌های فوق، روش‌های  SC-SEV,SC-SIV,SC-SIH دارای حساسیت کمتری نسبت به تغییرات سطح مقطع برای تعیین ضریب زبری می‌باشد.
نتیجه گیری: ضریب تغییرات در کانال های مستقیم و بدون زبری در روش‌SC-SIV از تمام روش‌های دیگر کمتر است. در نتیجه، این روش به تغییرات شکل مقطع حساسیت کمتری دارد و گزینه مناسبی برای یافتن منحنی­ های دبی-اشل با قابلیت تعمیم­ پذیری بیشتر می ­باشد. روش‌های SEV,SED,SIV دارای نتایج بهتری در تخمین ضریب مانینگ دارند و روش SC-SID نتایج غیر قابل قبولی را ارئه می‌دهد و حساسیت زیادی نسبت به تغییرات سطح مقطع دارد.

کلیدواژه‌ها

ضریب زبری مانینگ؛ شکل مقطع؛ سیلابدشت؛ روش DCM

عنوان مقاله [English]

Investigating the generalizability of the results obtained from laboratory models to natural rivers for estimating the head-discharge curve

نویسندگان [English]

Parisa Alinouri¹؛ Mohamad Bijankhan²

¹Master's degree student, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Imam Khomeini International University

²Associate Professor of Imam Khomeini International University, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Department of Water Engineering, Qazvin, Iran

چکیده [English]

Abstract
Introduction:
Researchers have performed many Experimental and theoretical studies to estimate river-stage-discharge curves using the manning roughness coefficient. In natural rivers, in flood conditions, with increasing flow rate, water flows out of the central canal through the floodplains, thus the shape of the river and roughness coefficient change.
Methods:
In this research, nine laboratory models and six natural rivers data were used to examine the accuracy of different Divided Channel Methods, DCMs, of rivers’ stage-discharge formulas to calculate the roughness. The cross section of rivers along the route would change significantly, therefore, the method with the least sensitivity to cross-sectional shape changes has the more generalizability. In the process of this research, the Manning coefficient was calculated using different methods and various laboratory data.
Findings:
After reviewing the results of the different DCM methods, SC-SEV, SC-SIV, SC-SIH techniques were found as the less sensitive methods to cross-sectional changes to determine the roughness coefficient.
 

کلیدواژه‌ها [English]

Manning roughness coefficient, cross sectional shape, floodplain, DCM method

مراجع

1.               Kouchakzadeh. S MN. Free Surface Flow Hydraulics. Tehran, Iran: University of Tehran press; 1992.

2.       Shiono K, Al-Romaih JS, Knight DW. Stage-Discharge assessment in compound meandering channels. J Hydraul Eng. 1999;125(1):66–77.

3.       FaghfourMaghrebi M, Heidarbeigi AA. Analytical Investigation of Stage-Discharge Relationships of Compound-Composite Channels. J Civ Eng. 2010;21(1):125–41.

4.               Singh P, Tang X. Zonal and Overall Discharge Prediction Using Momentum Exchange in Smooth and Rough Asymmetric Compound Channel Flows. Vol. 146, Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 2020.

5.               Khatua KK. Interaction of Flow and Estimation of Discharge in two Stage Meandering Compound Channels. Department of Civil Engineering National Institute of Technology Rourkela, India.; 2007.

6.       Macintosh JC. Hydraulic characteristics in channels of complex cross-section. Department of Civil Engineering University of Queensland AUSTRAL.; 1990.

7.       Spooner J. Flow structures in a compound meandering channel with at and natural bedforms. Loughborough University, England.; 2001.

8.       Al-Khatib IA, Dweik AA, Gogus M. Evaluation of separate channel methods for discharge computation in asymmetric compound channels. Vol. 24, Flow Measurement and Instrumentation. 2012. p. 19–25.

9.               A. Maghrebi, M. F. Heidarbeigi A. Analytical Investigation of Stage-Discharge Relationships of Compound-Composite Channels. Journal of Civil Engineering Ferdowsi. 2010; 21(1): 125.

10.   Nourozi, Gh. Ahmadi, M. M. Ghaderi, K. Hashemi MS. Prediction of discharge-Ashle relationship using data group control (GMDH) method (Case study: Mand River in Bushehr province). In: International conference on sustainable development, strategies and challenges with a focus on Agriculture, Natural Resources, Environment and Tourism. 7-9 March 2017, Tabriz , Iran.; 2017.

11.   Mohaghegh A, Kouchakzadeh S. Evaluation of Stage-Discharge Relationship in Compound Channels. J Hydrodyn. 2008 Feb 1;20(1):81–7.

12.   Hin LS, Bessaih N, Ling LP, Ghani AA, Zakaria NA, Seng MY. A study of hydraulic characteristics for flow in equatorial rivers. Int J River Basin Manag. 2008 Sep;6(3):213–23.

13.   Abdelhaleem FS, Amin AM, Helal EY. Mean flow velocity in the Nile River, Egypt: an overview of empirical equations and modification for low-flow regimes. Hydrol Sci J. 2021 Jan 25;66(2):239–51.

14.   Ogbiye AS, Onakunle OO, Omole DO. Hydro-geometrical data analyses of River Atuwara at Ado-Odo/Otta, Ogun State. Data Br. 2018 Jun;18:1795–801.

15.   James Maurice BBJ. Geometric parameters that influence floodplain flow. 1977.

16.   Bousmar D. Flow modelling in compound channels: momentum transfer between main hannel and prismatic or non-prismatic floodplains. UCL; 2002.

17.   Atabay S. Stage-discharge, resistance and sediment transport relationships for flow in straight compound channels. University of Birmingham, U.K.; 2001.

18.   Joo. CBH SD. Study of Flow in a Non-symmetrical Compound Channel with Rough Flood Plain. J Inst Eng. 2008;69(2):18–26.

19.   University of Birmingham. Flow database [online]. http://www.flowdata.bham.ac.uk. 2001.