کاربرد مدل‌های عددی در شبیه‌سازی رفتار رودخانه‌های مشرف به مسیر راه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، پژوهشکده حمل و نقل، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد پردیس، دانشگاه آزاد اسلامی، پردیس، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

چکیده

احداث، تعمیر و نگهداری زیرساخت­های حمل و نقل جاده­ای و ریلی بسیار گرانقیمت هستند. شناخت دقیق پدیده­هایی که به این زیرساخت­ها آسیب می­رسانند، می­تواند کمک شایانی به مدیریت هزینه­ها کند. یکی از مهمترین این پدیده­ها سیلاب است. در دهه­های اخیر مطالعه عددی سیل­های رخ داده در مجاورت جاده­ها و خطوط ریلی مورد توجه محققین قرار گرفته است. در تحقیق حاضر معادلات حاکم یک­بعدی و دوبعدی جریان ارئه شده است و در این زمینه مدل­های تجاری موفق مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. از بین مدل­های ارائه شده، نحوه عملکرد دو مدل منتخب یک بعدی و دو بعدی در زمینه اثر سیلاب بر مسیر مورد بازبینی دقیق­تر قرار گرفته است. در نهایت موارد پیشنهادی استفاده از این مدل­ها ارائه گردیده است. از نتایج قابل ذکر اینست که استفاده از مدل­های یک­بعدی برای تحلیل کلی از یک منطقه بزرگ که بتوان غالب جریان را خطی در نظر گرفت، بسیار سودمند خواهد بود. علیرغم اینکه این مدل­ها قابلیت بررسی پدیده­های جزیی مانند اثرات پایه پل­ها و کالورت­ها را نیز دارا می­باشند، اما در صورتی که جزییات پدیده برای پروژه مورد مطالعه از اهمیت بالایی برخوردار باشد، پیشنهاد می­گردد که از نرم­افزارهای دوبعدی و سه­بعدی با توانایی بالاتر استفاده گردد. از اینرو استفاده مدل­های دوبعدی نظیر مدل CCHE2D با قابلیت بهره­گیری از انواع مدل­های آشفتگی و شبیه­سازی همزمان بار معلق و بار بستر در حالت غیر تعادلی، غیریکنواخت و رسوب چسبنده و غیرچسبنده، مناسب است. همچنین استفاده از مدل­های معرفی شده یک­بعدی و دوبعدی در پدیده­هایی که ماهیت کاملا سه­بعدی دارند، توصیه نمی­گردد.
 
 

کلیدواژه‌ها


1-     

-        اسمعیلی ورکی، م.، زمانی، ا. و کاظمی راد، م. (1393)، "تحلیل شرایط هیدرولیکی جریان در بازه ای از رودخانه ناورد با استفاده از مدل­های عددی   CCHE2D و HEC-RAS"، هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل.

-        جبلی فرد، س. و احمدی، ح. (1392)، "سیستم تحلیل رودخانه HEC-RAS"، جهاد دانشگاهی امیرکبیر.

-        جمشیدی اشکلک، ر.، اسمعیلی ورکی، م. و فضل اولی، ر.، (1393)، "شبیه­سازی عددی الگوی جریان حول سری آبشکن­ها با استفاده از نرم­افزار CCHE2D مطالعه موردی: رودخانه سفیدرود استان گیلان (محدوده شهرستان رودبار)"، سیزدهمین کنفرانس هیدرولیکی ایران، تبریز.

-        رستمی، م. و عزیزیان، ا.، (1392)، "آموزش کاربردی CCHE2D در مدلسازی هیدرودینامیک و انتقال رسوب مجاری باز"، انتشارات نوپردازان.

-        رکمان­زاده, م. و باقری، ع.، (1394)، "بررسی تاثیر پل بر سیل با استفاده از نرم افزار HEC-RAS و  ArcGISمطالعه موردی: رودخانه بابلرود مازندران"، سومین همایش سراسری کشاورزی و منابع طبیعی پایدار، تهران، موسسه آموزش عالی مهر اروند، گروه ترویجی دوستداران محیط زیست.

-        زمان پور، س.، شفاعی بجستان م. و خام چین مقدم، ف. (1394)،"مدلسازی تاثیر حذف مئاندر بر الگوی جریان رودخانه با استفاده از نرم افزار CCHE2D مطالعه موردی: رودخانه کارون و حذف مئاندرهای چنیبیه و کریشان 2 واقع در پایین دست شهر اهواز"، اولین کنفرانس ملی روش های عددی در مهندسی عمران، مشهد.

-        طباطبایی نائینی، ع. (1385)،"بررسی و کاربرد بسته نرم­افزاری RiverCAD در مهندسی رودخانه (مطالعه موردی: رودخانه پلاسجان در استان اصفهان)"، هشتمین سمینار بین المللی مهندسی رودخانه، بهمن، اهواز.

-        عزیزیان، ا. و صمدی، ا.، (1395)، "شبیه­سازی دوبعدی سیلاب در محیط مدل عددی HEC-RAS 5"، انتشارات دانشگاه بین المللی امام خمینی.

-        عزیزیان، ا.، صمدی، ا. و آغاز، م.، (1393)، "مدلسازی جریان و رسوب در HEC-RAS"، انتشارات نوآور.

-        کرمی خانیکی، ع.، گودرزی، م.، دهقانی، م. و موسوی، س.ف. (1385)،"کاربرد نرم افزار MIKE21 در روندیابی جریان رودخانه جزر و مدی زهره"، مجله آب و فاضلاب، شماره 60.

-        موسوی، س. ف. و دانشفراز، ر.، (1394)، "پیش بینی عمق ابشستگی موضعی پایه­های پل­های روخانه هراز با استفاده از مدل ریاضی HEC-RAS"، همایش ملی استفاده از فناوری­ها و تکنولوژی های نوین طراحی، محاسبه و اجرا در مهندسی عمران، معماری و شهرسازی.

-    همتی، م.، بیات، م. و سوری، ص.، (1394)،
"شبیه­سازی هیدرولیکی رودخانه چرداول با استفاده از مدل HEC-RAS"، سومین کنگره بین­المللی عمران، معماری و توسعه شهری، تهران، دانشگاه شهید بهشتی،.

-        Chanson, H. )2004(, Environmental Hydraulics of Open Channel Flows, Australia: Butter worth Heinemann.

-        Fischer, H.B., )1973(, “Longitudinal Dispersion and Turbulent Mixing in Open-Channel Flow”, Annual Review of Fluid Mechanics, Vol. 5, pp 59-78, Inc., Paolo Alto, Calif.

-        Froehlich, D.C., )1989(, “Local Scour at Bridge Abutments”, Proceedings of the 1989 National Conference on Hydraulic Engineering, ASCE, New Orland, LA.

-        Kamanbedast, A. A., Nasrollahpour, R., Mashal, M., )2013(, “Estimation of Sediment Transport in Rivers Using CCHE2D Model (Case Study: Karkheh River)”, Vol. 6, Issue. 2, pp. 4112-4115.

-        Kuipers, J. and Vreugdenhill, C.B., )1973(, "Calculations of two-dimensional horizontal flow", Rep. S163, Part I, Delft Hydraulics Lab., Delft, The Netherlands.

-        Laursen, E.M., )1960(, “Scour at Bridge Crossing”, ASCE Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 89, No. HY 3.

-        Laursen, E.M., )1963(, “An Analysis of Relief Bridges”, ASCE Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 92, No. HY 3.

-        Meyers, J., and Sagaut, P., )2007(, “Evaluation of Smagorinsky variants in large-eddy simulations of wall-resolved plane channel flows”, Physics of fluids, Vol. 19. pp. 95- 105.

-        Nishan Kumar Biswas, Muneer Ahammad, )2014(, “Application of CCHE2D Mathematical Model in the Gorai Offtake for Two-Dimensional Simulation”, International Journal of Surface and Groundwater Management, Vol. 01,
No. 01.

-        Richardson, E.V., Simons D.B. and Julian P., )1990(, “Highways in the River Environment”, FHWA-HY-90-016.                      

-        Smagorinsky, J., )1963(, “General circulation experiment with the primitive equation-I. The basic experiment”, Monthly weather review, 91, pp. 99-165.

-        Stoker, J.J., 1957, Water Waves, the Mathematical Theory with Applications, Interscience, New York.

-        Streeter, V.L., Wylie, B., )1998(, "Fluid Mechanics", Mc- Graw Hill Press.

-        Yousefi, S., Ghiassi, R., Yousefi, Sa., )2010(, “Modeling and analyzing flow diversion in branching channels with symmetric geometry”, River research and applications,Article first published online: DOI: 10.1002/rra.1393.

-        Zhang, Yaoxin )2005(, “CCHE2D Mesh Generator Users’ Manual”, NCCHE Technical Report.