۲۲۲۴۴پ
per
بررسی الگوی جریان و رسوب در رودخانه بشار با استفاده از مدل عددی CCHE۲D و روش‌های تجربی
Study the Pattern of Flow and Sediment in the Beshar River Using CCHE۲D Model and Empirical Methods
/احمد ایاسه
: کشاورزی
، ۱۳۹۷
، میرزائی
۲۱۰ص
چاپی - الکترونیکی
دکتری
مهندسی آب - سازه‌های آبی
۱۳۹۸/۰۶/۱۶
تبریز
امروزه با توجه به اهمیت رودخانه‌صها در تامین بخش زیادی از آب مورد نیاز بشر، شناخت و بررسی دقیق ساختار جریان و رسوب در رودخانه‌صها امری اجتناب‌صناپذیر است .کم کردن هزینه و سرعت بخشیدن به محاسبات بسیار ضروری است .هزینه به کاربردن یک برنامه کامپیوتری و مدل عددی به مراتب کمتر از مخارج تحقیق آزمایشگاهی مشابه می‌صباشد، این عامل وقتی که وضعیت فیزیکی مورد مطالعه بزرگ و پیچیده‌صتر می‌صشود، اهمیت بیشتری پیدا می‌صکند .بسته به شرایط محیطی و ویژگی‌صهای هیدرودینامیکی، باید مدل‌صهای دقیق و مقرون به صرفه برای مدل‌صسازی جریان و رسوب استفاده شود .در این رساله، مدل عددی CCHE۲D و روش‌صهای تجربی مختلف برآورد بار رسوبی موجود در مدل STM شامل انشتین، ولیکانوف، لین - کالینسک، بروکس، انگلند و بگنولد برای مدل‌صسازی جریان و رسوب در یک بازه ۱۲ کیلومتری از رودخانه بستر شنی بشار) یاسوج، ایران (استفاده شده است .واسنجی مدل CCHE۲D بر اساس ضرایب زبری و مدل‌صهای تلاطمی مختلف به ازای سه دبی کم، متوسط و زیاد(۳۵/۱۳ ، ۲۲/۴۹ و ۳۸/۳۳۵ مترمکعب بر ثانیه (انجام شد .بر اساس تحلیل پارامترهای آماری مختلف ضریب تعیین(RSQ) ، خطای جذر میانگین مربعات (RMSE) و میانگین خطای مطلق (MAE) بهترین دامنه ضریب زبری مانینگ برای دبی کم، ۰.۰۲۵ n ۰.۰۳۵ و برای دبی متوسط و بالا، ۰.۰۱۵ n ۰.۰۳۵ می‌صباشد .علاوه بر این، مدل تلاطمیk - بهتر از سایر مدل‌صهای تلاطمی می‌صباشد و نتایج بهتری ارائه می‌صدهد .بررسی ساختار جریان در کل میدان حل و ۲ بازه مستقیم و سینوسی نشان داد که روند متفاوتی از شیب سطح آب و سرعت متوسط عمقی در مقاطع عرضی این ۲ بازه) مستقیم و سینوسی (وجود دارد .با توجه به تاثیر جریان‌صهای ثانویه، شیب عرضی سطح آب و سرعت متوسط عمقی به سمت دیواره بیرونی پیچ در بازه سینوسی افزایش می‌صیابد .این در حالی است که در بازه مستقیم شیب عرضی سطح آب تقریبا صفر می‌صباشد، و سرعت‌صهای حداکثر در مرکز جریان مقطع عرضی شکل می‌صگیرند .افزون بر این، در کل بازه مورد مطالعه ارتباط مستقیم و رابطه توانی بین تنش برشی کل و سرعت متوسط عمقی جریان با ضریب همبستگی بالا۰.۹۹۳) - (R = ۰.۹۹۱وجود دارد .در ادامه، نتایج مدل عددی CCHE۲D و روابط تجربی انشتین، ولیکانوف، لین - کالینسک، بروکس، انگلند و بگنولد در برآورد بار رسوبی معلق بر اساس پارامترهای آماری مختلف با داده‌صهای مشاهداتی مقایسه شدند .نتایج نشان می‌صدهد که مدل CCHE۲D و روش انشتین در برآورد بار رسوبی معلق از سایر روش‌صهای استفاده شده کارایی بیشتری دارند .همچنین بالاترین ضریب همبستگی۰.۹۹۸) - (R=۰.۹۹۵برای روش‌صهایCCHE۲D ، انشتین و بگنولد مشاهده شده است .علاوه بر این تعداد خطاها در محدوده مناسب ۰.۵ < r ۱.۵ برای روش‌صهای CCHE۲D و انشتین بیشتر از سایر روش‌صها می‌صباشد و کمترین خطای جذر میانگین مربعات و میانگین خطای مطلق (RMSE = ۰.۴۰.۷, MAE = ۰.۴۰.۵) برای این ۲ مدل به ازای دبی‌صهای مختلف بدست آمده است .تحلیل ساختار جریان و رسوب در بازه سینوسی از رودخانه بشار نشان می‌صدهد به دلیل وجود جریان‌صهای ثانویه و تشدید آن‌صها در پیچ سرعت‌صهای حداکثر و به دنبال آن تنش برشی ماکزیمم به سمت دیواره بیرونی پیچ توسعه پیدا می‌صکنند و به طور هم‌صزمان در دیواره خارجی پیچ فرسایش و در قسمت داخلی پیچ رسوب‌صگذاری اتفاق می‌صافتد .استفاده از مدل CCHE۲D به عنوان یک روش کاربردی برای رودخانه‌صها با رسوبات غیریکنواخت، بسترهای فرسایشی با تغییرات مورفولوژیک، جریان‌صهای ماندگار و غیرماندگار نسبت به سایر روش‌صهای موجود پیشنهاد می‌صشود
Today, due to the importance of rivers in providing a large portion of human water needs, it is unavoidable to accurately study the flow and sediment structure in the rivers. Reducing costs and speeding up computing is essential. The cost of using a computer program and numerical model is far less than the cost of experimental research and this factor becomes more important when the physical condition studied becomes larger and more complicated. Depending on environmental conditions and hydrodynamic characteristics, accurate and cost-effective models for flow and sediment modeling should be used. In this thesis, the numerical model CCHE2D and various empirical methods of sediment load estimation available in the STM model include Einstein, Velikanov, Lane-Kalinske, Brooks, Engelund and Bagnold were used for flow and sediment modeling in 12 km reach of Beshar gravel-bed river (Yasuj, Iran). The calibration of the CCHE2D model was performed for different Mannings roughness coefficients and turbulent models for three low, medium and high discharges (13.35, 49.22, and 335.38 m3/sec). Based on the analysis of various statistical parameters such as the coefficient of determination (RSQ), root-mean-square error (RMSE), and mean absolute error (MAE), the best Mannings roughness coefficients range for low discharge is 0.025 n 0.035, but for medium and high discharges 0.015 n 0.035 is the best range. In addition, the k- turbulent model is better than other turbulent models, and offers better results. Investigating the structure of the flow in the whole of study reach, straight and sinusoidal reaches showed that there is a different trend for the water surface slope and the depth-average velocity in the cross-sections of straight and sinusoidal reaches. Due to the effect of the secondary currents, latitude gradient of the water surface and depth-average velocities increase to the outer bank of the bend in the sinusoidal reach. However, in the straight reach, latitude gradient of the water surface is approximately zero, and the maximum velocities are formed in the center-line of flow. Moreover, there is a direct and power relationship between the total shear stress and the average velocity of the flow with a high correlation coefficient (R = 0.991-0.993). Then, the results of the CCHE2D numerical model and the empirical methods of Einstein, Velikanov, LaneKalinske, Brooks, Engelund and Bagnold based on different statistical parameters were compared with observational data for estimating suspended sediment load. The results show that the CCHE2D model and the Einstein method are more efficient in estimating the suspended sediment load than other methods used. Also, the highest correlation coefficient (R = 0.995-0.998) has been observed for CCHE2D, Einstein and Bagnold methods. In addition, the number of errors in the appropriate range of 0.5 < r 1.5 for CCHE2D and Einstein methods is more than other methods. The lowest root-mean-square error and mean absolute error (RMSE = 0.4-0.7, MAE = 0.4-0.5) for these two models have been observed for different discharges. Analysis of the structure of flow and sediment in the sinusoidal reach of the Beshar River shows that due to the presence of secondary currents and their intensification in the bend, the maximum velocities and the maximum shear stress developed to the outer bank of the bend, and simultaneously, erosion and deposition occur in the outer and inner banks of the bend respectively. Using CCHE2D model as an applied method for rivers with non-uniform sediments, erosion beds with morphological changes, steady and unsteady flows, is suggested in comparison with other existing methods
Study the Pattern of Flow and Sediment in the Beshar River Using CCHE۲D Model and Empirical Methods
ایاسه، احمد
Ayaseh, Ahmad
سلماسی، فرزین، استاد راهنما
حسین‌زاده دلیر، علی، استاد راهنما
ارونقی، هادی، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
