شبیه‌سازی عددی سه بعدی جریان ناشی از شکست ناگهانی سد بر روی بستر متخلخل

پدیده شکست سد به دلیل خسارت جبران ناپذیر اقتصادی، امنیتی، تلفات انسانی و زیست محیطی بسیار حائز اهمیت می‌ باشد. در این مطالعه، جریان سه بعدی ناشی از پدیده شکست سد بر روی بستر متخلخل مدل‌سازی عددی شده و تاثیر نفوذپذیری بستر متخلخل، عمق بستر متخلخل و عمق آب در بستر متخلخل در پایین دست، بر روی حرکت موج مثبت بررسی شده است. در این تحقیق، ابتدا سه مدل کلاسیک از شکست سد بر روی بستر صلب و متخلخل ساخته شده و نتایج با داده‌های آزمایشگاهی موجود مقایسه شده است. در ادامه، صحت‌ سنجی نتایج به صورت مقایسه پروفیل‌های سطح آب و لبه موج سیلاب پیش ‌بینی شده با مدل شکست سد روی بستر صلب و متخلخل انجام شده است. هدف اصلی، بررسی تفاوت ‌ها و تشابه ‌های پدیده شکست سد در بسترهای صلب و متخلخل می ‌باشد. نتایج حاصل نشان داد، به دلیل تاثیر موج دینامیکی در لحظات اولیه شکست سد، یک پیک موضعی در آب‌نگاشت سیلاب رخ می‌ دهد. وجود بستر متخلخل باعث کاهش شتاب حرکت موج سیلاب نسبت به حالت جریان روی بستر صلب شده و با افزایش میزان نفوذپذیری بستر، سرعت و در نتیجه میزان پیش‌روی موج سیلاب، کاهش می ‌یابد. با افزایش عمق بستر متخلخل، میزان پیش‌روی لبه موج، دبی جریان سیلابی و ارتفاع سطح آزاد جریان کاهش یافته می ‌یابد. با پیش‌روی جریان در طول کانال مقادیر دبی پیک ثبت شده در ایستگاه‌ها کاهش یافته و در مدل‌های بستر خشک کاهش دبی پیک در راستای کانال بیشتر است. بیش‌ترین مقادیر  بیشینه دبی در انتهای کانال با بستر متخلخل، در حالت بستر متخلخل اشباع رخ داده است.

numerical simulation of three-dimensional flow of sudden dam-break over the porous bed

dam break is a very important problem due to its effects on the economy, security, human casualties and environmental consequences. in this study, 3d flow due to dam break over the porous substrate is numerically simulated and the effect of porosity, permeability and thickness of the porous bed and the water depth in the porous substrate are investigated. classic models of dam break over a rigid bed and water infiltration through porous media were studied and results of the numerical simulations are compared with existing laboratory data. validation of the results is performed by comparing the water surface profiles and wave front position with dam break on the rigid and porous bed. results showed that, due to the effect of dynamic wave in the initial stage of dam break, a local peak occurs in the flood hydrograph. the presence of porous bed reduces the acceleration of the flood wave relative to the flow over the solid bed and it decreases with the increase of the permeability of the bed. by increasing the permeability of the bed, the slope of the ascending limb of the flood hydrograph and the peak discharge drops. furthermore, if the depth and permeability of the bed are such that the intrusive flow reaches the rigid substrate under the porous bed, saturation of the porous bed, results in a sharp increase in the slope of the flood hydrograph. the maximum values of the peak discharge at the end of the channel with porous bed occurred in saturated porous bed conditions.