شبیه ‌سازی عددی الگوی فرسایش و رسوب‌ گذاری در کانال ‌های پیچان ‌رودی با بستر متحرک

فرسایش و رسوب‌ گذاری در قوس رودخانه ها باعث ایجاد مشکلاتی در سازه های رودخانه ای می شود. ازاین‌ رو، الگوی جریان و انتقال رسوبات در کانال های روباز پیچان‌رودی نگاه مهندسین رودخانه را به خود جلب کرده است. از آنجایی ‌که میدان جریان در خم رودخانه ها به‌صورت سه‌بعدی است، لذا در چند دهه اخیر پیش بینی تغییرات تراز بستر و تغییر مکان سواحل به‌کمک برنامه های کامپیوتری بیش‌ازپیش موردتوجه قرارگرفته است. در این مطالعه با استفاده از نرم‌افزار ssiim به مدل‌سازی تغییرات توپوگرافی بستر کانال‌های پیچان‌رودی با مولد سینوسی و بستر متحرک پرداخته‌ شده است و تغییرات تراز بستر در آن تحت شرایط مختلف موردمطالعه قرار گرفته است. جهت حل میدان جریان از مدل آشفتگی ، جهت برآورد بار رسوبات از روش فاین راین و برای محاسبه فشار از روش simple استفاده‌ شده است. پس از صحت سنجی و واسنجی مدل، الگوی تنش برشی در حالت بستر صلب، با الگوی فرسایش و رسوب‌گذاری در حالت بستر متحرک مقایسه شده است. بررسی‌ها نشان می‌دهد مدل به‌خوبی توانسته تغییرات تراز بستر را پیش‌بینی نماید. درنهایت با تغییر در پارامترهای موثر بر فیزیک مسئله مانند انتخاب گام زمانی، شبکه‌بندی میدان، الگوی انفصال ترم جابه‌جایی معادلات حاکم، عدد فرود، نسبت عرض به عمق، زاویه پیچان‌رودی و منحنی دانه‌بندی تاثیر این عوامل بر نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی موردبررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد با افزایش عدد فرود و نسبت عرض به عمق، چاله فرسایشی و پشته رسوبی ایجادشده در کانال به‌تدریج به سمت پایین‌دست کانال مهاجرت می‌کند. این در حالی است که با افزایش زاویه پیچان‌رودی پشته رسوبی و چاله فرسایشی به سمت بالادست کانال انتقال می‌یابد.

numerical simulation of erosion and sedimentation pattern in meandering channels with moving bed

erosion and sedimentation in river arches cause problems in river structures. therefore, the pattern of flow and transport of sediments in the open channels of meandering river has attracted the attention of river engineers. since the flow field in the bends of rivers is three-dimensional, therefore, in the last few decades, the prediction of changes in bed level and changes in the location of banks with the help of computer programs has been given more attention.in this study, using ssiim software, topographical changes of meandering channels with sinus generator and moving bed have been modeled, and bed level changes have been studied under different conditions. for this purpose, solid beachesnatural rivers are principal resources of water and energy. design and operational management of natural rivers needs a complete knowledgement of mechanics of flow pattern and sediment transport. the complex three-dimensional flow characteristics in river bends reveals the necessity of using a three-dimensional numerical model.the numerical model used in the present study is called ssiim, an acronym for sediment simulation in intakes with multi block option. in this study, in the first step, ssiim is applied to investigate the characteristics of turbulent flow in a sine-generated channel with 70-degree angle, the rectangular cross section of width b =40cm and fixed bed. in addition, a comparision has been also made between the turbulence models, the flow characteristics such as longitudinal and transverse velocity, water level and bed shear stress has been considered. the results have been validated with laboratory data. the results show that sst-k-ω model has better consistency with experimental data than k-ε model. also distribution of bed shear stress depends on froude number although secondary flow is independent. furthermore, distribution of bed shear stress and secondary flow is dependent on the width to depth ratio. for b/h<8, another circulation cell occurs near the outer bank.in the second step, to investigate the variation of channel bed subjected to steady flow, channel with movable bed has been employed. comparison of results show good agreement between computed and measured bed topography. finally, the effective parameters including interval time step, grid size, froude number, width to depth ratio and meandering angle has been investigated. results show that by increasing the froude number and the ratio of width to depth point bar and point pool gradually migrate downstream channel. whereas by increasing meandering angle, point bar and point pool moving upstream.