مدل‌سازی شبه دوبعدی هیدرولیک جریان و بار بستررودخانه زارم‌رود

تعیین مقدار رسوب حمل شده توسط رودخانه ها از جنبه های متعددی حائز اهمیت است. این پارامتر در تعیین ابعاد و مشخصات هندسی سازه های تنظیم و انحراف جریان، سدهای مخزنی و نیز ایستگاه های پمپاژ موثر است. در این تحقیق محاسبه دبی جریان و بار بستر رودخانه زارم رود (در استان مازندران) به کمک مدل ریاضی شبه دوبعدی شیونو و نایت مورد بررسی قرار گرفته است. این مدل بر مبنای معادلات پیوستگی و مومنتوم ناویراستوکس بوده و به صورت متوسط در عمق ساده شده است. برای این منظور با استفاده از روش اجزاء محدود، مدل ریاضی مذکور حل عددی شده و پروفیل های عرضی سرعت جریان در رودخانه زارم رود در محل ایستگاه هیدرومتری گرم رود واسنجی شد. مقایسه نتایج مدل مذکور در دبی های مختلف جریان با داده های اندازه گیری شده حاکی از دقت بالای مدل در برآورد توزیع عرضی سرعت جریان است. سپس با استفاده از توزیع عرضی سرعت محاسباتی، توزیع عرضی بار بستر شبیه سازی شد. نتایج نشان داد که از میان 17 رابطه تجربی بار بستر مورد مطالعه، رابطه رسوبی دوبوی (1879) در هر دو حالت مدل سازی یک بعدی و شبه دوبعدی دارای بهترین دقت است. این رابطه در حالت یک بعدی با انحراف معیار نسبت ناجوری 0.34 درصد مطابقت بهتری با مقادیر بار بستر اندازه گیری شده داشته و نسبت به روابط رسوبی فرایلینک (1952) و میرپیتر و مولر (1948) به ترتیب با انحراف معیار 3.46 و 7.33 درصد از دقت بالاتری برخوردار می باشد. نتایج مدل سازی شبه دوبعدی بار بستر نشان داد که ریشه میانگین مربعات خطا (rmse) برای سه رابطه دوبوی، فرایلینک و میرپیتر و مولر به ترتیب حدود 7.45، 98.8 و 173.9 است که فقط رابطه دوبوی دقت قابل قبولی داشته و دو رابطه فرایلینک و میرپیتر و مولر دارای خطای زیادی می باشند. همچنین مشخص شد که دقت مدل سازی بار بستر حاصل از رابطه دوبوی در حالت شبه دوبعدی از یک بعدی بیشتر است.

Quasi TwoDimensional Modeling of Flow Hydraulics and Bed Load Transport in Zaremrood River

Determining the amount of sediment carried by rivers is important in several ways. This parameter is effective in design of dimensions and geometric characteristics of flow regulation and diversion structures, reservoir dams as well as pumping stations. In this study, the calculation of flow discharge and bed load of Zaremrood river located in Mazandaran province has been investigated using Shiono and Knight quasitwodimensional model. This model is based on the NavierStokes continuity and momentum equations and has been simplified by depth averaged concept. For this purpose, using the finite element method, this model was solved numerically and the lateral velocity distribution was calibrated at the Garmrood hydrometric station. Comparison of obtained results by Shiono and Knight model in different flow discharges against measured data indicates the high accuracy of the model for lateral velocity distribution. Then, by using the computed lateral velocity distribution, the distribution of bed load across the river was simulated. The results showed that among the 17 empirical bed load equations selected in this study, the Duboy formula (1879) has the best accuracy in both one and quasitwodimensional modeling cases. In 1D modeling case, this formula with standard deviation of the discrepancy ratio of 0.34 percent had better agreement with the measured bed load in comparison to the Frijlink (1952) and MeyerPeter and Mueller (1948) equations with the standard deviation of 3.46 and 7.32 percent, respectively. In 2D modeling bed load transport, the root mean square error (RMSE) was obtained 7.45, 98.8 and 172.9 for three equations of Duboy, Frijlink and MeyerPeter and Mueller, respectively which indicates that only Duboy formula has an acceptable accuracy while Frijlink and MeyerPeter and Mueller equations have large errors. The results also showed that the bed load transport in quasitwodimensional model using Duboy equation is more accurate than onedimensional case.