مدل‌سازي عددي آب‌شستگي در محل تنگ‌شدگي كوله پل

Numerical Simulation of Bridge Contraction Scouring at Abutments

با توجه به پيشرفت روزافزون قدرت رايانه‌ها و توسعه مدل‌هاي عددي توانمند كه قادر به شبيه‌سازي جريان و انتقال رسوب به صورت سه‌بعدي مي‌باشند، افق جديدي در نحوه محاسبات براي مهندسان گشوده شده است. هدف اين مقاله مدل‌سازي عددي سه‌بعدي جريان و رسوب در محل تنگ‌شدگي يك پل به منظور محاسبه آبشستگي در اطراف كوله‌ها مي‌باشد. براي اين منظور به دليل قابليت‌هاي زياد مدل عددي SSIIM2، اين مدل انتخاب و از آن استفاده شده است. در تحقيق حاضر، اين مدل در شبيه‌سازي تنگ‌شدگي در اثر قرارگيري كوله پل در بستر صلب و فرسايش‌پذير بكار گرفته شده و با نتايج آزمايشگاهي مقايسه شده است. نتايج نشان داد دقت مدل عددي در پيش‌بيني تراز سطح آب و توزيع سرعت خوب است، ولي هر مقدار اختلال در جريان اطراف كوله به علت بالارفتن دبي يا افزايش طول كوله زياد شود، خطاي مدل عددي نيز افزايش مي‌يابد. مدل عددي براي تغييرات بستر و عمق آب‌شستگي اطراف كوله نيز بررسي شد و نتايج نشان داد مدل عددي تغييرات بستر را در مقايسه با مدل آزمايشگاهي به خوبي پيش‌بيني كرده و محل حداكثر عمق آبشستگي را به درستي تعيين مي‌كند. ولي عمق حفره آبشستگي در مساله مورد بررسي در حدود 16% از نتايج آزمايشگاهي كمتر بدست آمد. با توجه به نتايج حاصله، دقت مدل عددي مذكور براي مدل‌سازي تنگ‌شدگي به عنوان يكي از مسايل مهندسي رودخانه مشخص شده است.

With the increasing progress in computer calculation speed, the 3D simulation of flow together with sediment transport has become possible. In the present work 3D numerical modeling of flow pattern and scouring around bridge abutments is conducted. For this purpose the SSIIM model was utilized. In the first stage of calculation flow around an abutment on a non erodible bed was modeled and results were compared with the experimental data. The results showed a good agreement for the velocity field and water surface level. It was also concluded that the difference between the numerical results and experimental measurements increased as the abutment length or flow discharge or in another word flow disturbance and turbulence increased. The numerical model was then used for scour prediction around the abutment. Results showed a good agreement with experimental data for the location of the maximum scour depth. However, the scour depth was under predicted by 16%. The present study shows the validation and errors of such models for application in river engineering problems.