مدل‌سازي عددي- آزمايشگاهي پروفيل طولي سطح آب در محيط‌هاي متخلخل درشت‌دانه

مصالح سنگدانه‌اي، از مصالح پركاربرد در ساخت سازه‌هاي آبي بوده و به‌دليل هزينه كم و سازگار بودن با محيط‌زيست، معمولاً مورد استفاده مهندسان و طراحان سازه‌هاي آبي، قرار مي‌گيرد. اين نوع مصالح اغلب در بدنه سد‌هاي سنگريزه‌اي براي كاهش آثار سيلاب در پايين‌دست رودخانه‌ها و زه‌كش‌هاي سنگي استفاده مي‌شود. در اين پژوهش، با استفاده از دو قطر سنگدانه و چهار دبي عبوري و دو طول محيط متخلخل، اقدام به به برداشت پروفيل‌هاي طولي جريان به‌صورت آزمايشگاهي شد. سپس با استفاده از معادله جريان متغير تدريجي در كانال‌هاي روباز و روش‌هاي عددي اويلر، اويلر اصلاح و رانگ كوتا مرتبه 4 اقدام به مدل‌سازي پروفيل طولي جريان و مقايسه با داده‌هاي آزمايشگاهي برداشت شده گرديد. در اين پژوهش، از معادله سرعت منفذي ويلكينز براي محاسبه شيب خط انرژي در حل معادله متغير تدريجي استفاده گرديد. در نهايت مشاهده شد كه روش رانگ كوتا مرتبه 4 كه با دقت مرتبه 4، نسبت به دو روش ديگر، تخمين بهتري با متوسط R2 برابر با 0/9 و RMSE برابر با 1/19 سانتي‌متر براي تخمين پروفيل طولي جريان ارائه داد. علاوه بر اين، ساير پارامتر‌هاي آماري همانند شاخص حداكثر خطا، ميانگين قدر مطلق خطا، ضريب باقي‌مانده جرمي و شاخص كفايت نيز براي هر سه روش محاسبه و مشاهده شد كه پارامتر‌هاي آماري مربوط به روش رانگ كوتا مرتبه 4 داراي مقادير بهتري نسبت به دو روش ديگر بود. همچنين به‌دليل شيب زياد پروفيل طولي در مناطق نزديك به خروجي جريان، استفاده از روش رانگ كوتا براي چندين نقطه ابتدايي مقداري خطا وارد محاسبات مي‌كند؛ بنابراين استفاده از روش اويلر اصلاح شده براي نقاط مذكور نتيجه بهتري در بر دارد.