شبيه سازي دو بعدي الگوي جريان و تغييرات بستر در آبراهه هاي مستقيم و پيچان رودي تحت تاثير سازه آبشكن

Two Dimensional Simulation of Flow pattern and Bed Changes in Straight and Meandering Channels under the Effect of Spur Dike

آبشكن‌ها يكي از سازه‌هاي مهم ساماندهي رودخانه به شمار مي آيند، كه براي حفاظت و شكل دادن به سواحل و آبراهه‌ها مورد استفاده قرار مي گيرند. اين سازه ها با طول و زاويه مناسب نسبت به راستاي جريان از ديواره طبيعي رودخانه توسعه يافته، سبب انحراف جريان از كناره‌ها و هدايت آن به سمت محور مركزي رودخانه مي گردند. در اين تحقيق، با استفاده از مدل عددي هيدروديناميكي و انتقال رسوب CCHE2D به شبيه سازي الگوي جريان و تغييرات بستر آبراهه در اطراف سازه آبشكن پرداخته شد. براي ارزيابي درستي خروجي هاي اين مدل عددي، نتايج آن با مقادير مشاهداتي دو تحقيق آزمايشگاهي جداگانه كه در اين خصوص صورت گرفته بود مقايسه گرديد. دقت نتايج به دست آمده از مدل در مقايسه با نتايج آزمايشگاهي، با استفاده از پارامتر‌هاي آماري RMSE، MARE، maxRE و 2R ارزيابي گرديد. مقايسه نتايج آزمايشگاهي با نتايج حاصل از مدل عددي CCHE2D نشان مي دهد كه اين مدل مي تواند با دقت مناسبي (ضريب تعيين بين 0/755 تا 0/955) الگوي جريان را در اطراف آبشكن هاي منفرد و سري آبشكن ها شبيه سازي نمايد. همچنين تغييرات بستر آبراهه، حول سري آبشكن با دقت قابل قبولي شبيه سازي شد، كه نشان داد مدل CCHE2D با دقت بالايي (ضريب تعيين 0/990 عمق آبشستگي بيشينه را پيش بيني مي نمايد، اما عرض چاله آبشستگي را در اطراف آبشكن، خيلي بيشتر از مقادير مشاهده شده آزمايشگاهي نشان مي دهد. علاوه بر اين، نتايج مدل عددي نشان داد كه عمق فرسايش كانال اصلي با طول آبشكن در سري آبشكن ها رابطه مستقيم دارد كه مشاهدات آزمايشگاهي نيز اين مسئله را تاييد كردند.

Spur dikes as one of the main structures in river restoration practices are used for protecting and shaping the river banks and main channels. These structures growing from the river natural banks, having suitable length and angle relative to the flow direction and cause deviation of the flow from the riversides and driving it to the central axis of the river. In this study, the numerical hydrodynamic and sediment transport model “CCHE2D”was used to simulate the flow pattern and streambed changes around the spur dikes. Two separate series of experimental data were used to assess the numerical model outputs. The accuracy of the model outputs were evaluated through common statistical parameters including RMSE, MARE, REmax and R2. Comparison of the experimental results with the simulated values revealed that the CCHE2D was reasonably capable to simulate the flow pattern around the both of single and series of spur dikes with high accuracy (correlation coefficient=0.755-0.955). The bed changes around the series of spur dikes were simulated with acceptable accuracy, revealed that the CCHE2D model could precisely predict the maximum scouring depth with correlation coefficient of 0.990, but overestimated the width of scour hole around the spur dike in comparison with experimental observations. Furthermore, both the numerical results and experimental observations showed that the erosion depth of main channel had a direct relation with the length of spur dike.