شبیه‌سازی اثر آبشکن‎های متناوب و پشته‌های رسوبی روی الگوی جریان در پیچان‌رود طبیعی رودخانه تجن

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته دکترای علوم و مهندسی آبخیزداری/ دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 دانشیار گروه علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان،

3 مجتمع آموزش عالی شیروان

4 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

سابقه و هدف: آبشکن‎ها در پایدارسازی و تثبیت کناره رودخانه‎ و ایجاد مسیر مناسب برای هدایت جریان کاربرد فراوانی دارند. الگوی جریان و فرسایش و رسوبگذاری اطراف آبشکن‎ها تابع عوامل مختلفی است که از آن جمله می‌توان به نوع آبشکن، شکل هندسی مقاطع، ظرفیت حمل رسوب و غیره اشاره نمود. در این تحقیق با توجه اینکه هدف از احداث آبشکن های مورد مطالعه، هدایت جریان سیل به ساحل شرقی از طریق دو کانال طبیعی و جلوگیری از فرسایش کناره ای و پیشروی مسیر رودخانه به کرانه غربی است، لذا با استفاده از مدل عددی دوبعدی تحت عنوان CCHE2D به بررسی اثر ‎ آبشکن‏های متناوب و پشته‏های رسوبی بر الگوی جریان آب در بازه‏ مکانی با طول حدود 6/1 کیلومتر از رودخانه تجن در شمال سرخس و پایین‌دست روستای نوروزآباد پرداخته می شود.
مواد و روش‌ها: در گام نخست این پژوهش، نقشه بزرگ مقیاس توپوگرافی با مقیاس 1:2000 تهیه گردید و در سه مقطع از مقاطع نقشه‌برداری شده به اندازه‌گیری پارامترهای جریان پرداخته شد و بیشترین تأکید بر روی قوس‏های متوالی و مقاطع نزدیک آبشکن‎ها و پشته های رسوبی در رودخانه بود تا بتوان تأثیر جریان‌های ثانویه و نیروهای گریز از مرکز را بر فرسایش کناره‌ها و همچنین اثر هیدرولیکی آبشکن و پشته های رسوبی بر الگوی جریان بررسی کرد. با استفاده از داده‎های توپوگرافی حاصل از نقشه‌برداری زمینی و تهیه مدل هندسی و شبکه محاسباتی با ابعاد مختلف و نیز اندازه‎گیری میدانی، مشخصات جریان شامل سرعت و عمق، مدل هیدرودینامیکی دو بعدی اجرا گردید. به منظور ارزیابی تغییرات پروفیل طولی سرعت، توزیع تنش برشی و عمق جریان در بخش‏های انحنادار رودخانه و همچنین محدوده‏های مجاور آبشکن و پشته‏های رسوبی، مقادیر شبیه‌سازی شده با مقادیر مشاهداتی مقایسه شدند. در پایان، از دو معیار آماری RMSE و MAPE، برای ارزیابی کارایی مدل استفاده شد.
یافته‌ها: نتایج بیانگر دقت مناسب مدل در پیش‌بینی پارامترهای جریان در مجاور آبشکن‏ها و پشته‌های رسوبی است همچنین این مدل با دقت مناسب موقعیت های حداکثر تنش برشی جریان در بستر و کناره ها را نمایش می دهد. نتایج شبیه سازی این تحقیق نیز نشان داد که بردارهای چرخشی و گردابه های جریان بالادست آبشکن ها نسبت به پایین دست آنها بزرگتر هستند و به طور کلی با حرکت به سمت پایین دست این سری آبشکن ها، ابعاد گردابه ها کوچکتر می شوند از طرفی میزان سرعت و تنش برشی در پایین دست آبشکن ها نسبت به بالادست آنها بیشتر است و میزان سرعت جریان با حرکت به سمت پایین دست سری آبشکن ها کاهش می یابد.
نتیجه‌گیری: نتایج این تحقیق نشان داده که برای دبی مشاهداتی (47 متر مکعب بر ثانیه) و دبی با دوره بازگشت کمتر از 25 سال، آبشکن ها اثرات موضعی بر انحراف جریان و همچنین جلوگیری از پیشروی جریان رودخانه به کرانه سمت چپ دارند لذا آبشکن ها نمی توانند سیل های با دوره بازگشت کمتر از 25 سال را به سمت ساحل شرغی انحراف دهند چونکه تراکم بسیار زیاد پوشش گیاهی و ضریب زبری بالا در ساحل شرقی، امکان ورود جریان با دوره بازگشت زیر 25 سال را نمی دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of the Transverse Dike (Epi) and Islands effect over Water Flow Pattern in Natural Meandering of the Tajan River

نویسندگان [English]

  • Gholamreza Khosravi 1
  • Abdolreza Bahremand 2
  • Mehdi Teimouri 3
  • Sajad Ahmad Usefi 4
1 Graduate in Ph.D. Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
2 Associate Professor Department of watershed management and Engineering, Faculty of Agriculture & Natural Resources, University of Gorgan,
3 استادیار گروه علوم و مهندسی آبخیزداری، مجتمع آموزش عالی شیروان
4 Ph.D. Student of watershed management and Engineering, Faculty of Agriculture & Natural Resources, University of Gorgan
چکیده [English]

Background and objectives: The transverse dike has many applications for River bank erodibility stabilization and consolidation. Water flow pattern, erosion and sedimentation around the transverse dike are dependent of various factors, Such as transverse dike type, geometry sections, sediment transport capacity and etc. In This study With regard to the significance role of the flow velocity and shear stress forces on river bank erosion, two-dimensional numerical modeling as CCHE2D was performed to Numerical Simulation of the Transverse Dike and Islands effect over Water Flow Pattern in Natural Meandering of the Tajan River (in the north of Sarakhs and downstream of Noruzababd village- Razavi Khorasan Province, Iran).
Materials and methods: In the first step of this study, a large topographic scale map was prepared with scale 1: 2000. And in three sections of the surveyed sections, the flow parameters were measured. Using topographic data obtained from field surveys and then the geometry model and the computational mesh (grid) with different dimension and also field measurements of flow characteristics such as velocity and depth, the two-dimensional hydrodynamic model was run. Simulated data were compared with observed ones in order to assess the velocity horizontal profile gradients, the distribution of shear stress and the flow depth condition in curved parts of the river channel and around the transverse dike and islands.Furthermore, two statistical criteria (RMSE and MAPE) were used to evaluate the performance of the model.
Results: The results indicated that the simulated values are in good agreement with the field measurements. In the study area, water flow pattern around the transverse dike and islands is dependent of hydraulic conditions and at various discharges has different impact on the flow pattern. due to transverse dike and islands, cross-sections reduce, reason increasing the depth, speed and shear stress, sediment transport capacity and bed load.

Conclusion: The results of this study show that for Observation discharge (47 m3/s) and discharge with a return period of less than 25 years, transverse dike have local effects on the deviation of the flow, and they cannot lead to the diversion of floods with a return period of less than 25 years to the eastern banks. Because the high density of vegetation and high roughness on the east coast, prevents the distribution of flow to the two natural canals.
Key words: Transverse Dike (Epi), Island, CCHE2D, Meandering, Tajan river
Key words: Transverse Dike (Epi), Island, CCHE2D, Meandering, Tajan river

کلیدواژه‌ها [English]

  • Key words: Transverse Dike (Epi)
  • Island
  • CCHE2D
  • Meandering
  • Tajan river

مراجع

1.Abbasi, A.A., and Malek Nejad, M. 2012. Experimental study of the impact of direct permeable spur dike parameters and the T-shaped on the scouring around them. The Iranian Society of Irrigation and Water Engineering, second year, 8p.
(In Persian)
2.Alizadeh, A. 2006. Principles of Applied Hydrology, 19th edition, Ferdowsi University of Mashhad. 850p. (In Persian)
3.Dehghani, A., Barzali, M., Fazl-Avali, R., and Mirkhaleq, Z. 2010. Experimental study of local scour around Transverse Dike (L-shaped). Journal of Waterand Soil Conservation, 16: 3. 141-162.(In Persian)
4.Jia, Y., Zhang, Y., Wang, S., and Raible, A. 2006. Numerical Simulations of Channel Response to Riverine Structures in Arkansas River, the 7th Int. Conf. on Hydro science and Engineering (ICHE-2006). 10 – Sep. 13, Philadelphia, USA.
5.Karami, H., Ardeshir, A., Behzadian, K., and Ghodsian, M. 2011. Protective spur dike for scour mitigation of existing spur dikes. Journal of Hydraulic Research,49: 6. 809-813.
6.Khosravi, Gh., Nohegar, A., Khorani, A., Ershadi, S., and Fathi, M. 2013. Simulation of flow and sediment By Model CCHE2D, Journal of Iran Water Research, University of Shahrekord.12: 3. 203-225. (In Persian)
7.Khosravi, Gh., and Nohegar, A. 2014. A Practical Guide by example functional simulation of flow and sediment transport model CCHE2D, First Edition, Hormozgan, Hormozgan University Press. 380p.(In Persian)
8.Magnuszewski, A. 2015. Influence on flood safety of channel processes and vegetation in the River Vistula valley in Warsaw. In Stochastic Flood Forecasting System. Springer International Publishing. pp. 140-129.
9.Maghrebi, M., Mogdam, E., and Meshki Kakhaki, M. 2010. Numerical simulation of turbulent flow pattern over the islands in the river sediment arterial CCHE2D model (case study: River sarbaz). Tehran, Iran Hydraulics Conference, Iranian Hydraulic Association, Tarbiat Modarres University. (In Persian)
10.Nassar, M.A. 2011. Multi-parametric sensitivity analysis of CCHE2D for channel flow simulations in Nile River. Journal of hydro-environment research, 5: 3. 187-195.
11.Saneie, M. 2006. Laboratory evaluation of the effect of blockage on local scouring of spur dike. 7th International Conference on River Engineering, Shahid Chamran University, Ahvaz.(In Persian)
12.Telvari, E. 2004. Basic Principles of River Engineering and Management,Soil Conservation and Watershed Management Research Center, Watershed Publishing, 446p. (In Persian)
13.Torabizadeh, A., and Bina, M. 2011. "Transverse Dike hydraulic assessment and its impact on the river Zoherh by "MIKE11 Model" eighth International Seminar on River Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz. (In Persian)
14.Wu, W. 2009. CCHE2D Sediment Transport Model (Version 2.1). Tech Report No. NCCHE- TR- 2001-3. NCCHE, University of Mississippi.
15.Zhang, Y. 2009. CCHE-GUI- Graphical Users Interface for NCCHE Model User’s Manual – Version 3.0, Technical Report No. NCCHE-TR-2009-01, Mississippi University, 386p.
مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
دوره 28، شماره 2
تیر 1400
صفحه 159-175

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار