بخشی از مقاله
چکیده
پدیده شکست سد و بررسی پیامدهاي آن بر نواحی پایین دست سد، در دهههاي اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته است. در این مقاله انتقال رسوب و تغییر تدریجی مورفولوژي در اثر مسئله شکست سد بررسی میشود. بنابراین در این پژوهش از معادلات بقایی شامل معادلات آب کم عمق و اکسنر استفاده میشود. این معادلات توسط روش جفت شده ضعیف بر اساس حل کننده ریمن تقویت شده، حل میشوند.
در این روش ابتدا معادله اکسنر حل میگردد و سپس تغییرات بستر بهروز شده با همان ساختار ریمن، به عنوان عبارت منبع در معادلات آب کمعمق استفاده میشود. براي صحت یابی مدل سازي از مقایسه نتایج عددي مدل و داده هاي بدست آمده از آزمایشات استفاده می شود. نتایج به دست آمده از روش ریمن تقویتشده سازگاري خوبی با نتایج آزمایشی دارد.
1 مقدمه
همواره احتمال شکست سد، به واسطه اشتباهات طراحی، روگذري آب و ...وجود دارد. به دلیل محدودیت امکانات آزمایشگاهی اعم از ابزار اندازه گیري و گران بودن مواد رسوبی نسبت به مقیاس اصلی مدل بررسی ها مدتاًع کیفی است. بنابراین میتوان با بهره گیري از مدل هاي ریاضی، به تحلیل بهتري از نتایج دست یافت. هدف از انجام این مقاله مدل سازي عددي جریان و رسوب در مسئله شکست سد یک بعدي میباشد.
روش عددي براي شبیهسازي جریان و انتقال رسوب بایستی قادر به تقریب هم زمان رسوب و هیدرودینامیک جریان سطح آزاد باشد. جهت مدلسازي جریان سطح آزاد از معادلات آب کمعمق و براي رسوب بستر از معادله اکسنر استفاده میگردد. این دو مجموعه از معادلات منجر به تشکیل سیستم غیرخطی از معادلات هذلولی میگردد که میتوانند با دو رویکرد جفت شده و غیر جفت شده حل گردند.[1,2]
هادسون و همکاران [3] با استفاده از نسخه محدودکنندههاي شار روش رو در قالب روش حجم محدود به حل مسئله پرداختند. موریلیو و همکاران [4] یک مدل جفت شده معادله اکسنر را براي جریان ناپایدار دوبعدي روي بسترهاي فرسایشی با مشهاي بدون ساختار مثلثی و استفاده از فرمول تجربی گرس را مطالعه نمودند. لیو و همکاران [5] با کمک یک مدل جفت شده دو بعدي بر اساس روش مرکزي نوع گودونو به بررسی تغییرات فرسایش بستر تحت جریان متغیر سریع پرداختند. جوئز و همکاران [6] یک مدل جفت شده دوبعدي براي پیشبینی تغییرات مورفولوژي را ارائه نمودند.
استفاده از حلکننده تقریبی ریمن، سبب سهولت و دقت بالاي حل بهخصوص براي مدلسازي جریان بر روي سطوح تر میشود. برزگران و همکاران [7] به مدلسازي رسوب کف با استفاده از روش جفت شده ضعیف بر اساس حلکننده ریمن تقویتشده پرداختند. که در این مطالعه شبیهسازي عددي رسوب تنها با در نظر گرفتن نمونههاي آزمایشی با شرایط بستر تر، بررسی گردید.
هدف اصلی این مقاله، تقریب معادلات مورفودینامیک با استفاده از الگوریتم پخش موج گودونو بر اساس حلکننده ریمن تقویتشده با رویکرد جفت شده ضعیف به منظور مدل سازي شکست سد در سطوح خشک میباشد. در شرایط بستر خشک، سرعتهاي تقریبی رو منجر به جوابهاي غیرفیزیکی در حل معادلات آب کمعمق میشوند.
روش جفت شده ضعیف بر مبناي روش ریمن تقویتشده، با در نظر گرفتن سرعت جدید براي امواج ریمن، قادر به شبیهسازي دقیق انتقال رسوب در سطوح خشک میباشد، درصورتیکه اغلب روشهایی که تاکنون براي مدلسازي انتقال رسوب ارائه شدهاند، در صورت کاهش عمق آب به نزدیک صفر، قابلیت مدلسازي رسوب بر روي سطوح خشک با استفاده از سرعتهاي تقریبی ریمن را ندارند.
.2 روش شبیهسازي
روش ارائهشده در این بخش نوعی از روش حجم محدود گودونو به نام الگوریتم پخش موج گودونو است که براي حل سیستم مورفودینامیک استفاده میگردد.
