معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی

⚠ این متن با نرم‌افزار از روی تصویر خوانده شده و ممکن است خطا داشته باشد؛ برای استناد، اصلِ سند را ببینید. جمهوری اسلامی ایران ریاست جمهوری معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی ۰ ۰ فیز یکی در معلائعات مهندسی و ساماندهی دخانه زو فشریه شمطاره ۵۸۴ معاونت نظارت راهبردی وزارت نیرو امور نظام فنی دفتر مهندسی و معیارهای فنی آب و آبفا 137۳23 ۱۳۳۳/۳/0 ۱۳۹۱ -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- اصلاح مدارک فنی امور نظام فنی معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور با استفاده از نظر کارشناسان برجسته مبادرت به تیه این نشریه نموده و آن را برای استفاده به جامعه مهندسی کشور عرضه نموده است. با وجود تلاش فراوان» این اثر مصون از از این‌رو از شما خواننده گرامی صمیمانه تقاضا دارد در صورت مشاهده ه رگونه ایراد و اشکال فنی مراتب را به صورت زیر گزارتس فرمایید: - شسماره بند و صفحه موضوع مورد نظر را مشخص کنید. ۳- ایراد مورد نظر را به صورت خلاصه بیان دارید. ۳- در صورت امکان من اصلاح تسده را برای جایگزینی ارسال نمایید. - نشانی خود را برای تماس احتمالی ذکر فرمایید. کارشناسان این امور نظرهای دریافتی را به دقت مطالعه نموده و اقدام مقتضی را معمول خواهند داشت. پیشاپیش از همکاری و دقت نظر جنابعالی قدردانی می‌شود. نشالی برای مکانیه: تهران» میدان بهارستان» خیابان صفی علی‌شاه - مرکز تلفن ۲۳۲۷۱ معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی رییس جمهورء امور نظام فنی ۳.1112[[1:1]0 0 ۱۷۷۵: 5 -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- 1۱ سا ریاست جمهوری معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور شماره : ۳۱ تاریخ : ۱۳۹۱/۳/۲۱ بخشنامه به دستگاه‌های اجرابی. مهندسان مشاور و پیمانکاران موضوع : راهنمای کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه به استناد ماده (۲۳) قانون برنامه و بودجه و ماده (۶) آیین‌نامه استانداردهای اجرایی طرح‌های عمرانی مصوب سال ۱۳۵۲و در چارچوب نظام فنی و اجرایی کشور (موضوع تصویب‌نامه شماره ۹ ۳۳۴۹۷ه. مورخ ۱۳۸۵/۴/۲۰ هیأت محترم وزبران)» به پیوست نشریه شماره ۵۸۴ امور نظام فنی. با عنوان «راهنمای کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه» از نوع گروه سوم ابلاغ می‌شود. رعایت مفاد این ضابطه برای دستگاه‌های اجرایی. مشاوران. پیمانکاران و سایر عوامل ذی‌نفع ۸۳ -------- صفحهٔ بعد -------- بسمه تعالی رودخانه یکی از عواملی است که همواره در پیدایش» تکامل و توسعه جوامع بشری نقش قابل توجهی داشته است. مسایل مرتبط با رودخانه شامل مواردی نظیر: مهار سیلاب, اصلاح و بهسازی مسیر رودخانه» هدایت و انحراف جریان» کنترل فرسایش و رسوب‌گذاری» فراهم نمودن شرایط کشتیرانی» مسایل زیست محیطی و کیفیت آب می‌باشد که در قالب مهندسی رودخانه به آنها پرداخته می‌شود. در واقع مهندسی رودخانه محموعه اقداماتی است که در زمینه مطالعات (شناخت.» برنامه ریزی و طراحی)» ساخت سازه‌ها و بهره‌برداری به منظور مهار» کاهش خطرات و به حداقل رساندن تبعات منفی و همچنین بهسازی وضعیت آن در جمست تامین نیازهای بشری و حفظ محیط زیست صورت می گیرد. با توجه به ضرورت روز افزون استفاده بهینه از رودخانه های کشور و کاهش خطرات مرتبط نیاز به بهره گیری از ابزارهای مناسب بدیهی می نماید. با توجه به اهمیت مبحث فوق, امور آب وزارت نیرو در قالب طرح تهیه ضوابط و معیارهای فنی صنعت آب کشورء تهیه نشریه «راهنمای کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه» را با هماهنگی امور نظام فنی معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی رییس‌جمهور در دستور کار قرارداد و پس از تهیه آن را برای تایید و ابلاغ به عوامل ذینفع نظام فنی اجرایی کشور به این معاونت ارسال نمود که پس از بررسی, براساس ماده ۲۳ قانون برنامه و بودجه و آیین‌نامه استانداردهای اجرایی مصوب هیات محترم وزیران و طبق نظام فنی اجرایی کشور (مصوب ۴۲۳۳۹/ت ۳۳۴۹۷ مورخ ۱۳۸۵/۴/۲۰ هیات محترم وزیران) تصویب و ابلاغ گردید. بدین وسیله معاونت نظارت راهبردی از تلاش و جدیت رییس آمور نظام فنی جناب آقای مهندس غلامحسین حمزه مصطفوی و کارشناسان محترم امور نظام فنی و نماینده مجری محترم طرح تهیه ضوابط و معیارهای فنی صنعت آب کشور وزارت نیرو» جناب آقای مهندس محمد ابراهیم نیا و متخصصان همکار در امر تهیه و نهایی نمودن این نشریه» تشکر و قدردانی می‌نماید و از ایزد منان توفیق روزافزون همه‌ی این بزرگواران را آرزومند می‌باشد. امید است متخصصان و کارشناسان با ابراز نظرات خود درخصوص این نشریه ما را در اصلاحات بعدی یاری فرمایند. معاون نظارت راهبردی بهار ۱۳۹۱ -------- صفحهٔ بعد -------- تهیه و کنترل مجری: پژوهشکده مهندسی آب دانشگاه تربیت مدرس مولف اصلی: سیدعلی|کبر صالحی نیشابوری دانشگاه تربیت مدرس دکترای عمران - هیدرولیک اعضای گروه ترهیه کننده: محمد رضا سعیدی نژاد دانشگاه تربیت مدرس فوق لیسانس مهندسی آب سیدعلی|کبر صالحی نیشابوری دانشگاه تربیت مدرس دکترای عمران - هیدرولیک اکبر صفرزاده دانشگاه تربیت مدرس دکترای عمران - مهندسی آب سید محمد هادی مشکاتی دانشگاه تربیت مدرس دکترای عمران - سازه‌های هیدرولیکی علی نصراللهی دانشگاه تربیت مدرس دکترای عمران - مهندسی آب نرگس نظری دانشگاه تربیت مدرس فوق لیسانس مهندسی آب اعضای گروه نظارت: محمدابراهیم بنی‌حبیب دانشگاه تهران دکترای مهندسی عمران- آب علی اکبر عباسی مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی دکترای عمران - هیدرولیک خراسان رضوی کیاندخت کباری کارشناس آزاد لیسانس مهندسی راه و ساختمان مسعود منتظری نمین دانشگاه تهران دکترای عمران - هیدرولیک اعضای گروه تایید کننده (کمیته تخصصی مهندسی رودخانه و سواحل طرح تهیه ضوابط و معیارهای فنی صنعت آب کشور): محمود افسوس شرکت مهندسین مشاور سازه‌پردازی ایران ‏ فوق‌لیسانس مهندسی هیدرولیک محمدابراهیم بنی‌حبیب دانشگاه تهران دکترای مهندسی عمران- آب محمدحسن چیتی شرکت مهندسین مشاور ساز آب‌پردازان فوق‌لیسانس مهندسی سازه‌های آبی فریدون خزاعی انجمن شرکت‌های ساختمانی فوق‌لیسانس مهندسی راه و ساختمان آب کشور - وزارت نیرو شکور سلطانی شرکت مدیریت منابع آب دکترای مهندسی آب حسن سید سراجی دانشگاه صنعت آب و برق شهید عباسپور ‏ دکترای مکانیک سیالات حسام فولادفر موسسه تحقیقات آب فوق‌لیسانس مهندسی هیدرولیک سید کمال آلدین نوری وزارت کشور لیسانس مهندسی کشاورزی جبار وطن‌فدا وزارت نیرو فوق‌لیسانس مهندسی سازه‌های هیدرولیکی اعضای گروه هدایت و راهبردی پروژه: خشایار اسفندیاری رییس گروه آمور نظام فنی فرزانه آقارمضانعلی رییس گروه آمور نظام فنی ساناز سرافراز کارشناس منابع آب امور نظام فنی -------- صفحهٔ بعد -------- عنوان مقدمه فصل اول- کلیات ۱-۱- کلیات ۲-۱- مسایل مطرح در مهندسی رودخانه ۱-۲-۱- حفاظت سواحل ۲-۲-۱ مهار سیلاب ۳-۲-۱- اصلاح و بهسازی مسیر رودخانه ۴-۲-۱- هدایت و انحراف جریان ۵-۲-۱- کنترل فرسایش و رسوب‌گذاری ۶-۲-۱- فراهم نمودن شرایط کشتیرانی ۷-۲-۱- مسایل زیست‌محیطی و کیفیت آب ۳-۱- ضرورت مدل‌سازی و انواع مدل‌ها ۴-۱ مزایا و معایب انواع مدل‌سازی فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ۱-۲- کلیات ۲-۲- اهداف مدل‌سازی فیزیکی ۱-۲-۲- بررسی کیفی ۳-۲-۲ بررسی کمی ۳-۲- مدل‌های فیزیکی ۱-۳-۲- روابط پایه ۲-۳-۲ انواع مدل‌های فیزیکی و موارد کاربرد و محدودیت‌های آنها ۳-۳-۲- مسایل مطرح در انواع مدل‌های فیزیکی ۴-۳-۲- طراحی و کاربرد مدل‌های فیزیکی ۵-۳-۲- مدل‌های فیزیکی انواع سازه‌ها ۶-۳-۲- مدل‌های فیزیکی رودخانه‌ای ۴-۲ میکرومدل‌ها ۱-۴-۲- مقیاس میکرومدل‌ها ۱۱ ۱۳ ۱۳ ۱۳ ۱۳ ۱۳ ۱۳ ۱۶ ۳۸ ۳۱ ۳۹ ۳۳ ۸8( -------- صفحهٔ بعد -------- عنوان ۲-۴-۲ واسنجی میکرومدل‌ها ۳-۴-۲- طراحی میکرومدل‌ها ۴-۴-۲- وسایل اندازه‌گیری در میکرومدل‌ها ۵-۴-۲- نحوه ساخت میکرومدل فصل سوم - مدل‌سازی ریاضی ۱-۳- کلیات ۲-۳ اهداف مدل‌سازی ریاضی در مهندسی رودخانه ۱-۲-۳ بررسی پدیده‌های عمومی ۳-۲-۳ بررسی پدیده‌های موضعی ۳-۲-۳- روندیابی سیلاب ۴-۲-۳ بررسی اثر الگوی جریان رودخانه بر محیط پیرامون در شرایط مختلف جریان ۵-۲-۳- بررسی الگوی جریان» آبشستگی و رسوب‌گذاری در رودخانه‌ها و اطراف سازه‌های هیدرولیکی ۶-۲-۳- بررسی اثر الگوی جریان رودخانه و سازه‌های هیدرولیکی بر روی ریخت‌شناسی رودخانه ۷-۲-۳- بررسی مسایل زیست‌محیطی و کیفیت آب در رودخانه ۳-۳ انواع مدل‌های ریاضی ۱-۳-۳ تقسیم‌بندی براساس ابعاد مکانی ۳-۳-۳ تقسیم‌بندی براساس شرایط بستر و دیواره ۴-۲-۳- تقسیم‌بندی براساس تعداد کلاس‌های اندازه رسوب ۵-۲-۳- تقسیم‌بندی براساس مدل‌های انتقال رسوب ۶-۳-۳ تقسیم‌بندی براساس شرایط انتقال رسوب ۷-۳-۳- تقسیم‌بندی براساس روش محاسبه ۳-۳ مبانی مدل‌سازی ریاضی ۱-۴-۳- شبکه‌بندی میدان حل ۲-۴-۳ انتخاب گام زمانی ۳-۴-۳ معادللات حاکم بر میدان جریان ۴-۴-۳- مدل‌های آشفتگ ۲ ۲ 1۳ ۸۵ هه ۵۷ ۵۷ ۵۷ ۵۷ ۵۸ ۵۸ ۵۸ ۵۹ ۵۹ ۶۱ ۶۱ ۶۱ ۶۱ ۶۱ ای ۶۳ ۶۴ ۷۱ ۷۱ ۷۶ -------- صفحهٔ بعد -------- عنوان ۵-۴-۳ معادلات انتقال رسوب ۶-۳-۳- نحوه در نظرگیری شرایط مرزی در حل میدان جریان و انتقال رسوب ۷-۴-۳- روش‌های مختلف حل معادللات حاکم ۸-۳-۳ بهینه‌سازی مدل ریاضی ۹-۴-۳- تحلیل حساسیت مدل ۱۰-۴۳-۳- واسنجی و صحت‌سنحی ۵-۳- مدل‌های ارائه شده موجود ۱-۵-۳- برخی از مدل‌های ریاضی توسعه یافته برای مطالعات هیدرودینامیک و رسوب ۲-۵-۳ برخی از مدل‌های ریاضی موجود برای شبیه‌سازی کیفیت آب ۶-۳- معیارهای انتخاب مدل ریاضی ۱-۶-۳- کلیات ۲-۶-۳- کاربرد. مزایا و محدودیت‌های معادلات حاکم در انواع مدل‌های ریاضی ۳-۶-۳ معادلات حاکم بر بار بستر ۴-۶-۳- معادلات حاکم بر بار معلق ۵-۶-۳- ویژگی‌های موثر در انتخاب مدل‌های ریاضی ۶-۶-۳- سهولت دسترسی به مدل و نسخه به روز آن ۷-۳- معرفی چند نرم‌افزار مناسب برای بررسی پدیده‌های مرتبط در مهندسی رودخانه ۱-۷-۳- کلیات ۲-۷-۳- روندیابی سیلاب ۳-۷-۳ مدل‌سازی اثر الگوی جریان بر ریخت‌شناسی رودخانه ۴-۷-۳ مدل‌سازی اثر سازه‌های هیدرولیکی بر الگوی جریان و ریخت‌شناسی رودخانه ۵-۷-۳- مدل‌سازی الگوی جریان و آبشستگی و رسوب‌گذاری اطراف سازه‌های هیدرولیکی ۶-۷-۳- مدل‌سازی کیفیت آب در رودخانه و مسایل زیست‌محیطی ۸-۳ بررسی مزایا و محدودیت‌های نرم‌افزارهای معرفی شده ۱-۸-۳- مدل 81 - 57۸85 ۲-۸-۳ مدل ۲۳077810 ۳-۸-۳ مدل ۲۳077820 ۷۹ ۸۵ ۸٩۹ ۹۱ ۹۱ ۹۵ ۹۵ ۹۷ ۹۷ ۹۷ ۹۸ ۹۸ ۹ -------- صفحهٔ بعد -------- ۴-۸-۳ مدل ۲10۷/30 عنوان ۵-۸-۳- مدل [۳۲۷ل]ر ]۲ ۶-۸-۳ مدل ۷1۸[۱2ل7] ]۲۰ ۷-۸-۳- مدل 0051۸1153 ۸-۸-۳- مدل ۲1۳66 ۹-۸-۳ مدل ۲1۳۲-۳۸۹5 ۱۰-۸-۳- مدل ]۸11۳۴۳۱ ۱۱-۸-۳- مدل |۸۸]۳۳2 ۱۲۳۲-۸-۳ مدل 2۳ ۸1لا ۱۳-۸-۳- مدل 8.0 5۸15 ۱۳۴۳-۸-۳ مدل 5511۵ ۹-۳- چگونگی استفاده از نرم‌افزارهای معرفی شده ۱-۹-۳- کلیات ۳-۹-۳- روش‌های جمع‌آوری آمار و اطلاعات پایه در مطالعات مهندسی رودخانه ۳-۹-۳- آماده‌سازی داده‌های مورد نیاز ۴-۹-۳- کاربرد مدل‌ها منابع و مراجع ۱۷ ۱۸ ۱۸ ۱۹ ۱۱۰ ۱۱۰ ۱۱۰ ۱۱ ۱۲ ۱۲ ۱۲ ۱۳ ۱۳ ۱۳ ۱۱۴ ۱۱۵ ۱۳۳ -------- صفحهٔ بعد -------- فهرست شکل‌ها و نمودارها شکل ۱-۲- انواع انحراف‌ها در مدل کج ۵ شکل ۲-۲- تجهیزات اندازه‌گیری بده ۳ شکل ۳-۲- طرح شماتیک سرعت‌سنج ۳]۷] ۳۷ شکل ۳-۲- سرعت‌سنج صوتی "۳ شکل ۵-۲ - طرح شماتیک متغیرهای مورد بررسی در مطالعات آبشکن ۳ شکل ۶-۲- شکل کلی گردابه و پارامتر ۲ (شعاع گردابه) ۳ شکل ۷-۲- مراحل توزیع غلظت در رودخانه ۳۹ شکل ۸-۲- پخش جت در سطح سیال ۳ شکل ۹-۲- تغییرات پارامترهای بدون ۳,۱,5 ۹ شکل ۱۰-۲- دو نمونه از میکرومدل‌های آماده آزمایش ۵ شکل ۱-۲۳- مقایسه مدل تعادلی و غیرتعادلی در یک آزمون فرضی ۲ نمودار ۱-۳- ساختار کلی مدل‌های ریاضی در مهندسی رودخانه ً شکل ۳-۳- نمایی از مقطع عرضی مرکب با سیلابدشت ۵ شکل ۳-۳- شبکه‌بندی در یک مدل آبراهه یک بعدی ۵ شکل ۴-۳- نمایی شماتیک از یک شبکه آبراهه 1 شکل ۵-۳- موقعیت یک اتصال و مقاطع عرضی قبل و بعد از آن ۶۶ شکل ۶-۳- انواع سلول‌ها در حالت دو بعدی (مثلثی و چهارگوش) 5 شکل ۷-۳- انواع سلول‌ها در حالت سه‌بعدی 7۷ شکل ۸-۳- شبکه‌های با سازمان و بی سازمان ۹ شکل ۹-۳- شبکه بی سازمان در میدان جریان حول پایه پل واقع در کانال مستقیم ۸ شکل ۱۰-۳- شبکه با سازمان در میدان جریان الف- حول یک آبشکن واقع در کانال مستقیم» ب- جزییات اطراف آبشکن . ۶۸ شکل ۱۱-۳- شبکه‌های سه‌بعدی الف- بی‌سازمان» ب- باسازمان ۹ شکل ۱۲-۳- شبکه‌های متعامد و نامتعامد ۸ شکل ۱۳-۳- شبکه منحنی‌الخط متعامد برای میدان جریان در یک خم رودخانه ۹ شکل ۱۳-۳- تبدیل قلمرو فیزیکی با شبکه‌بندی منحنی‌الخط غیرمتعامد به قلمرو محاسباتی 8 شکل ۱۵-۳- آرایش‌های مختلف اتصال در شبکه چند بلوکی الف- تکه‌ای, ب- تطابق ساده, ج- تطابق پیچیده "۳ شکل ۱۶-۳- تعریف ابعاد دو سلول مجاور ۵ -------- صفحهٔ بعد -------- فهرست شکل‌ها و نمودارها عنوان شکل ۱۷-۳۲- مشخصات میدان در حالت متوسط گیری شده در عمق شکل ۱۸-۳- وضعیت یک مقطع عرضی شکل ۱۹-۳- محل مناسب برای در نظر گرفتن شرط مرزی خروجی شکل ۲۰-۳- استفاده از تقارن به منظور مدل‌سازی یک چهارم هواکش سه‌بعدی شکل ۲۱-۳- استفاده نامناسب از شرط مرزی تقارن شکل ۲۲-۳- نمونه‌ای از الگوریتم فرآیندهای مدل‌سازی شکل ۲۳-۳- نمونه برگه ارزیابی مدل شکل ۳ - ۲۴ - تغییرات نیمرخ طولی برای گودالی به عمق ۱ متر در ۲۵۰ متری پایین دست پل شکل ۲۵-۳- الگوی جریان شبیه‌سازی شده در رودخانه ۸10016۵7 آلمان به ازای بده ۱۶۴۴ متر مکعب بر ثانیه شکل ۲۶-۲- مقایسه نیمرخ طولی سطح آب برای بده ۱۶۴۴ متر مکعب بر ثانیه در رودخانه ۲۸00127 شکل ۲۷-۳- مقایسه نتایج حاصل از مدل عددی ۳1۵۲1 با نتایج آزمایشگاهی شکل ۲۸-۳ - مقایسه نتایج عددی و فیزیکی نیمرخ سطح آزاد جریان برای بده 1۲/۹ ۳۱۸ شکل ۳۹-۳- تاثیر گودال برداشت شن و ماسه بر نیمرخ طولی بستر شکل ۳۰-۳- رسوب‌گذاری در بستر رودخانه کارون و تشکیل جزایر رسوبی شکل ۳۱-۳- واسنجی هیدرولیکی مدل ریاضی 057۸145 شکل ۳۲-۳- واسنجی روابط رسوبی مختلف برای مقطع عرضی ایستگاه اهواز شکل ۳۳-۳- موقعیت بازه مطالعاتی» سد تنظیمی گتوند و شهر گتوند شکل ۳۴-۳- مقایسه نتایج به‌دست آمده از مدل‌های 6 - 11۳5۴ و 11۸5 -1۳۲] شکل ۳۵-۳- واسنجی مدل 3۸۹5 - 11۳2 با سیلاب دی ماه ۱۳۷۷ شکل ۳۶-۳- صحت‌سنجی هیدروگراف مشاهده‌ای و محاسباتی توسط مدل ۸5 - 11۳۳ دی ماه۱۳۷۶ شکل ۳ - ۳۷ - مقایسه مقادیر عمق متوسط جریان مشاهداتی و شبیه‌سازی شده در وسط بازه شکل ۳۸-۳- مقایسه مقادیر متوسط سرعت جریان مشاهداتی و شبیه‌سازی شده شکل۳۹-۳- مقایسه سرعت حاصل از مدل 21117۱1 با مقادیر سرعت متوسط حاصل از مدل 57/5 شهرست جدول‌ها ۷۳۴ ۷۵ ۸۷ ۸۸ ۸۹ ۹۳ ۱۰۳ ۱۱۶ ۱۱۷ ۱۱۸ ۱۱۹ ۱۳۰ ۱۳۱ ۱۳۲ ۱۳۲ ۱۳۳ ۱۳۳۴ ۱۳۵ ۱۳۵ ۱۳۶ ۱۳۸ ۱۳۹ ۱۳۰ ۱۳۰ -------- صفحهٔ بعد -------- عنوان جدول ۲-۲- مقیاس پارامترهای مهم جدول ۳-۲- ویژگی مقیاس فرودی در مدل‌های تغییر فرم نیافته جدول ۴-۲- ضریب زبری مانینگ در برخی از مواد جدول ۵-۲- معیار سنجش تلاطم در مدل جدول ۶-۲- خصوصیات مصالح معمول در مدل رسوب جدول ۷-۲- تعیین مقیاس زمان براساس نوع مدل جدول ۸-۲- مقیاس برخی از مدل‌های هیدرولیکی جدول ۹-۲- خصوصیات مصالح مورد استفاده در مدل‌سازی رودخانه جدول ۱۰-۲- تعیین ضرایب تشابه جدول ۱۱-۲- تعیین ضرایب تشابه برای عمق زیاد جدول ۱۳-۲- تعیین ضرایب روش گارد جدول ۱۴-۲- تعیین ضرایب روش کومورا جدول ۱-۳- ضرایب ثابت مدل ۵ع- | جدول ۲-۳- برخی از معادلات انتقال بار معلق جدول ۳-۳- روش های تعیین ضرایب طول تطبیق بار بستر و فاکتور تطبیق بار معلق جدول ۴-۳- برخی از معادلات انتقال بار بستر جدول ۵-۳- برخی از معادلات انتقال بار کل جدول ۶-۳- دامنه کلی واسنجی/ صحت‌سنحی جدول ۷-۳- برخی از مدل‌های هیدرودینامیک و رسوب جدول ۸-۳- برخی از مدل‌های کیفیت آب جدول ۹-۳- قابلیت مدل‌های معرفی شده ۱۳۴ ۱۵ ۱۷ ۲۳۳ ۳۸ ۳۸ ۳۵ ۴۶ ۴۶ ۳۷ ۳۷ ۷۸ ۸۱ ۸۳ ۸۳ ۸۳ ۹۳ ۹۵ ۹۶ ۱۰۶ -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- مقدمه ۱ مقدمه میدانی, فیزیک مساله در شرایط واقعی مورد بررسی قرار می‌گیرد که منجر به درک دقیقی از ویژگی‌های مرتبط با مساله می‌شود. اما با توجه به ابعاد وسیع مسایل مرتبط با مهندسی رودخانه, این روش مستلزم صرف هزینه و زمان زیاد است. از طرفی محدودیت ابزارهای در دسترس» شرایط منطقه مورد مطالعه وعدم تکرار وقایع با شرایط مشابه» مطالعات میدانی را با مشکل مواجه می‌سازد. از سوی دیگر کنترل شرایط حاکم بر سامانه‌ی واقعی (نظیر بازه‌ای از یک رودخانه) معمولا دشوار بوده و آندازه‌گیری پارامترهای حاکم نیز با پیچیدگی‌های فراوانی همراه است. علاوه بر آن بررسی تاثیر شرایط مختلف بر پدیده مورد مطالعه (نظیر تاثیر سیلاب‌های مختلف بر روند پدیده‌های فرسایش و رسوب‌گذاری در رودخانه‌هاء تأثیر وجود سازه‌های مختلف در مسیر جریان» تاثیر تخلیه پساب کارخانه‌ها بر روی کیفیت آب رودخانه, اثر الگوی جریان بر روی ریخت‌شناسی رودخانه, تاثیرات ناشی از اعمال روش‌های حفاظت سواحل بر هندسه و هیدرودینامیک جریان رودخانه, تاثیر روش‌های انحراف جریان بر روی رودخانه و پیرامون آن) در مقیاس واقصی به راحتی امکان‌پذیر نمی‌باشد. بدین علت شناخت و بررسی پدیده‌های فیزیکی» معمولا در حالت کلی به دو طریق زیر صورت - مدل‌سازی آزمایشگاهی یا فیزیکی - مدل‌سازی ریاضی در روش آزمایشگاهی, می‌توان از مدل در اندازه‌های نمونه اصلی برای پیش‌بینی مشخصات یک مجموعه استفاده کرد. اما در بیش‌تر موارد انجام چنین آزمایش‌هایی به علت بزرگ بودن اندازه‌های میدان» بسیار گران و اغلب غیرممکن است. لذا آزمایش‌ها روی مدل‌هایی با مقیاس کوچک‌تر انجام می‌شود. البته بالاا بودن هزینه‌های مربوط به تحهیزات آزمایشگاهی و محدودیت استفاده از دستگاه‌های اندازه گیری در بسیاری از مسایل عملی, از جمله دلایلی است که استفاده از روش‌های آزمایشگاهی را در مقایسه با روش‌های تئوریک محدود می‌سازد. محاسبات تئوریک, حاصل یک مدل‌سازی ریاضی می‌باشد. با توجه به پیجیدگی مسایل حرکت سیالات, فقط برای تعداد اندکی از مسایل عملی می‌توان به حل تحلیلی رسید. بنابراین در اغلب موارد برای حل تئوری این مسایل از روش‌های عددی استفاده می‌شود. البته خاطر نشان می‌کند که برای برخی از پدیده‌های فیزیکی حل ریاضی آنها تکمیل نشده است. بنابراین تلفیقی از مدل‌سازی شناخت توانایی‌ها و ضعف‌های مدل‌سازی‌های فیزیکی و ریاضی برای انتخاب صحیح یک روش مناسب ضروری است. به علت شباهت رفتار هیدرودینامیکی مدل فیزیکی با نمونه واقعی و نیز ضرورت مدل کردن جریان‌های پیچیده سه‌بسدی» هنوز مدل‌های فیزیکی کاربرد وسیعی دارند. بسیاری از پدیده‌ها دارای آن چنان پیچیدگی هستند که روابط ریاضی حاکم یا پیچیده بوده و یا هنوز حل عددی دقیق آنها امکان‌پذیر نیست. معمولا اطلاعات دقیق در مورد یک فرآیند فیزیکی توسط اندازه‌گیری‌ها به‌دست می‌آید. اما همچنان که گفته شد انجام آزمایش در یک مدل با مقیاس یک به یک خیلی گران بوده و یا شاید غیرممکن باشد. در استفاده از مدل‌های فیزیکی» مساله دقت و نحوه تعمیم نتایج به‌دست آمده از مدل به نمونه اصلی در تمام جنبه‌های مختلف مطرح می‌باشد. -------- صفحهٔ بعد -------- مدل ریاضی,» مدلی است که براساس روابط حاکم بر یک پدیده به‌وجود می‌آید. بنابراین تنها پدیده‌هایی را می‌توان مدل‌سازی نمود که اولا روابط ریاضی حاکم بر آن پدیده استخراج شده باشد و ثانیا روش قابل قبول و ابزار مناسبی برای حل روابط وجود داشته - هدف هدف از تدوین و ارائه این نشریه آشنایی با مبانی مدل‌سازی فیزیکی و ریاضی و اصول کاربرد آنها در مباحث مرتبط با مهندسی رودخانه به شرح زیرء می‌باشد: آشنایی با اصول و روابط مدل‌سازی فیزیکی * آشنایی با روش‌های ساخت مدل‌های فیزیکی ۹ آشنایی با محدودیت‌هاء مزایا و معایب مدل‌های فیزیکی ۹ آشنایی با روابط حاکم بر میدان جریان در رودخانه‌ها آشنایی با روابط حاکم بر انتقال رسوب در رودخانه‌ها * آشنایی با روش‌های مختلف عددی برای حل معادلات حاکم بر جریان و انتقال رسوب ۹ آشنایی با نرم افزارهای توسعه یافته در ارتباط با مهندسی رودخانه - دامنه کاربرد دامنه کاربرد این راهنما به موارد زیر محدود می‌شود: * عمدتا محدود به رسوبات غیرچسبنده 9 عمدتا محدود به رودخانه‌های غیر جزر و مدی * قابل استفاده برای جریان‌های دائم و غیردائم ۹ قابل استفاده برای مسایل مرتبط با تغییرات ریخت‌شناسی رودخانه ۹ قابل استفاده برای سازه‌های رودخانه‌ای -------- صفحهٔ بعد -------- فصل ۱ کلیات -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- فصل اول- کلیاتن ۱-۱- کلیات رودخانه یکی از عواملی است که همواره در پیدایش» تکامل و توسعه جوامع بشری نقش قابل توجهی داشته است. به نظر می‌رسد تامین آب برای آبیاری مزارع اصلی‌ترین انگیزه اقدامات اولیه در خصوص بهره‌برداری از رودخانه بوده است. امروزه رودخانه, علاوه بر تامین بخش قابل توجهی از آب مورد نیازء در زمینه فعالیت‌های گوناگون بشری نظیر تامین آنرژی و غذاء حمل و نقل» امکانات تفریحی و پاره‌ای دیگر از موارد توسعه اقتصادی و اجتماعی نقش مهمی را آیفا می‌کند. مهندسی رودخانه محموعه اقداماتی است که در زمینه مطالعات (شناخت» برنامه‌ریزی و طراحی)» ساخت سازه‌ها و بهره‌برداری به منظور مهار» کاهش خطرات و به حداقل رساندن تبعات منفی و همچنین بهسازی وضعیت آن در جهت تامین نیازهای بشری و حفظ محیط زیست صورت می‌گیرد [۱] ان اقدامات اهداف مختلفی نظیر مهار سیلاب؛ اصلاح و پهسازی مسیر رودخانه, هدایت و اتصراف جریان, کنشرل فرسایش و رسوب‌گذاری» فراهم نمودن شرایط کشتیرانی» مسایل زیست‌محیطی و کیفیت آب را تامین می‌کند. در بخش‌های بعد در مورد هریک از موارد فوق توضیحات بیش‌تری ارائه شده است. ۱-۲-۱ حفاظت سواحل به‌طور کلی روش‌های بسیاری برای حفاظت سواحل رودخانه وجود دارد و تعیین موثرترین روش در یک منطقه خاص به عوامل متعددی بستگی دارد که عمده‌ترین آنها عبارتند از مواد تشکیل‌دهنده بستر و ساحل» ریخت‌شناسی» هیدرولوژی و هیدرولیک رودخانه؛ ارزش زمین‌ها و ابنیه در محدوده مورد حفاظت. هزینه‌های حفاظت, سرعت فرسایش» جریان آب زیرزمینی» افت ناگهانی سطح آب رودخانه, قابلیت دسترسی به مصالح مصرفی و وجود نیروی کارآمد و متخصص. اقدامات حفاظت سواحل رودخانه را می‌توان به طور کلی به دو دسته مستقیم و غیرمستقیم تقسیم کرد: - روش‌های حفاظت مستقیم اقداماتی است که مستقیما روی کناره‌های رودخانه انجام گرفته تا مانع فرسایش و تخریب آن توسط جریان آب» اثر موج و غیره گردد. این اقدامات به‌وسیله احداث پوشش‌هاء دیوارهای حایل و پوشش‌های گیاهی صورت می‌گیرد. - حفاظت غیرمستقیم محموعه اقدامات حفاظتی است که مستقیما روی کناره‌ها آنجام نمی گیرد. بلکه در داخل رودخانه و به منظور کاهش قدرت تخریبی جریان از طریق انحراف جریان از ساحل, کاهش سرعت جریان یا فراهم آوردن موجبات ته نشست رسوبات در مقابل کناره‌ها انجام می‌شود. احداث آبشکن‌هاء پره‌هاء صفحات مستغرق و خاکریزها نمونه‌هایی از کارهای حفاظتی می‌باشد [۲]. -------- صفحهٔ بعد -------- ۲-۲-۱- مهار سیلاب سیل یا سیلاب عبارتست از جریان زیاد (غیرعادی) آب در سطح زمین» داخل رودخانهء در سیل‌راه» در دریاچه یا در منطقه ساحلی که منجر به اثرگذاری قابل توجه شود [۳]. - اقدامات سازه‌ای عبارتند از احداثت گوره‌ها و9 دیوارهای ۳ سیلبند"» بهسازی آبراه» انحراف سبلاب. احدات حو ضجه‌های ۰ ۰ ۰ ۰ 9 ات ۲ ۱ ۰ ۳ تاخیری و فراهم نمودن اراضی ویژه ذخیره سیلاب و مخازن تسکین سیلاب - اقدامات غیرسازه‌ای عبارتند از مدیریت کاربری اراضی , ساماندهی اماکن و پاکسازی سیلابدشت"" بهسازی شرایط حوضه تخلیه مناطق در خطرء سیل‌ستیزی,» امداد رسانی بعد از سیلاب» بیمه سیل و سازگاری با سیلاب [۳]. ۳-۳-۱ اصلاح و بهسازی مسیر رودخانه اصلاح و بهسازی مسیر رودخانه با استفاده از روش‌های زیر قابل انجام می‌باشد: - پاکسازی مسیر رودخانه از عوامل و موانع موجود در بستر و سیلابدشت - اصلاح ساختار هیدرولیکی سازه‌های موجود در رودخانه و همچنین اصلاح مقطع و مشخصه‌های هندسی مجرای رودخانه - حذف پیجانرودها با ایجاد میانبر مناسب برای افزایش ظرفیت انتقال رودخانه - تثبیت و کنترل شاخه‌های پر رسوب رودخانه - تثبیت کناره‌ها و شیب‌های ناپایدار با استفاده از احداث سازه‌های مناسب - تثبیت بستر رودخانه توسط روش‌های متداول 2-۳-۱ هدایت و انحراف جریان انحراف جریان رودخانه از طریق ایجاد مجرای خروجی به منظور عبور جریان‌های مازاد صورت می‌گیرد. عمده‌ترین روش‌های انحراف جریان به قرار زیر می‌باشند [۳۱]: - انحراف به زمین‌های پست و یا کم ارزش - انحراف بین حوضه‌ای (انحراف به رودخانه محاور) د[[۵ ۷۷ ۳1۵0۵0 200 ۵عع۷] -| ۸۵3 50۵۳۵26 ۳1000 200 صزحدظ 1۵۳۵۵۵ -2 5 31111221100 ۳100۵0 -3 1 لآ 0۵ه]آ -4 6 ۷۷۵۷ 1۳1000 200 0و۸ ۳۲۵۵۵۳۷ -5 -------- صفحهٔ بعد -------- فصل اول- کلیات ۷ ۵-۳-۱- کنترل فرسایش و رسوب‌گذاری فرسایش و رسوب‌گذاری در سواحل و بستر و اطراف سازه‌های موجود در رودخانه‌ها یکی از معضلات عمده در رودخانه‌ها می‌باشد. ساخت سازه‌های هیدرولیکی, برداشت شن و ماسه از بستر و یا ایحاد تغییرات به‌منظور دستیابی به اهداف مورد نظر در رودخانه باعث تغییر در الگوی جریان رودخانه شده که در نهایت موجب فرسایش و رسوب‌گذاری در بخش‌های مختلف رودخانه می‌شود. بنابراین یکی از پارامترهای مهم در طراحی این سازه‌ها و یا ایجاد تغییرات مورد نظرء تخمین مقدار فرسایش و رسوب‌گذاری در قسمت‌های مختلف رودخانه و سیلابدشت و کنترل آن می‌باشد. ۹-۲-۱ فراهم نمودن شرایط کشتیرانی برای دستیابی به عمق مناسب برای کشتیرانی می‌توان از راه‌های زیر استفاده نمود: - استفاده از مخازن ذخیره‌ای در بالادست برای زمان‌های کم آبی - استفاده از سازه‌های حفاظت دیواره برای جلوگیری از مهاجرت پیچانرودهاء. کاهش عرض رودخانه برای افزایش عمق جریان و ثابت کردن دیواره‌های رودخانه [۲۲] - کنترل رسوب‌گذاری در بستر رودخانه و جلوگیری از کم عمق شدن آن ۷-۲-۱- مسایل زیست‌محیطی و کیفیت آب لازم به توجه است که هر گونه فعالیت در زمینه مهندسی رودخانه تغییراتی را در محیط زیست منطقه در بر خواهد داشت. برای مثال اقدامات زیربنایی اولیه نظیر خاکبرداری و تغییر مسیر رودخانه» پسماندهای مهم تولید شده در هریک از مراحل طرح مانند آلاینده‌های هواء مواد زاید کارگاه‌هاء آلودگی‌های صوتی و ارتعاشات از جمله موارد تخریب و تغییر محیط زیست می‌باشند که با توجه به درجه اهمیت آنها باید در مطالعات طرح لحاظ شوند. شناخت آلاینده‌های رودخانه‌هاء شبیه‌سازی و پیش‌بینی آلودگی در آنها و مسایل آلودگی‌های محیطی و همچنین تعیین غلظت آلودگی برای طراحی تاسیسات حفاظت از محیط زیست اموری ضروری می‌باشند. ۳-۱- ضرورت مدل‌سازی و انواع مدل‌ها در بندهای قبل مسایل مرتبط با مهندسی رودخانه بیان شد. بررسی هریک از موارد مذکور با توجه به پیچیدگی آنها نیازمند مطالعه و بررسی گسترده است. در این زمینه استفاده از گزینه‌های مطالعات میدانی» مدل‌های آزمایشگاهی و مدل‌سازی عددی مطرح می‌شود. شناخت دقیق یک فرآیند فیزیکی توسط اندازه‌گیری پارامترهای حاکم بر آن در مقیاس واقعی امکان‌پذیر است. در مطالعات میدانی؛ فیزیک مساله در شرایط واقعی مورد بررسی قرار می‌گیرد که منجر به درک دقیقی از ویژگی‌های مرتبط با مساله می‌شود. اما با توجه به ابعاد وسیع مسایل مرتبط با مهندسی رودخانه این آمر» مستلزم صرف هزینه و زمان زیاد است. از طرفی محدودیت ابزارهای در دسترس,» شرایط منطقه مورد مطالعه و عدم تکرار وقایع با شرایط مشابه, مطالعات میدانی را با مشکل مواجه می‌سازد. از سوی دیگر کنترل شرایط -------- صفحهٔ بعد -------- ۸ راهنما ی کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه حاکم بر سامانه‌ی واقعی (نظیر بازه‌ای از یک رودخانه) معمولاا دشوار بوده و اندازه‌گیری پارامترهای حاکم نیز با پیچیدگی‌های فراوانی همراه است. علاوه بر آن» بررسی تاثیر شرایط مختلف بر پدیده مورد مطالعه (نظیر تاثیر سیلاب‌های مختلف بر روند پدیده‌های فرسایش و رسوب‌گذاری در رودخانه‌هاء تاثیر وجود سازه‌های مختلف در مسیر جریان» تاثیر تخلیه پساب کارخانه‌ها بر روی کیفیت آب رودخانه اثر الگوی جریان بر روی ریخت‌شناسی رودخانه, تاثیرات ناشی از اعمال روش‌های حفاظت سواحل بر هندسه و هیدرودینامیک جریان رودخانه» تاثیر روش‌های انحراف جریان بر روی رودخانه و پیرامون آن) در مقیاس واقعی به راحتی امکان‌پذیر نمی‌باشد. بدین علت شناخت و بررسی پدیده‌های فیزیکی» معمولاا در حالت کلی به دو طریق زیر صورت می‌گیرد: - مدل‌سازی آزمایشگاهی یا فیزیکی - مدل‌سازی ریاضی در روش آزمایشگاهی» می‌توان از مدل در اندازه‌های نمونه اصلی برای پیش‌بینی مشخصات یک مجموعه استفاده کرد. اما در بیش‌تر موارد انجام چنین آزمایش‌هایی به علت بزرگ بودن اندازه‌های میدانء بسیار گران و اغلب غیرممکن است. لذا آزمایش‌ها روی مدل‌هایی با مقیاس کوچک‌تر انجام می‌شود. البته بالا بودن هزینه‌های مربوط به تجهیزات آزمایشگاهی و محدودیت استفاده از دستگاه‌های اندازه‌گیری در بسیاری از مسایل عملی, از جمله دلایلی است که استفاده از روش‌های آزمایشگاهی را در مقایسه با روش‌های تئوریک محدود می‌سازد. محاسبات تئوریک. حاصل یک مدل‌سازی ریاضی می‌باشد. با توجه به پیچیدگی مسایل حرکت سیالات. فقط برای تعداد اندکی از مسایل عملی می‌توان به حل تحلیلی رسید. بنابراین در اغلب موارد برای حل تئوری این مسایل از روش‌های عددی استفاده می‌شود. البته باید در نظر داشت که برای برخی از پدیده‌های فیزیکی» حل ریاضی آنها تکمیل نشده است. بنابراین تلفیقی از مدل‌سازی فیزیکی و ریاضی برای شناخت این پدیده‌ها مورد نیاز است. 2-۱- مزایا و معایب انواع مدل‌سازی شناخت توانایی‌ها و ضعف‌های مدل‌سازی‌های فیزیکی و ریاضی برای انتخاب صحیح یک روش مناسب ضروری است. به علت شباهت رفتار هیدرودینامیکی مدل فیزیکی با نمونه واقعی و نیز ضرورت مدل کردن جریان‌های پیچیده سه‌بسدی, هنوز مدل‌های فیزیکی کاربرد وسیعی دارند. بسیاری از پدیده‌ها دارای چنان پیچیدگی هستند که روابط ریاضی حاکم یا پیچیده بوده و یا هنوز حل همچنان که گفته شد انجام آزمایش در یک مدل با مقیاس یک به یک خیلی گران بوده و یا شاید غیرممکن باشد. در استفاده از مدل‌های فیزیکی, مساله دقت و نحوه تعمیم نتایج به‌دست آمده از مدل به نمونه اصلی در تمام جنبه‌های مختلف مطرح می‌باشد. مدل ریاضی, مدلی است که براساس روابط حاکم بر یک پدیده به‌وجود می‌آید. بنابراین تنها پدیده‌هایی را می‌توان مدل‌سازی نمود که اولا روابط ریاضی حاکم بر آن پدیده استخراج شده باشد و درثانی روش قابل قبول و ابزار مناسبی برای حل روابط وجود داشته باشد. یک مدل ریاضی دارای مزایایی است که در زیر ارائه شده است [۴] و [۵]: - مهم‌ترین امتیازء هزینه پایین آن است. در بیش‌تر کاربردهاء هزینه به کاربردن یک مدل ریاضی به مرانب کم‌تر از -------- صفحهٔ بعد -------- - نتایج حاصل شده به سرعت به‌دست می‌آیند, به‌طوری که بررسی تاثیر هر یک از متفیرها در یک پدیده خاص, خیلی سریع و آسان بوده و می‌توان در زمان کوتاه یک طرح بهینه را به‌دست آورد. - در یک مدل‌سازی ریاضی, خیلی از شرایط واقعی مساله به راحتی قابل شبیه‌سازی است. - امکان شبیه‌سازی شرایط ایده‌آل, به‌طوری که فقط روی پارامترهای محدودی تمرکز شده و بقیه جنبه‌ها حذف شود.ء وجود دارد. با این حال سهولت کاربرد و دقت نتایج به‌دست آمده از مدل‌سازی ریاضی بستگی به مدل و روش‌های عددی مورد استفاده دارد. برای برخی مسایل که دارای پیچیدگی‌های زیادی است. به‌دست آوردن حل عددی دشوار بوده یا بسیار گران خواهد بود. همچنین برخی از پدیده‌های فیزیکی دارای بیان ریاضی مناسبی نیستند. مدل‌های ریاضی با توجه به نحوه توسعه و بهره برداری» به دو نوع تجاری و غیر تجاری تقسیم می شوند. یکی از معایب مدل‌های ریاضی تجاری نداشتن متن برنامه است» به‌طوری که اگر اشکالی وجود داشته باشدء ممکن است نتوان آن‌را رفع نمود یا مدل را برای شرایط مورد نظر تغبیر داد. شناخته شده» به‌کار بردن مدل ریاضی مفیدتر خواهد بود. حتی در این شرایط نیز برای تعیین اعتبار باید نتایج به‌دست آمده از مدل ریاضی با داده‌های آزمایشگاهی و یا میدانی مقایسه شده و از طرفی صحت نتایج مدل‌های ریاضی و فیزیکی باید به وسیله داده‌های میدانی مورد تایید قرار گیرند. بنابراین یک مدل خوبء مدلی است که نتایج حاصل از آن تا حد قابل قبولی به واقعیت نزدیک باشد و به استناد داده‌های میدانی و آزمایشگاهی صحت‌سنجی شده باشد. حاصل شود. البته سهم هر یک از این دو در ترکیب پیشنهادی بستگی به طبیعت مساله, اهداف شبیه‌سازی» مسایل اقتصادی و شرایط خاص پدیده مورد نظر دارد. در ادامه به مدل‌های فیزیکی و ریاضی و استفاده هر یک از آنها در مباحث مهندسی -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- مدل‌های فیزیکی و میگرومدل‌ها -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ۳ ۱-۳ کلیات مطالعه و بررسی کامل پدیده‌های طبیعی با عوامل متعدد در عمل بسیار مشکل است. لذا لازم است با حذف عوامل کم‌اهمیت‌تر و در نظر گرفتن عوامل موثرتر» مساله واقعی اولیه" (نمونه اصلی) را با یک مساله ساده‌تر به نام مدل که تعداد عوامل آن محدود است. جایگزین کرده و نتایج بررسی آن را به مساله واقعی تعمیم داد. حذف عوامل کم اهمیت باید براساس فرضیات معقول صورت گیرد. مهم‌ترین انگیزه در مدل کردن پدیده‌هاء تشخیص و تعیین حداقل تعداد عوامل موثر و قابل بررسی نمودن پدیده‌هاست. عوامل حاکم بر آن» بتوان از آن بهره‌برداری مناسب نمود [۶]. ۲-۲- اهداف مدل‌سازی فیزیکی ۱-۲-۲- بررسی کیفی مساله توجه بیش‌تری می‌شود. ۲-۲-۲۳ بررسی کمی مهم‌ترین وظیفه یک مدل فیزیکی آن است که کمیت‌های مختلف از یک پدیده واقعی را با کم‌ترین خطا و به بهترین صورت ارائه دهد. هر چقدر, داده‌های " وسیع‌تر و دقیق‌تری وجود داشته باشد, بررسی کمی مدل مورد نظر موفق‌تر خواهد بود [۷] ۳-۲- مدل‌های فیزیکی ۱-۳-۲ روابط پایه ۱-۱-۳-۲ معادلات حاکم برای آن که مدل یک پدیده بتواند نمایانگر رفتار مساله اصلی باشد.ء لازم است فیزیک حاکم بر مدل و نمونه اصلی یکسان باشد. در این صورت تشابه هیدرولیکی بین آن دو برقرار است. منظور از تشابه هیدرولیکی» برقراری تشابه هندسی» سینماتیکی و دینامیکی است که باید به طور هم‌زمان در مدل و نمونه اصلی برقرار باشد [۲۳]. ۱-006 4 -2 -------- صفحهٔ بعد -------- ۸3 راهنما یکاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه از آن‌جا که نیروهای موثر بر پدیده در شکل‌دهی آن کاملا موثر می‌باشند. یکی از موارد اصلی در مدل‌سازی فیزیکی» ضرورت پدیده‌های مختلف شناخته شود. نیروهای موثر در پدیده‌های هیدرولیکی با معادلات ابعادی آنها در جدول (۱-۲) ارائه شده است. نیروی اینرسی همیشه در تمام پدیده‌ها وجود دارد و براساس این که چه نیروهای دیگری در پدیده مورد مطالعه تاثیر بیش‌تری دارند و با توجه به نسبت آن نیروها به نیروی اینرسی قوانین تشابه به‌صورت زیر استخراج می‌شوند. در تمام روابط زیر منظور از ۷3 مدل و منظور از 0 نمونه اصلی می‌باشد که نسبت این دو با ۲ نشان داده شده است. - زمانی که نیروی ثقل غالب باشد: عدد فرود (۱-۲) رد ولا اج الا 5۱ ص [وو اع ]1 ی 7 ج جریان‌های خروجی از روزنه‌ها و جریان‌های تحت نقل - زمانی که نیروی لزجت غالب باشد: عدد رینولدز ۷1 ۲۳ ۲۳ مد (8)» 8 1 10 ] و 1 ۳ کاربرد: در سازه‌های کاملا مستغرق (زیر دریایی» هواییماء ...4 لوله‌هاء پمپ و توربین‌ها و جریان‌های تحت فشارء محاسبه نیروی پسا" - زمانی که کشش سطحی غالب باشد: عدد وبر 8 ام علی) مرا با 1 کاربرد: در جت‌های کوچک. امواج ثقلی کوچک» جریان با تیغه نازک در سرریز (عمق کم جریان روی سرریز) 8 -| -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ای ۷ ۷ ۲۳ ۲۳ (۴-۲) 4۵ اس اد اس اج الشات ال ] 9 172 9 ۲۳ ۳ 11 ی کاربرد: در جریان‌های ناپایدار سریع (ضربه قوچ)» آزمایش موشک‌ها - زمانی که نیروی فشار غالب باشد: عدد اولر (۵-۲) ۱11 ج‌ سس | سس مج سا بش ۳ ۲۸۵ 7 : کاربرد: در توزیع فشار روی دیواره کناره سازه (مثل کشتی)» مدل بادیزن‌ها یا فن‌ها در روابط بال" ۷: نشان‌دهنده سرعت. با: بعد طول,» م: چگالی, «: لزجت سینماتیکی, تا ضریب الاستیسته» 6: کشش سطحی و۸۳ اختلاف فشار می‌باشد. جدول (۲-۲) مقیاس پارامترهای مهم در صورت استفاده از برخی اعداد بدون بعد را نشان می‌دهد [۲۳]. جدول ۳-۲- مقیاس پارامترهای مهم 7 5 3 1 1 ایا وا حول اوه اک 3 2 2 1 0 ار الا در لا ا 0 از 3 ۳-۱-۳-۲ آنالیز ابعادی روابط حاکم بر بسیاری از پدیده‌های هیدرولیکی را نمی‌توان به‌طور مستقیم از قوانین حاکم بر حرکت سیالات و تشوری‌های موجود نظیر قوانین بقای جرمء انرژی و مومنتوم به‌دست آورد. در چنین مواردی سعی می‌شود تا برای استخراج رابطه ریاضی حاکم بر چنین پدیده‌هایی» ابتدا کلیه متغیرهایی که در به‌وجود آوردن آن پدیده نقش دارندء مشخص کرده سپس با برقرار کردن یک رابطه بین آزها پدیده مورد نظر را مورد بررسی قرار داد. برای این منظور از آنالیز ابعادی استفاده می‌شود. محاسن این روش عبارتند از: - منحنی‌های طراحی مفید ارائه می‌دهد. روابط بدون بعد کار آمد تعیین می‌کند که برای سامانه‌های مختلف اندازه گیری صدق می‌کند. - به طراحی تعداد و نوع آزمایش‌ها کمک می‌کند. در آنالیز ابعادی ابتدا متغیرهای موثر بر پدیده مشخص می‌شوند. سپس تلاش می‌شود این عوامل در قالب اعداد بدون بعد مناسب با یکدیگر ترکیب شوند تا نهایتا با برقراری رابطه یا روابطی بین این اعداد بدون بعد امکان تحلیل نتایچ فراهم گردد. اگر چه باور عمومی آن است که آنالیز ابعادی ابزاری مناسب برای روش‌های آزمایشگاهی است. اما کاربرد آن در موارد کاملا تحلیلی نیز زیاد است. هر چه تعداد عوامل موثر در پدیده مورد نظر بیش‌تر باشد.ء کاربرد این روش ضروری‌تر است. -------- صفحهٔ بعد -------- نط راهنما ی کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه روش‌های مختلفی برای آنالیز ابعادی وجود دارد که از آن میان دو روش مهم عبارتند از: - روش رالی - روش باکینگهام اگر تعداد متغیرها کم باشد (حدود ۴ متغیر) روش رالی مناسب است. ولی اگر تعداد بیش‌تر شد باید از روش باکینگهام استفاده شود [۳۴] روش دوم که کارآمدتر است در زیر شرح داده می‌شود: - روش باکینگهام, ( 7۲ باکینگهام) مراحل این روش عبارتند از: شناسایی متغیرهایی که در پدیده دخالت دارند (0) انتخاب متغیرهای تکراری براساس ابعاد اصلی (10)» تشکیل گروه بدون بعد با تلفیق یکی از متغیرهای باقی‌مانده با متغیرهای تکراری (10-) تعداد ابعاد اصلی - تعداد متغیرها < تعداد گروه متغیرها < 11 -11 در هر گروه یک نمای مجهول برای هر متغیر تعبین شده و به‌جای هر متغیرء ابعادش قرار می‌گیرد. هر گروه با یک 7 نشان داده می‌شود. برای هر یک از 12 ها باید جمع نماهای هر یک از ابعاد برابر صفر باشد. معادلات نماها حل شده و مقادیر به‌دست آمده را در گروه اصلی قرار می‌دهند تا پارامترهای بدون بعد نهایی به‌دست آید. در انتخاب متغیرهای تکراری باید نکات زیر رعایت شود [۲۴]: * بعدی که معرف هندسه جریان باشد انتخاب شود (مثل طول) ۲-۳-۲- انواع مدل‌های فیزیکی و موارد کاربرد و محدودیت‌های آنها ۱-۳-۳-۲ تقسیم‌بندی براساس مقیاس مدل - مدل تغییر فرم نیافته" (مستقیم) یا مدل تک مقیاس مدل‌های تک مقیاس معمولی‌ترین و ساده‌ترین نوع مدل‌های فیزیکی می‌باشد که در آن تمام مقیاس‌های طولی مثل طول, عرض و عمق دارای مقدار یکسانی هستند. اگر در مساله مورد نظر محدودیت‌هایی نظیر فضاء امکانات و هزینه وجود نداشته باشد. باید از مدل تک مقیاس استفاده شود. در ادامه و با توضیح مدل‌های کج یا تغییر فرم یافته " تفاوت‌ها و مزایای این دو نوع مدل نسبت به هم آشکار می‌شود. ضعف مدل‌های تک مقیاس در مدل‌های رودخانه‌ای مشخص می‌شود. این ضعف‌ها عبارتند از: * مشکل اندازه‌گیری در مدل وقتی که عمق و سرعت در مدل خیلی کوچک هستند. |۱106 0ع10۳1د7۳01] -| [۱/100 01410۲1۵۵0 -2 -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ۷ ۹ ممکن است عدد رینولدز از حد معین آن برای داشتن جریان متلاطم کم‌تر شود. ۹ دستیابی به زبری‌های کوچک باعث بروز مشکل می‌شود.ء زیرا مقدار افت اصطکاکی (۲) برای عدد رینولدز بالا فقط تابع زبری نسبی است. با شرایط یکسان (1) در مدل و نمونه اصلی, کم شدن عدد رینولدز در مدل به کاهش زبری نسبی منجر می‌شود. در نتیجه جریان با جدار زبر در نمونه اصلی به جریان با جدار صاف در مدل تبدیل شده و به‌کلی ماهیت جریان عوض می‌شود. این امر موجب می‌شود که مقاومت حاصل از لزجت نیز علاوه بر مقاومت ناشی از اصطکاک ظاهر شود. در این منطقه ضریب ربری مانینگ )0( علاوه بر آن که تابع زبری نسبی است. تأبع لزجت و ی عدد ریئولدز نیز می‌باشد. به منظور غلبه بر این مشکلات یک راه حل آن است که مدل با مقیاس بزرگ‌تر ساخته شود که در بسیاری موارد غیر عملی است و راه دیگر آن است که مدل با دو مقیاس ساخته شود. در جدول (۳-۲) ویژگی مقیاس فرودی برای مدل‌های غیر کج ارائه شده است. جدول ۳-۲- ویژگی مقیاس فرودی در مدل‌های تغییر فرم نیافته 5 1 1 5 [ - مدل تغییر فرم یافته یا مدل کج رودخانه به طول چند کیلومتر و عمق چند مترء برای بر طرف کردن این ضعف‌ها و صرفه‌جویی در فضا و هزینه‌های طرح و رعایت معمولا نسبت مقیاس‌های طولی به عرضی یا عمقی ( ۶ با < ب6) بین ۵ الی ۱۰ می‌باشد. در این مدل‌ها هر چند ساخت ]7 6 مدل راحت‌تر است. ولی تحزیه و تحلیل داده‌ها مشکل‌تر می‌باشد. در این مدل‌هاء بین مقیاس پارامترهای مختلف. مقیاس ارتفاع ( ,10) و مقیاس طولی (,.])» روابط (۶-۲) و (۷-۲) برقرار می‌باشد [ ۲۳ |: 1 (۶-۲) مقیاس سرعت درل ۷۳ ره ۷ 120 ما م5 ۷-۲ مقیاس شیب مس سم سا با استفاده از رابطه مانینگ و فرض عریض بودن رودخانه و تساوی مقیاس طولی و عمقی مقیاس زبری از رابطه (۸-۲) تعیین می‌شود. با فرض عریض بودن رودخانه و تساوی مقیاس قائم و افقی در مدل» رابطه (۸-۲) به صورت رابطه (۹-۲) ساده خواهد شد: ۱1 (۸-۲) دم 6( 12) > 0 -------- صفحهٔ بعد -------- این مدل‌های دارای محاسنی می‌باشند که عبارتند از: * دقت بیش‌تر در اندازه‌گیری ابعاد قائم مدل مانند تراز سطح آب و سرعت ۹ کاهش هزینه‌های مدل به علت کاهش طول و یا عرض مدل * تامین نیروی رانش مورد نیاز جچهت حرکت مواد بستر در مدل‌های با بستر متحرک حذف و یا به حداقل رساندن نیروی کشش سطحی * ساده شدن بهره‌برداری مدل به علت کوچک‌تر شدن آن با وجود مزایای بیان شده برای مدل‌های کج این مدل‌ها دارای معایبی نیز می‌باشند که عبارتند از: * توزیع سرعت به علت زبری اضافی در جدار و توزیع فشار به علت تغییر شیب حاصل از مقیاس قائم به مقدار زیادی انحراف یافته و نمی‌توان مقدار و جهت آن را نسبت به نمونه اصلی به طور صحیح تفسیر نمود. * حرکت و تاثیر موج را نمی‌توان در نظر گرفت. * تعمیم نتایج به راحتی ممکن نیست. زبری جداره باید برای شبیه‌سازی تغییر کند. در مجموع باید در استفاده از مدل کج در موارد زیر دقت بیش‌تری لحاظ شود: جریان‌های ثانویه ۹ گردابه‌ها جداشدگی در شیب‌ها * توزیع جانبی جریان ضریب اصطکاک * اندازه‌گیری بده جریان که در صورت عدم دقت با خطا محاسبه می‌شود نکته مهم دیگر این است که تغییر مقیاس فقط در طول و عرض نمی‌باشد. پارامترهایی مثل سرعت. سرعت سقوط درات. چگالی و زمان نیز می‌توانند دچار انتحراف شوند. همان‌طور که در بخش‌های قبل اشاره شد مدل کج در مقابل مدل تغییر فرم نیافته از پیچیدگی‌های بیش‌تری برخوردار است. در این گونه مدل‌ها علاوه بر مقیاس» مسایل مختلف دیگری ممکن است دچار انحراف شوند که مطلوب نبوده و باید به آنها توجه ویژه شود. در شکل (۱-۲) چهار نوع از این انحراف‌ها نشان داده شده است که عبارتند از [۲۴]: در اثر بزرگ‌تر بودن مقیاس قائم» در زبری کف بزرگ‌نمایی می‌شود که باعث بروز خطا می‌گردد. * در صورت وجود جت. ضخامت آن به طور غیرحقیقی زیاد می‌شود. شکل گردابه‌ها تغییر کلی می‌کند. * _چون شکل کلی برآمدگی کف (در صورت وجود) بزرگ‌تر می‌شود. اثر گردابه‌های پشت مانع باعث ایجاد خطا می‌شود. -------- صفحهٔ بعد -------- فقصل دوم - مد - مدل با پس اهداف مد ره رهای فیزیکی و میکرومدل‌ها دی ۹ د مقشادیه مدل یک مارد ۳ < کر لاد سا درا ری وود ل ۵53 ۵ 6۵ هه ۵ و و و وه لممهم منم نی نی می‌ یی یممی او و وا و جاور وا واه وی کون و و وود ود جاگ و 900 ‎۵٩‏ 0 و ۵ ‎09٩‏ و و و و و و و ون اد جاگ ۱ اف این رد ۱ َ هه 8 یه مخ هه همه اه هه هه همه یرجه داح میس 1 99 و مو و ۶ 9 و و و و و موم و و موی نههمم مهم ممممممممی ینعی شا تیا وه ۱۶۱۵:۵339 موه نیک این رک ار ینب رد هه مش 6 و 96 006 0و و وا کون 0 رش هی یه ۹ رت ارم مود ام 7 را گم ابیت ۰ ۰ جح ی یخی یکی ی ‎٩‏ هه ۰.... نخمممهممممم مت .0 ی ار ییا تا 0 اه ع ار کی ی مار ۷ ۱ سره زک ع از بسح شکل ۱-۲- انواع انحراف‌ها در مدل کج [۲۶] تقسیم‌بندی براساس نوع بستر ر هدف از مطالعه, بررسی مسایلی مثل آبشستگی, تغییرات ریخت‌شناسی و انتقال رسوب باشد» تغییرات ش اهمیت ویژه دارد (بستر متحرک)» ولی اگر هدف از مطالعه» بررسی شکل کلی جریان و توزیع سرعت بان ل‌های با بستر ثابت عبارتند از: ین توزیع و الگوی جریان سطح آزاد در محل سازه‌های هیدرولیکی (نظیر آبگیرهای جانبی) و یا عواروض طبیعی اه کل بستر بر دء مدل رابا -------- صفحهٔ بعد -------- ۹ بررسی نیمرخ جریان سطح آزاد در طول کانال یا رودخانه * تعیین الگوی جریان در مجاورت اشیایی که توسط جریان احاطه شده و یا درون آن مستغرق هستنده به منظور تعیین نیروهای وارد بر آنها و محاسبه افت انرژی جریان در محل آنها [۳۴] در این‌گونه مسایل به علت وجود سطح آزاد سیال از یک طرف و مغشوش بودن حرکت سیال از سوی دیگرء باید اعداد فرود و رینولدز در مدل و نمونه اصلی برابر باشند. این بدین معنی است که مقیاس طولی باید برابر یک باشد. برای رفع این مشکل می‌توان از بین اعداد فرود و رینولدز یکی را به‌عنوان پارامتر اصلی انتخاب کرده و دیگری که اثر کم‌تری دارد را حذف نمود. معمولاا در مدل‌های رودخانه‌ای, با تساوی عدد فرودء تشابه دینامیکی بین نیروهای برشی (اصطکاکی) را از طریق فرمول مانینگ جریان ۷۲ مقیاس زبری کف در نمونه اصلی به مدل از رابطه ‎)٩-۲(‏ تعیین می‌شود. (۹-۲) 6(ا) < 5۲ که در این رابطه ,1 نسبت ضریب مانینگ در نمونه اصلی به مدل و ,با مقیاس طول می‌باشد. در جدول (۴-۲) ضریب زبری بعضی از مواد مورد استفاده در مدل‌سازی ارائه شده است. جدول 2-۲- ضریب زبری مانینگ در برخی از مواد [۲۳] هس بل هسب لوله فولادی صاف ۲ البته اگر در طول رودخانه تغییرات زیاد ضریب مانینگ وجود داشته باشد که نتوان زبری معادل آنها را در آزمایشگاه ایجاد کردء راه حل مناسب انتخاب شیب معادل با آن زبری طبق رابطه (۱۰-۲) است [۲۳]: ی (۱۰-۲) 7 5 در روابط بالا ,از نشان دهنده مقیاس قائم در مدل کج می‌باشد. مساله مهم در این مدل‌ها این است که اطمینان حاصل شود.ء مدل با عدد رینولدز بالا جریان داردء زیر در این صورت مقدار افت ناشی از زبری» مستقل از عدد رینولدز بوده و فقط تابع زبری نسبی است. برخی معیارها که برای سنحش جریان متلاطم مدل در این موارد به کار می‌رود» در جدول (۵-۲) ارائه شده است: جدول ۵-۲- معیار سنجش تلاطم در مدل [۷] آزمایشگاه‌های هیدرولیک آمریکا 0 < مها 0 - م8 ,0.02 < .۷ آزمایشگاه راه‌های آبی آمریکا 7 < . ۷۷ -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها )۳ ادامه جدول ۵-۲- معیار سنجش تلاطم در مدل [۷] که در این روابط ۷: سرعت متوسط ؟ا: شعاع هیدرولیکی, ؟ا: زبری معادل» ۷۰: سرعت برشی, ع16: عدد رینولدز و 1 لزجت سیال می‌باشد. از معیار زبری معادل به علت مشکل بودن تعیین آنء کم‌تر استفاده می‌شود. ولی در صورتی که بستر رودخانه مسطح باشد و از دانه‌بندی یکنواخت تشکیل شده باشد.ء می‌توان به جای آن از دانه‌بندی مواد رودخانه استفاده کرد که در شیب‌های معمولی قابل قبول می‌باشد. بعد از حصول اطمینان از متلاطم بودن جریان با توجه به یکی از روابط قبل می‌توان زبری معادل را از روابط مربوطه نظیر مانینگ یا شزی به دست آورد. با توجه به مطالب گفته شده در مدل با بستر ثابت باید شرایط زیر حاکم باشد [۲۳]: 9 عدد فرود در مدل و نمونه اصلی یکسان باشد. * جریان در مدل و نمونه اصلی متلاطم باشد. (مدل رودخانه‌ای) تشابه زبری با توجه به رابطه مانینگ یا شزی حاکم باشد. - مدل با بستر متحرک در مدل‌های بستر متحرک علاوه بر جریان» حرکت مواد بستر تحت تأثیر جریان درنظرگرفته می‌شود. این مدل‌ها با عنوان بستر سستء بستر متحرک یا بستر قابل حرکت شناخته می‌شوند و به منظور مدل‌سازی حرکت دره» فرسایش مرزها و الگوی جریان در مجاورت مرزهای فرسایش‌پذیر مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاربرد این مدل‌ها را می‌توان در ۴ گروه کلی دسته‌بندی کرد: ۱- مطالعه جریان روی بستر هموار متحرک ۲- مطالعه جریان با وجود شکل بستر ۳ تعیین نرخ انتقال بار رسوبی (بار معلق و بار بستر) ۴ تعیین الگوی جریان و حرکت رسوب در مجاورت سازه‌های هیدرولیکی لازمه داشتن مدل بستر متحرک. حرکت ذرات کف است. به‌علاوه لازم است که حرکت ذرات در نمونه اصلی و مدل شبیه هم باشند. در مدل‌سازی حرکت رسوب لازم است به نوع رسوب و نیروهای موثر بر حرکت آن توجه شود. در حالت طبیعی رسوبات کف می‌توانند چسبنده یا غیرچسبنده باشند. نیروی غالب برای حرکت رسوبات چسبنده نظیر رس و سیلت» نیروهای الکتریکی و برای رسوبات غیرچسبنده نظیر شن و ماسهء نیروهای گرانشی است. از آن‌جا که مدل‌سازی رسوبات چسبنده به طور قابل توجهی تقریسی است. بهتر است در برآورد آنها از روش‌های عددی استفاده شود.ء لذا مدل‌سازی بستر متحرک بیش‌تر برای مصالح شنی و ماسه‌ای -------- صفحهٔ بعد -------- - انتخاب مواد بستر در مدل یکی از مسایل مهم در مدل‌های با بستر متحرک انتخاب مواد بستر در مدل می‌باشدء به نحوی که به ازای بده‌های مشابه بتوانند بستر نمونه اصلی داشته باشند. اندازه مواد از نقطه نظر شناوری و تاثیر نیروی کشش سطحی بسیار مهم است. اگر اندازه دانه‌ها خیلی کوچک باشد. نیروی کشش سطحی نسبت به وزن دانه‌ها زیاد خواهد بود. به منظور حل این مشکل توصیه می‌شود که اندازه ذرات در مدل کم‌تر از 0.11311 نباشد [۲۴]. از سوی دیگر اگر اندازه ذرات از حدی بزرگ‌تر باشد.ء با توجه به وزن مخصوصشان ممکن است نتواند توسط میدان حمل شوند. یک راه حل این مساله براساس توصیه (1956) ۳1۹101 1۵۱ و (19860) 58[6ل] استفاده از از مدل دو مقیاسه برای ایجاد سرعت لازم برای حرکت مواد است. (19867) 5111110 ۳10۷/۵۲ با مدل‌سازی تک مقیاسه به این نتیجه رسیدند که این مدل‌ها برای بستر متحرک زیاد مناسب نیستند و برای پیش‌بینی‌های بهتر استفاده از مدل دو مقیاسه لازم است. از آن‌جا که مقدار تحریف» اثرهای ثانویه‌ای را در مدل به دنبال خواهد داشت. تا حد ممکن باید 2 (مقدار تحریف که به صورت نسبت مقیاس قائم به مقیاس افقی تعریف می‌شود) کوچک انتخاب شود [۲۴|. این اثرها عبارتند از: الف- تغییر در نیمرخ سرعت و فشار سازه‌های هیدرولیکی نظیر پایه پل و دهانه آبگیر استء لازم است مدل یک مقیاسه ساخته شود و به‌علاوه به اندازه کافی بزرگ باشد تا حرکت رسوب در مدل امکان‌پذیر باشد. میزان تحریف باید تا حدی که حرکت مواد رسوبی را کند نکرده و تشابه هیدرولیکی تحت‌الشعاع تشابه ریخت‌شناسی قرار نگیرد. شیبء مدل را از قانون فرود دور می‌سازد. (1978) ۳۳۵۵ این افزایش شیب را به صورت رابطه (۱۱-۲) تعریف می‌کند: ۳ 5 < 5 9 5 7 )۱۱-۲( که در این رابطه ,8: افزایش شیب ,,5: شیب لازم برای حرکت مواد بستر و و5 شیب مدل اصلی می‌باشد. لازم به یادآوری است که شیب اضافه در مدل‌هایی که دارای انحنا هستند و مدل‌های جزرومدی توصیه نمی‌شود. راه حل دیگر برای حرکت مواد بستر در مدل و ایجاد تعادل بین مقاومت اصطکاکی و حرکت مواد رسوبی و به حداقل رساندن میزان تحریف, استفاده از مواد سبک‌تر مانند زغال» پشم شیشه» خاک آاره یا دانه‌های پلاستیکی می‌باشد که وزن مخصوص آنها بین ۲ تا ۱/۶ است. برای مثال آزمایشگاه راه‌های آبی مهندسین ارتش آمریکا برای مدل‌سازی مواد بستر از زغال شکسته با وزن -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ۳۳ مخصوص ۱/۳ و قطر متوسط 13170 0.3 به طور گسترده استفاده می‌کند [۲۴]. (1969) ۲10۲06۲101 پیشنهاد می‌کند ذرات در مدل نسبت به نمونه اصلی بزرگ‌تر و سبک‌تر باشند. این موضوع با استفاده از روابط تئوری تایید می‌شود. در جدول (۶-۲) خصوصیات مصالح معمول در مدل‌سازی ارائه شده است. نکته دیگری که در انتخاب مصالح باید به آن توجه شود هزینه و دسترسی آسان به مصالح است. به‌خصوص زمانی که رودخانه در محدوده وسیعی مدل می‌شود. به علاوه لازم است طراح با رفتار رسوبی مصالح آشنا باشد. باید توجه داشت که تحت شرایط خاصی از جریان (نزدیک آستانه حرکت)» مدل‌های بستر ماسه‌ای با متوسط قطر 0.31370 تا 0 0.5 تمایل زیادی به تشکیل ریپل دارند» در حالی که ممکن است این شکل بستر در نمونه اصلی وجود نداشته باشد. برای کنترل این مساله (1988) ۲1001161 رابطه (۱۸-۲) را پیشنهاد می‌دهد: 1 3/ ( م۵ (۱۲-۲) حس ال ۷ که در این رابطه,ء +1: پارامتر بدون بعد در 4: قطر ذره» م۸: جرم مخصوص مستغرق دذره» م: چگالی سیال و ۱ لزجت راه حل ساده دیگر برای جلوگیری از تشکیل ریپل در مدل برای شرایطی که وزن مخصوص رسوب در مدل و نمونه اصلی جدول ۹-۲- خصوصیات مصالح معمول در مدل رسوب [۳۶] ۲/۶۵ ۱/۴۵ ۱/۲-۷ سس ها کل سس بسته نکته مه دار * درات رسوب باید از سیال سنگین‌تر باشند. این توجه محدودیتی در رابطه با وزن مخصوص ایجاد می‌کند. * در روند انتقال نباید تغییری در شکل و اندازه مصالح رسوبی مدل ایجاد شود. برخی از رسوبات سبک وزن نظیر زغال به راحتی شکسته و فرسوده می‌شوند. * مدل‌های رسوب نباید سبب تغییر رنگ آب شوند.ء به‌طوری که دید کم شود. * زاویه ایستایی مصالح رسوب در مدل نباید کم‌تر از شیب درات انباشته شده در مدل باشد. این موضوع بیش‌تر در مدل‌های کج مطرح است. -------- صفحهٔ بعد -------- 53 راهنما ی کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه منحنی دانه‌بندی و شکل رسوبات مدل باید تقریبا با نمونه اصلی برابر باشد. اگر شرایط جریان بستر مسلح ایجاد کند ارضای این شرط دشوار است. * در زغال شکسته با قطر بیش‌تر از حدود 1۱11۱ 0.858 تمایل به پوسته پوسته شدن وجود دارد. این مساله ممکن است سبب جدایی هیدرولیکی " شود. - شبیه‌سازی حرکت ذرات در حالت کلی در جریان یکنواخت کانال‌های باز عریض و بدون رسوبات چسبنده» رابطه (۱۳-۲) براساس آنالیز ابمادی حاکم است: ۵ ۷ تمطام 000 که در این رابطه, م []: کمیت بدون بعد مربوط به ضریب مقاومت کانال جریان» *0: سرعت برشی در جریان یکنواخت. 85,3 ۷ع) < بل ۳:4/0: رینولدز برشی ذره است که با ,136 نشان داده می‌شود» [: قطر ذره» ۷: عمق جریان» و5: شیب کانال, ۰0 ,0: به ترتیب جرم مخصوص سیال و رسوبء م8۸: وزن مخصوص مستغرق» ۷: لزجت سینماتیکی و 8 شتاب گرانش می‌باشد. 0 پارامتر شیلدزء به عنوان چگالی جریان یا عدد فرود دره شناخته شده و به صورت رابطه (۱۴-۲) تعریف می‌شود: ۶.۸0 رابطه بین 16۵۰ و0 به دیاگرام شیلدز معروف است. با توجه به هدف اصلی مدل‌سازی می‌توان برخی از پارامترهای رابطه ( ۱۳-۲) را کنار گذاشت. همان‌طور که در ابتدا بیان شد. مدل بستر متحرک برای چهار هدف متفاوت ساخته می‌شود: ۹ مطالعه جریان روی بستر هموار متحرک * مطالعه جریان با وجود شکل بستر * نرخ انتقال بار رسوبی (بار معلق و بار بستر) * تعیین الگوی جریان و حرکت رسوب در مجاورت سازه‌های هیدرولیکی ضوابط تشابه و مدل‌سازی هر یک از شرایط فوق در ادامه توضیح داده می‌شود: - جریان روی بستر متحرک هموار در مدل‌های تک مقیاسه نسبت‌های ضریب مقاومت و قطر ذره در مدل و نمونه اصلی براساس روابط (۱۵-۲) و (۱۶-۲) تعیین می‌شود: (۱۵-۲) ۲-1 (۱۶-۲) بل که در این رابطهء ,ا: نسبت ضریب مقاومت دارسی وایسباخ در نمونه اصلی به مدل, ,ل: مقیاس قطر ذره و ,+ مقیاس طولی است. ۱-10 -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ۳ ۷ ام کانال عریض _ ,1 ۲ ۲ (۱۷-۲) ۵ - ۰ .] 6 .] (۱۸-۲) تم ۷ بل که در این رابطه, ,11۱ : نسبت شعاع هیدرولیکی در نمونه اصلی به مدل و .۷ نسبت مقیاس عمقی می‌باشد. روابط فوق در شرایطی صادق‌اند که: ۱ (۱۹-۲) 16 برای مدل‌سازی حرکت بستر هموار خواهیم داشت: (۲۰-۲) [- ]ل 1 - جریان با وجود شکل بستر شد. پیچیدگی‌هایی که در چنین جریان‌هایی وجود دارد سبب می‌شودء محاسبه مقاومت جریان» دقت حالت بستر هموار را نداشته باشد. در این شرایط می‌توان برای مدل‌سازی حرکت رسوب درصورتی که 60 < ,1۹6 (و کمی محافظه کارانه‌ترء 400 < 136 ) باشد. از (۲۱-۲) لش 0 ] 0 ۲ 0 که در این رابطه, 0 : عدد شیلدز نامیده می‌شود و ,0 پارامتر شیلدز نسبی است. (۲۲-۲) اصلاح شود: (۲۲-۲) ۳1 #لا- 0 ): عدد بحرانی شیلدز است. براساس دیاگرام شیلدز (۱۹۶۳) زمانی که عدد شیلدز جریان از عدد شیلاز بحرانی بیش‌تر گردد. مقدار م0 بین ۰/۰۴ تا ۰/۰۶ است. در استفاه از رابطه (۲۱-۲) و (۲۲-۲) لازم است مقیاس‌های طولی و عمقی و مقیاس عمق ذرات طوری انتخاب گردند که در نهایت این روابط بر قرار باشند. مقدار م0 را در مدل و نمونه اصلی می‌توان براساس نمودار شیلدز تعیین نمود. -------- صفحهٔ بعد -------- ۳ راهنما یکاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه باشد. اما این انتظار همیشه برآورده نمی‌شود و لازم است مدل‌ساز نهایتا با سعی و خطا به این هدف دست یابد. رسوبات بستر به دو شکل بار بستر و بار معلق منتقل می‌شوند. زمانی که شدت جریان روی کف آندکی از مقدار بحرانی افزایش یابد. ذرات به شکل لغزشء غلتش و پرش شروع به حرکت خواهند کرد که به آن بار بستر گفته می‌شود. با افزایش شدت جریان طول جهش ذرات افزایش یافته و ذرات به شکل بار معلق منتقل می‌شوند. هر چند تمایز این دو حالت کاملا روشن نیست. اما مکانیسم حرکت بار معلق با بار بستر متفاوت است. پارامتر موثر در حرکت بار بستر» شدت جریان و برای بار معلق» سرعت سقوط درات (,۱۷۷) - بار بستر برای مدل‌سازی نرخ بار بستر با فرض جریان کاملا آشفته در نزدیکی ذرات بستر و تبعیت از رابطه (۲۱-۲» می‌توان رابطه (۱۳-۲) را به صورت زیر خلاصه کرد [۲۴]: ۳۳-۲ ای ان 0ع(م /م۱/)۸ .0 که این رابطهء 2 نسبت نرخ انتقال بار بستر در نمونه اصلی به مدل می‌باشد. با فرض جریان آشفته و ثابت بودن ۷/4 و 0./0» مقیاس بده حجمی بار بستر در کل طول کانال برابر است با: ۷ ۳ ۵ ]1 با وجود حرکت شکل بسترء مقیاس زمانی با آنجه با استفاده از عدد فرود به‌دست می‌آید. متفاوت است. در این شرایط مقیاس زمانی بار بستر را می‌توان از رابطه (۲۵-۲) محاسبه کرد: ۲۵-۲(۱) ۶( /۸0) 25 با مقیاس زمانی حرکت ذرات رسوب برای مدل‌های تحریف نشده بسیار بزرگ‌تر از مقیاس زمان براساس فرود است. مقیاس زمان برای جریان برابر است با: (۲۶-۲) هه < را براساس یافته‌های ۷/5 با توجه به ابعاد مصالح کف.» هر روز در نمونه اصلی معادل ۵ تا ۱۰ دقیقه در مدل است [۳۷]. یعنی: (۲۷-۲) 468 - 144 < ب] با توجه به عدم قطعیت‌هایی که در رابطه با موضوع رسوب و مقیاس‌های مدل وجود داردء واسنجی مقیاس زمانی ضروری است. چگونگی واسنجی در ادامه توضیح داده می‌شود. (1971) 51101 پیشنهاد می‌کند برای مدل‌سازی بار بستر در رودخانه‌های شنی و -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ۳۷ - بار معلق مدل‌سازی نرخ بار معلق رابطه (۱۳-۲) را با توجه به تاثیر قابل توجه سرعت برشی و سقوط ذرات می‌توان با رابطه (۲۸-۲) جایگزین 1 ۹ ۵ ۷۲ ۶ ۷:۵ (۲۸-۲) - دا سشش| م0 اج رت انطه با جایگذاری روابط سرعت برشی و سرعت سقوط برای ذرات کروی در رابطه فوق خواهیم داشت: (۲۹-۲) ا< ی اس /, زمانی که عدد رینولدز دره ( ۷۷0/۷ )» در محدوده ۴۰۰ تا ۲۰۰۰ قرار گیرد و بنن) حدودا برابر یک باشد. رابطه (۲۹-۲) به معادله (۲۱-۲) تبدیل می‌شود. - الگوی موضعی جریان و حرکت رسوب در این موارد» هدف اصلی بررسی آبشستگی و رسوب‌گذاری در مجاورت سازه‌ها و یا ویژگی‌های موضعی رودخانه نظیر خم‌ها می‌باشد. از آن‌جا که این الگوها معمولا سه‌بعدی هستند. لذا مدل‌سازی آنها با استفاده از الگوهای تحریف شده توصیه نمی‌شود. برای بعی ار سبی بنخو بو رایس (۳۰-۲) 1- ان / ۷ 01 ۷۳ (۳۱-۲) اه - مفیاس زمان یک نکته مهم در انجام آزمایش‌های با بستر متحرک» تعیین زمان تعادل است. زمان تعادل زمانی است که بعد از آن دیگر هیچ اتفاق محسوسی که باعث تغییر در پارامترهای مهم و تاثیرگذار در آزمایش شود روی ندهد. از آن‌جا که این اتفاق در زمان بی‌نهایت روی می‌دهد. معمولا زمان تعادل را کسری از زمانی انتخاب می‌کنند که دیگر هیچ اتفاقی روی نمی‌دهد. این زمان در مدل‌های مختلف متفاوت است و گاه ممکن است زیاد و قابل توجه باشد. از آن‌جا که قانون تشابه فرود در مدل‌های با بستر متحرک صادق نبوده» مقیاس زمان از طریق واسنجی و صحت‌سنجی و براساس سعی و خطا تعیین می‌شود. (1950) 51لا روش کار را به این -------- صفحهٔ بعد -------- 9 بستر رودخانه در نمونه اصلی در یک فاصله زمانی معین برداشت می‌شود و بستر مدل براساس برداشت‌های اولیه از بستر رودخانه ساخته می‌شود. فاصله زمانی بین دو برداشت متوالی به عنوان دوره صحت‌سنحی شناخته می‌شود. * پدیده هیدرولیکی که در نمونه اصلی در دوره صحت‌سنجی اتفاق می‌افتد. در مدل شبیه‌سازی می‌شود و مقیاس مدل تحمین زده می‌شود. * بستر مدل در انتهای دوره صحت‌سنجی تخمین زده می‌شود و با شرایط ثانویه نمونه اصلی مقایسه می‌شود. در صورت تطبیق شرایط ثانویه با نمونه اصلی, مقیاس زمانی مدل تعیین می‌شود. در طول تعیین مقیاس زمانی ممکن است لازم شود مقیاس بدهء روش تزریق رسوب., مقیاس شیب و شاید دانه‌بندی مواد بستر تغییر کند و این روند با دستکاری مقیاس زمانی» بده و شیوه تغذیه رسوب و مقیاس شیب تکرار شود تا پاسخ نمونه اصلی حاصل شود [۷]. صحت‌سنجی رضایت بخش تنها زمانی اتفاق می‌افتد که تطابق نتایج مدل با نمونه اصلی در محدوده قابل قبول باشدء اگرچه (1980) 115814 هیچ تعریف معینی از این محدوده قابل قبول آرائه نمی‌کند. برای مدل‌های تحریف‌نشده در شرایط مختلف مقیاس زمانی را می‌توان از روابط جدول (۷-۲) تخمین زد [۴| جدول ۷-۲- تعیین مقیاس زمان براساس نوع مدل [2] مقباس مان (.) تقل رسوب با برلساس. اه میر پیتر ۳-۳-۲- مسایل مطرح در انواع مدل‌های فیزیکی ۱-۳-۳-۲ اثرهای مقیاس در مدل‌سازی اگر هم‌زمان تمام اعداد بی‌بعد در مدل و نمونه اصلی یکسان باشند (با استفاده از سیال مشابه در هر دو)» لازم است ابعاد مدل و نمونه اصلی یکسان باشد. لذا به منظور ساده‌سازی ساخت مدل, با توجه به شرایط مورد مطالعهء اثر یک نیروی پایه را به عنوان نسبت به نمونه اصلی خیلی کوچک باشد. در این موارد شرایطی ایجاد می‌شود که اثر این نیروها در مدل خیلی بیش‌تر از نمونه اصلی خواهد شد و نمی‌توان از مقادیر کمی مدل برای پیش‌بینی کمیت‌های نمونه اصلی استفاده کرد. این مشکل با عنوان اثرهای مقیاس شناخته اشاره کرد. به سبب آثرهای مقیاس؛ آبگذری مدل نسبت به نمونه اصلی برای یک باز شدگی معین شیر کم‌تر خواهد بود. در مدل‌هایی که براساس مقیاس فرود ساخته می‌شوند.ء زمانی که عمق جریان در مدل کم‌تر از 11۳ 25 است., اثر کشش سطحی اهمیت پیدا می‌کند [۲۶]. در -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ۳۹ بسیاری از موارد می‌توان مقدار کمی اثرهای مقیاس را در حین آزمایش تعیین کرد. اثرهای مقیاس با افزایش مقیاس مدل افزایش می‌یابند. به منظور کاهش این اثرهاء محدودیت‌هایی در انتخاب مقیاس مدل‌های مختلف وجود دارد. برای مثال, محدوده مقیاس آفقی برای مدل‌های رودخانه‌ای بین ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ می‌باشد و برای مقیاس قائم در مدل‌های رودخانه‌ای کج بین ۲۰ تا ۱۰۰ توصیه می‌شود. در ساخت مدل‌ها تا حد ممکن مقیاس قائُم باید به مقیاس افقی نزدیک باشد. همان گونه که در بخش‌های قبلی ذکر شد. معمولا نسبت مقیاس قائم به مقیاس افقی مقداری بین ۵ تا ۱۰ در نظر گرفته می‌شود که این مقدار با توجه به نوع مدل (با بستر ثابت یا بستر متحرک) می‌تواند متفاوت باشد [۷] ثر مقیاس طولی بزرگ در مدل‌هایی که نسبت به نمونه اصلی خیلی کوچک‌ترند به سبب افزایش اثرهای لزجت و کشش سطحی ترم‌های عدد رینولدز و عدد وبر اهمیت پیدا می‌کند. در این حالت اثرهای مقیاس عبارتند از: - کاهش تلاطم جریان در مدل - افزایش اهمیت کشش سطحی, تا جایی که ممکن است شتاب توسعه موج‌های مویینگی از موج‌های ثقلی بیش‌تر شود. - تغییر الگوی موضعی جریان برای داشتن جریانی کاملا متلاطم, حداکثر مقیاس طولی از رابطه زیر محاسبه می‌شود [۲۶]: (۳۲-۲) : ۷ آ(3.)/0[م3.۸ ۱0 55 ]1 به همین منظور ([1981) ۸10۷۵ روابط زیر را پیشنهاد می‌دهد: (۳۳-۲) تیاهن و ۱۵0۳ < با ولا ۳/2 که در این رابطهء ا: شعاع هیدرولیکی» »: زبری موثر» ول : سرعت متوسط جریان و50 شیب کانال است. - تحریف مقیاس قائم! در این حالت اثرهای مقیاس عبارتند از: تغییر توزیع جریان عرضی در مدل نسبت به نمونه اصلی ۹ افزایش شیب جانبی و لذا احتمال ناپایداری شیب‌ها * تغییر توزیع گرادیان فشاری در مجاورت سازهای جریان» کف و سواحل به سبب تغییر توزیع جریان جانبی و در نتیجه * مقیاس زمانی متفاوت حرکت‌های قائم و افقی - انحراف اندازه رسوبات؟ پارامتر 1۹/0 نسبت مقیاس افقی به مقیاس دره است. این تحریف اثرهای مقیاس زیر را سبب می‌شود: - کاهش زبری نسبی احتمال متفاوت بودن روند رسوب‌گذاری در نمونه اصلی و مدل به علت عدم دقت در شبیه‌سازی انتقال و رسوب‌گذاری رسوبات معلق 5 ]۷۵۲۵۵۱ -۱ 1 لع۵ ۳ آن 101۵100 5176 -2 -------- صفحهٔ بعد -------- ۳۰ راهنما ی کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه تفاوت مقیاس زمانی حرکت آب و حرکت رسوب و در نتیجه پیچیدگی‌های ارزیابی بستر کانال به ویژه در جریان‌های غیردایمی - انحراف شیب" در برخی از مدل‌های بستر متحرک. تغییر شیب به سبب ایجاد تنش برشی لازم برای حرکت ذرات انجام می‌شود. اثرهای مقیاسی که به سبب تغییرات شیب ایجاد می‌شود. کاملا مشخص نیست. با این وجود احتمالا مهم‌ترین اثر آن در مدل‌سازی‌هایی که بر پایه :۰/ ۰۰ انجام می‌شود. تشدید ارتفاع فشار ایستایی " است. اثر تغییر شیب بسیار شبیه تغییر مقیاس قائم است [۲۴] و [۲۶]. ۲-۳-۳-۲ واسنجی مدل‌های فیزیکی واسنجی مدل به این معنا است که بررسی شود آیا شرایط ایجاد شده و نتایج به‌دست آمده واقعی هستند یا خیر؟ هدف از اجرای این مرحله نزدیک کردن شرایط آزمایش به واقعیت است. به طوری که با تغییر در بعضی از ضرایب, خطاهایی که در اثر تغییر مقیاس و یا در اثر محدودیت امکانات در مدل به‌وجود آمده را کم کرده و یا از بین ببرد. داده‌های صحرایی جمع‌آوری شده از همان طرح می‌توانند منبع مفیدی برای واسنجی مدل باشند. در این مرحله ساخت هم‌زمان مدل ریاضی و فیزیکی یک پروژه ارزش خاصی پیدا می‌کند و این دو نوع مدل در شرایط مختلف به پیشرفت یکدیگر کمک می‌کنند [۲۴]. در مدل‌های فیزیکی واسنحی, مدل بخشی از مرحله ساخت است. در مدل‌های با بستر ثابت. عمدتا با ایحاد زبری مناسبء نیمرخ سطح آب و توزیع سرعت در مدل, واسنجی می‌شود. در مدل‌های فیزیکی با بستر متحرک و خصوصا مدل‌های فیزیکی کج که معمولا قوانین شبیه‌سازی و مقیاس مدل در انتخاب مصالح بستر دقیقا رعایت نمی‌شودء واسنجی و صحت‌سنجی از اهمیت بیش‌تری برخوردار است. توزیع سرعت خصوصا در مدل‌های کج از جمله اطلاعاتی است که برای واسنجی مدل استفاده می‌شود. انحراف مقیاس افقی و قائم در مدل‌های کج سبب می‌شود سرعت در مدل به خوبی بازسازی نشود و در این موارد واسنجی مدل از آهمیت خاصی برخوردار است. در مدل‌های فیزیکی» واسنحی و صحت‌سنحی دو مرحله به هم وابسته هستند که باید به طور جداگانه انجام شوند. زمانی که اندازه گیری‌شده مقایسه می‌شود. اگر نتایج مدل و نمونه اصلی مطابقت داشته باشند. مدل تایید شده» در غیر این صورت لازم است اصلاحاتی در مدل صورت گیرد. بعد از هر اصلاحی در مدل لازم است مرحله صحت‌سنجی نیز انجام شود. در کارهای آزمایشگاهی که برای بررسی یک پدیده خاص انجام می‌شود.ء غالبا اطلاعاتی از نمونه اصلی وجود ندارد تا مدل واسنجی شود. در این شرایط بهتر است آزمایش‌هایی مشابه آزمایش‌هایی که محققین دیگر انجام داده‌اند را انجام داد تا از صحت مدل و ابزارهای اندازه‌گیری مطمئن شد [۴] ۳-۳-۳-۲ تحلیل داده‌های حاصل از مطالعات مدل‌های فیزیکی هر چقدر که شناخت پارامترهای موثر در یک پدیده خاص کامل‌تر باشد و آنالیز ابعادی قوی‌تر انجام شده باشد. تحلیل داده‌ها کامل‌تر خواهد بود. نکته مهم دیگر در تحلیل داده‌هاء نوع و مقدار نتایج حاصل از آزمایش‌ها است. داده‌ها نباید آن‌قدر کم باشند تا در تحلیل نتایج, مهندس مدل دچار سردرگمی‌شود. نتایج باید به قدری زیاد باشد که بتوان از میان آنها رابطه واضحی برقرار کرد. 5۱006 -| 510۵106 -2 -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها )۳ همچنین دامنه داده‌ها باید به قدری وسیع باشد که رابطه استخراج شده تحت شرایط مختلف هیدرولیکی صادق باشد. حتی‌الامکان آزمایش‌ها در شرایط جریان‌های زیربحرانی و فوق‌بحرانی انجام شوند تا طیف کاملی از شرایط هیدرولیکی را پوشش دهند [۲۴]. توصیه می‌شود پس از انجام بخشی از آزمایش‌هاء مرحله تجزیه و تحلیل آغاز گردد. زیرا بارها مشاهده شده است که نتایج برخی از آزمایشات با سایر نتایج مطابقت ندارده در این صورت می‌توان آزمایش مزیور را به راحتی تکرار کرد. اما در صورتی که تجزیه و تحلیل داده‌ها بعد از اتمام کلیه آزمایشات و حتی تغییر در مدل انجام شودء بازگشت به آزمایشگاه و تکرار آزمایش نیازمند هزینه زیاد و شاید غیرممکن باشد. 2-۳-۳-۲ کاربرد داده‌های حاصل از مدل‌های فیزیکی برای نمونه‌ی اصلی اگر تشابه مناسب بین مدل و نمونه اصلی برقرار بوده و آزمایش‌ها به بهترین و کامل‌ترین نوع ممکن انجام شده و خطاها با واسنجی صحیح از بین برده شوند.ء با ضرب کردن مقیاس مدل در هر پارامترء مقدار اصلی آن در نمونه اصلی به‌دست می‌آید. البته 5-۳-۲ طراحی و کاربرد مدل‌های فیزیکی ۱-4-۳۲ مراحل مدل‌سازی فیزیکی و پیاده کردن مدل مراحل مدل‌سازی فیزیکی را می‌توان به سه مرحله زیر دسته‌بندی کرد: - مرحله ساخت هر یک از موارد فوق در ادامه توضیح داده شده است: - مطالعات اولیه و محاسبات تئوری ۹ جمع‌آوری اطلاعات پایه ۵ این اطلاعات شامل نقشه‌های پلان و نیمرخ نمونه اصلی» اطلاعات هیدرولوژی» زمین‌شناسی و توپوگرافی می‌باشد. ۹ انتخاب مقیاس مدل: مدل از نظر فنی باید به اندازه کافی بزرگ و از نظر اقتصادی تا حدممکن کوچک ساخته شود. برای تعیین مقیاس مناسب عوامل متفاوتی باید مدنظر قرار گیرند. از جمله: ۵ محدودیت‌های امکانات مدل‌سازی (بده حداکترء ارتفاع حداکثر» مساحت زمین) 0 ملاحظات ساخت ۵ محدودیت‌های اندازهگیری ۵ اثرهای مقیاس تبادل نظر با کارفرما 0 بررسی نیاز کارفرما و ارائه راه حل از سوی آزمایشگاه. در این مرحله ممکن است ساخت مدل به صورت کلی یا جزیی ۰ شود. -------- صفحهٔ بعد -------- ۳۳ راهنما ی کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه ۹ جمع‌بندی مطالعات و انجام محاسبات 0 تهیه مبانی طرح و مطالعه گزارشات مدل‌های مشابه و داده‌های صحرایی 0 تعیین پارامترهای موثر بر پدیده و انجام تحلیل ابعادی و دسته‌بندی پارامترها ۰ تعیین بخش‌هایی از طرح که باید برای آنها مدل ساخته شودء نوع مدل و تعداد آنها 0 تعیین مقیاس براساس نوع مدل و شرایط تشابه 0 تعیین سایر پارامترهای جریان براساس مقیاس * انتخاب مکان مدل ۵ در انتخاب محل مدل باید به مواردی نظیر داشتن فضای مناسبء دسترسی به جریان آب به اندازه کافی, امکان برگشت آب به مخزن اصلی آزمایشگاه» دسترسی آسان به امکانات برقی و غیره جهت اتصال وسایل اندازه‌گیری» داشتن مسیر مناسب برای انتقال وسایل و مصالح مدل و جزییات امنیتی توجه شود. ۹ انتخاب مصالح مدل ۰۵ ملاحظات انتخاب مصالح مدل در بخش مربوط ارائه شده است. * تهیه نقشه‌های مدل - مرحله اجرای مدل مرحله اجرایی مدل, شامل ساخت مدل و تاسیسات ورودی و خروجی مدل و فراهم نمودن وسایل اندازه‌گیری می‌باشد. تاسیسات ورودی وظیفه تامین و کنترل بده جریان» آرام کردن و هدایت جریان به مدل و در موارد لزوم تغذیه رسوب و تولید موج را به عهده دارند. معمولا برای تامین آب مورد نیاز از لوله‌های اصلی آزمایشگاه استفاده می‌شود. گاهی هم برای تامین آب سامانه پمپاژ جداگانه نصب می‌شود. از آن‌جا که جریان آب ورودی به مدل دارای انرژی جنبشی زیاد استء لازم است برای آرام کردن و توزیع یکنواخت آن تمهیدات لازم فراهم گردد. برای این منظور از سازه و مصالح آرام‌کننده جریان استفاده می‌شود. این سازه شامل حوضچه با شکل مربع مستطیل است که درون آن موانعی از جنس چوبء ورق فلزی مشبک و یا آجر مشبک قرار داده می‌شود. گاهی این سازه‌ها به شکل سبد محتوی شن درشت و قلوه سنگ در ابتدای فلوم ورودی ساخته می‌شود. میزان افت انرژی بستگی به قطر قلوه سنگ‌ها و ضخامت سنگ دارد. از دیگر سازه‌های ورودی که برای هدایت جریان به مدل استفاده می‌شوندء می‌توان به تبدیل‌ها اشاره کرد. دقت اجرای مدل به مرحله ساخت آن بستگی دارد. به‌طوری که در آزمایشات اولیه دقت کم‌تر و در آزمایش‌های نمایی دقت بیش‌تری لازم است. پس از ساخت لازم است که مدل کاملا آب‌بندی شود. ساختمان اولیه مدل باید به‌گونه‌ای طراحی شود تا در هنگام تجدید نظر از کم‌ترین تغییر برخوردار باشد. تاسیسات خروجی در پایین دست مدل نیز از اجزای مهم مدل است که در آن تهمیدات و وسایل اندازه‌گیری بده جریان در نظر گرفته می‌شود. وسایل اندازه‌گیری بده معمولا در منتمی الیه مدل احداث می‌گردند شکل (۲-۲). برای کنترل سطح آب می‌توان از انواع دریچه‌های کشوییء دریچه‌های تاشو و شیرها استفاده کرد [۷] و [۴] -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ۳۳ ۳-4-۳-۲ طراحی مدل‌های فیزیکی مراحل مختلف طراحی یک مدل فیزیکی به صورت زیر است: - پیشنهاد انواع روش‌های حل - شکل‌گیری طرح مدل براساس تحلیل ابعادی - تعیین نوع مدل (تک مقیاسه یا مدل با مقیاس کج)» مقیاس مدل و دیگر پارامترهای مورد نظر مثل مصالح و غیره با توجه به نوع آزمایش و امکانات 31 ۷ 1 3 1 1 1 و و لا را سای وا ها شکل ۲-۲- تجهیزات اندازه‌گیری بده - تهیه وسایل اندازه‌گیری و بررسی میزان دقت آنها - تعیین تعداد آزمایش‌ها با توجه به زمان‌بندی و پارامترهای مورد نظر برای بررسی محل آزمایشگاه و یا محل ساخت مدل نیز از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. نکات زیر باید در انتخاب محل مدنظر قرار گیرد: - در صورت نیازء محل ساخت مدل نزدیک به مواد مصرفی مثل مصالح و غیره باشد. تا حد ممکن از لحاظ آب و هوایی» دماء رطوبت و غیره شبیه محل مورد نظر در نمونه اصلی باشد. - اگر از وسایل دقیق الکتریکی در اندازه‌گیری‌ها استفاده می‌شود. باید محل از گرد و خاک و غبار, نوسانات برق و غیره - تا حد ممکن محیط آزمایشگاه سر باز نباشد تا عواملی مثل بادء باران و غیره بر نتایج آزمایشات تاثیر نگذارند. - راه‌های دسترسی به محل برای عموم آزاد نباشد.ء تا اشخاص متفرقه ناخواسته باعث ایجاد خطا در داده‌ها شوند [۷]. -------- صفحهٔ بعد -------- ۳-2-۳-۲ نکات طراحی مدل‌های فیزیکی - مقیاس مدل مقیاس اصلی برای هر مدل هیدرولیکی مقیاس هندسی است که با نسبت طولی از مدل به طول نظیر آن در نمونه اصلی تعریف انتخاب چند مقیاس در یک مدل نیز راهی برای اقتصادی‌تر کردن طرح می‌باشد. برای مثال در مطالعات مقدماتی مدل, مقیاس ۱۰ و در مطالعات بعدی مقیاس 1 توصیه می‌شود [۷]. از نظر فنی در صورتی که امکانات و فضا اجازه دهد. مدل باید به ۱.۰ ۶ اندازه کافی بزرگ باشد تا نتایج حاصل از دقت کافی برخوردار باشندء ولی از نظر اقتصادی مدل کوچک‌تر مناسب‌تر است. در جدول (۸-۲) مقیاس برخی از مدل‌های هیدرولیکی توصیه شده ارائه شده است. جدول ۸-۲- مقیاس برخی از مدل‌های هیدرولیکی [۷] ۱ ۲۳۰ ۱ ۱ ۱۳۹ ۵ ۱ ۱ سازه‌های دریایی و بندرها سس قا سس امواج سس زاس ۲۵۴۰ کامل به‌وجود می‌آیند که در اثر آن نیروهای خارج از نیروهای اثرگذار در واقعیت وارد مدل می‌شوند و یا نیروهایی واقعی حذف می‌شوند. یکی از علل ایجاد این نوع خطاها به این واقعیت مربوط می‌شود که معمولا هم نیروی ثقل و هم نیروی ناشی از لزجت در جریان اثرگذار هستند.ء ولی با کم‌رنگ در نظر گرفتن اثر یکی از آنها خطا ایجاد می‌شود. به علاوه شرط تشابه هندسی نیز ممکن است به طور کامل رعایت نشود. برای مثال دستیابی به تشابه هندسی زبری سطوح در تماس با سیال» در اغلب موارد تاثیر مقیاس راحتی در یک مدل را که با دو مقیاس ساخته می‌شود. می‌توان ملاحظه کرد. بنابراین اگر نیروی غالب به درستی - محدودیت در ابعاد مدل تاثیر ابعاد انتخابی مدل در میزان خطاهای مدل قابل توجه است. مثلا در ساخت یک مدل خیلی کوچک» علاوه بر مشکلات اندازه گیری نوسانات تراز و فشار آب» ممکن است نیروی کشش سطحی نیز اثرهای نامطلوبی از خود به جا بگذارد و اندازه گیری‌ها را با خطا همراه سازد. 7۲ اعا[ن؟ -| -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ۳ برای پرهیز از تاثیر نیروی کشش سطحی, (۱980) ۴۵۷۹ پیشنهاد می‌کند ارتفاع آب در مدل از 301 کم‌تر نباشد. برای به حداقل رساندن تاثیر نیروهای لزجت و کشش سطحی توصیه می‌شود از ساختن مدل‌های خیلی کوچک پرهیز شود. در مدل‌های شیرها و دریجه‌هاء مجاری تحت فشار و تخلیه کننده‌ها توصیه می‌شود حداقل گذرگاه جریان» قطر و یا عرض به منظور پرهیز از تأثیر نیروهای کشش سطحی, از 1۲ 100 کم‌تر نباشد [۷] - وسایل اندازه‌گیری وسایل اندازه گیری عموماً تحت شرایط خاص کاربرد دارند و9 بسته به پارامتری که اندازه می‌گیرند باید دارای دقت مناسب باشند. ابعاد وسایل اندازه‌گیری باید آن‌قدر کوچک باشد که باعث تغییر عمده در فیزیک مساله نشود. به همین جهت معمولا اندازه‌گیری‌ها به صورت نقطه‌ای می‌باشد. در ادامه مشخصات برخی وسایل اندازه‌گیری بیان شده است [۶]. - اندازه‌گیری بده جریان برای اندازه‌گیری بده جریان می‌توان از وسایلی مانند انواع فلوم‌ها و سرریزها برای جریان روباز و آنواع روزنه‌ها و ونتوری مترهاء برای جریان در لوله‌ها استفاده نمود. وسایل دیگری که ممکن است برای اندازه گیری بده جریان استفاده شود. شامل استفاده از در مدل‌های کوچک و برای آندازه‌گیری بده‌های کم بهتر است از روش حجمی استفاده شود. بدین صورت که جریان خروجی از مدل وارد مخزن با ححم ثابت شده و با اندازه‌گیری مدت زمان پر شدن مخزن. مقدار بده با تقسیم حجم مخزن به زمان پر شدن آن محاسبه می‌شود. روش دیگر استفاده از مخازنی است که روی ترازو قرار دارند و با اندازه‌گیری وزن آب ورودی به مخزن و زمان پر شدن مخزن می‌توان مقدار بده را تعیین نمود. - اندازه‌گیری تراز سطح آب (تراز سنج) برای اندازه گیری تراز سطح آب معمولا از تراز سنج استفاده می‌شود. روش دیگرء نصب پیزومتر در جداره فلوم می‌باشد و سطح آب درون پیزومترها معرف عمق آب در فلوم خواهد بود [۴]. در صورتی که اندازه گیری ارتفاع موجح مدنظر باشد.ء از دو دستگاه ارتفاع سنج یکی برای تعیین حداکثر ارتفاع آب و9 دیگری برای تعیین حداقل ارتفاع آب استفاده می‌شود. همجنین می‌توان از ابزارهای دقیق تری مانند اکوساندر و ی التراسونیک استفاده نمود. روش ساده‌تر, استفاده از دستگاه‌های ثبات می‌باشد. - اندازه‌گیری سرعت سرعت متوسط جریان در فلوم‌ها را به‌راحتی می‌توان با اندازه‌گیری عمق و بده جریان و عرض فلوم محاسبه نمود. ابزارهایی که برای اندازه گیری دفیق و سه‌بعدی سرعت جریان می‌توان از سرعت‌سنج‌های لیزر داپلر ۱7۷ و9 یا آکوستیک داپلر استفاده نمود ۴۱| خصوصیات برخی از این ابزارها در ادامه آرائه شده است. ۱- ۳۵۳۵|۵ 1:66 7 -------- صفحهٔ بعد -------- ۳ راهنما ی کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه * سرعت‌سنج ۳1۷ سرعت‌سنج ۳1۷ با دنبال کردن درات روی و یا داخل میدان جریان» بزرگی و جهت حرکت دره را تعیین می‌کند. درات ردیابی شونده می‌توانند به صورت تکی یا مجموعه‌ای از درات با شکل معین دنبال شوند. کاربرد این سرعت‌سنج در مطالعه تلاطم و سایر مسایل هیدرودینامیکی بوده و به طور کلی برای تحلیل الگوهای داخلی جریان‌های کوچک توسعه یافته است. مبنای این اندازه‌گیری پردازش تصاویر و تحلیل آماری روی تصاویر می‌باشد. طرح شماتیک این سرعت‌سنج در شکل (۳-۲) ارائه شده است. همچنین روش سرعت‌سنج تصویری دره برای میدان جریان‌های بزرگ» نظیر جریان سطحی رودخانه‌ها توسعه پیدا کرده است که سرعت‌سنج تصویری ذره بزرگ مقیاس " نامیده می‌شود. اندازه‌گیری جابجایی نشانه بین دو تصویر متوالی در ناحیه کوچکی به‌نام مساحت بررسی" انجام می‌شود. بردار سرعت برای هر مساحت بررسی, با تقسیم جابجایی بر بازه زمانی بین دو تصویر متوالی به‌دست می‌آید. ۰ سرعت‌سنج صوتی سرعت‌سنج‌های صوتی از دیگر دستگاه‌های اندازه‌ گیری سرعت در آزمایشگاه است. این دستگاه یک سرعت‌سنج بسیار دقیق است که براساس اختلاف الکترومفناطیسی بین دو الکترود در یک سیال جاری عمل اندازه‌گیری را انجام می‌دهد. بدین ترتیب در سرعت‌های جریان مختلف, شار مغناطیسی متفاوتی ایجاد شده و بنابراین می‌توان از این روش برای اندازه‌گیری سرعت جریان آب با دقت‌های بالا استفاده کرد. این دستگاه می‌تواند در تحقیقات آزمایشگاهی, مطالعات مهندسی, اندازه گیری جریان در کانال‌های بازء اندازه گیری‌های محیط زیست و هیدرولوژیکی,» بررسی انتقال گل‌ولای و مشاهده نحوه حرکت موج کاربرد داشته باشد. این دستگاه به منظور اندازه‌گیری جریانات با جهات مختلف و همچنین جریانات برگشتی اهمیت ویژه‌ای دارد. مقادیر سرعت می‌تواند به‌صورت متوسط و یا لحظه‌ای اندازهگیری شود. این دستگاه از طریق این حسگرها که در آن چهار الکترود که دو به دو مقابل هم و عمود بر هم به فواصل معین واقع شده استء در داخل آب قرار داده می‌شود. اطلاعات جریان آب از این حسگر توسط یک سیم رابط به اجزای این دستگاه به تفکیک در شکل (۴۳-۲) نشان داده شده است. - اندازه‌گیری فشار وسایل متداول اندازه‌گیری فشار عبارتند از پیزومتر و فشارسنج بوردون [۶]. البته با پیشرفتی که در علوم مختلف صورت گرفته است. اغلب وسایل اندازه‌گیری به صورت الکترونیکی و دیجیتالی عمل می‌کنند. دقت این گونه وسایل مهم‌ترین حسن این ابزار می‌باشد. ولی مشکل واسنجی دقیق این وسایل وجود دارد. نکته مهم دیگر در مورد این وسایل این است که هم‌زمان قادر به اندازه‌گیری سرعت. بده جریان و یا فشار می‌باشند. 1۳867 ۳:۱۵ 56 ععمه] -| 40 10167۳08۵1100 -2 -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ۳۷ هوس ۱ اب هر را در ۹۳۳-۱۲۱۲۰ ۸1 ۱۸0۱1۱/0۳(] ۳ َ ۱ وا نید ( ۸ ی : ف ظ ۰ ۹ 5 ( 5 ۹ مهن رده ری ۱ ود یس ۰ 1 رم ما ال 61 شکل ۳-۲- طرح شماتیک سرعت‌سنج ۳1۷ خر ۱ ۱۵ و۳ هت احموت ۱ ازردت پا ۱ هی ۱ 0 ْ ۱ ۱ ۱ ۱ ۱ ً را ! ۳ ۹ ً وچ ۱ ۱ + 7 17 ۱ ۱ ۱ ۱ را ۱ ۱ ۱ ۱ ۱ ۱ ۱ شکل ۶-۲- سرعت‌سنج صوتی برای اندازه گیری فشارهای بالاء به‌جای استفاده از لوله‌های پیزومتر می‌توان از لوله‌های لا شکل که حاوی جیوه یا سایر سیالات سنگین می‌باشد. استفاده نمود. برای اندازه‌گیری فشارهای دینامیکی و یا اندازه‌گیری خودکار از ترانس دیوسر استفاده می‌شود [۴]. 2-2-۲-۲ انتخاب مصالح مورد نیاز و نحوه پیاده کردن آنها در ساختمان مدل لزومی ندارد از مصالح مشابه نمونه اصلی استفاده شودء بلکه اگر سطوحی که از آنها جریان عبور می‌کند شبیه نمونه اصلی باشد و همچنین زبری سطوح آن تقریبا با مقیاس مربوط انتخاب شودء موضوع کفایت می‌کند. در انتخاب مصالح لازم برای مدل‌سازی باید مقاومت مصالحء سهولت دسترسی و هزینه‌های نهایی آنها و همچنین دقت مورد نیاز در برخی قسمت‌های مدل مورد توجه قرار گیرد. قابلیت جذب آب از مواردی است که در انتخاب مصالح اهمیت دارد. نباید در ساخت اجزای مهم مدل از موادی در آنتخاب نوع مصالح مورد توجه قرار می‌گیرد. از چوب و تخته‌های چوبی چند لایه و همچنین فایبرگلاس به خاطر داشتن سطحی نرم و خاصیت ضد تورم برای ساخت جعبه‌های ورودی و خروجی مدل استفاده شده و درزهای قطعات چوبی به‌کار رفته با نوار پلاستیکی یا ماستیک آب‌بندی می‌شود. برای ساخت این جعبه‌ها ممکن است از مصالح دیگری نظیر بلوک‌های بتنی؛ جر یا ورق‌های فلزی استفاده شود. از آسفالت به عنوان ماده آب‌بندی در ساختن مدل رودخانه‌ها و کانال‌ها استفاده می‌شود. -------- صفحهٔ بعد -------- برای ساخت قسمت‌هایی از مدل که قرار است جریان در آنها قابل مشاهده باشد نظیر بدنه فلومء از پلکسی گلاس و گاهی از بشکند. لذا باید در این زمینه تهمیدات لازم اندیشیده شود. می‌توان از مصالحی چون بتن» فومء یونولیت و سایر مصالحی که در هنگام اجرا انعطاف‌پذیر باشند. استفاده کرد. موادی که برای ایجاد توپوگرافی بستر استفاده می‌شوند باید ویژگی‌های خاصی داشته باشند. برای مثال در هنگام ساخت مدل باید قابلیت تغییر شکل داشته باشند تا بتوان آنها را به‌راحتی مطابق شکل بستر شکل داد. همجنین پس از خشک شدن باید سطحی صاف با زبری بسیار کم داشته باشند. با توجه به نرم بودن خاک رس» این مورد یکی از گزینه‌های مورد استفاده است. استفاده از سیمان با ماسه نرم گزینه دیگری است که برای ایجاد توپوگرافی بستر استفاده می‌شود. در انتخاب نوع مصالح برای رسیدن به زبری‌های مورد نظر و همچنین مصالح مورد استفاده برای ایجاد بستر متحرک در بخش‌های مرتبط توضیحات لازم ارائه شده است. خصوصیات تعدادی از مصالح که در مدل‌سازی رودخانه زیاد استفاده می‌شودء در جدول (4-۲) ارائه شده است. پوشش گیاهی رودخانه را می‌توان با استفاده از توری‌های سیمی و قطعات فلزی شبیه‌سازی کرد [۷] و [ ۴ جدول ۹-۲- خصوصیات مصالح مورد استفاده در مدل‌سازی رودخانه قابلیت شکل‌پذیری در هنگام اجراء عدم تورم در با استفاده از بتن‌های کندگیر این ایراد را ساخت کناره‌های رودخانه مجاورت آب پس از سخت شدن برطرف کرد) برابر تغییر حرارت توام با یخ در محاورت آبء شفاف بودن نوع خاصی از آن ساخت بدنه فلوم و قطعات با هندسه‌های پیجیده تغییر شکل و تورم در مجاورت آب و رطوبت, شکل‌پذیری و سهولت ماشین‌خوری عدم دوام برای مدت‌های طولانیء حتی در چوب ساروج هندوستان شاید مناسب‌ترین چوب برای ساخت اجزای اصلی مدل باشد. قوطی و تسمه برای ساخت فلوم‌ها و فلزات غیراهنی برای ساخت اجزای مدل و تاسیسات اندازه‌گیری استفاده می‌شوند. : ۱ 1 ناپایداری در برابر آب جایگرین سیمان برای قسمت‌های مختلف -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ۳۹ ۵-۳-۲ مدل‌های فیزیکی انواع سازه‌ها ۱-0-۳-۲ مدل فیزیکی آبشکن بیش‌تر مطالعاتی که بر روی آبشکن‌ها انجام شده است بر روی میدان موضعی جریان و عمق آبشستگی در مجاورت این سازه‌ها بوده است. مطالعاتی نیز بر روی ناحیه جداشدگی بالادست که مستقیما روی میدان موضعی جریان اثر می‌گذارد و همچنین اثر آبشکن یا سری آبشکن‌ها روی خطالقعرء انجام شده است. در مطالعات آبشکن متغیرهای زیر دارای اهمیت می‌باشند شکل (۵-۲): - فاصله نقطه جدایی جریان در بالادست تا آبشکن 1( - فاصله‌ای از پایین دست آبشکن که دوباره خط القعر بر مرکز سطح کانال منطبق می‌شود (آ) بیش ترین فاصله جانبی دیواره تا خطالقعر 10( - طول و عمق آبشستگی در محل آبشکن براساس یافته‌های محققین» میدان جریان حول آبشکن تابعی از پارامترهای فیزیکی آبشکن» پارامترهای مجراء پارامترهای جریان و پارامترهای رسوب می‌باشد. اس ورین ی ۳ شکل ۵-۲ - طرح شماتیک متغیرهای مورد بررسی در مطالعات آبشکن معیار شبیه‌سازی دینامیکی جریان در آبشکن‌ها با بستر صلبء تشابه عدد فرود است. در ساخت و بررسی نتایج مدل باید اثرهای -------- صفحهٔ بعد -------- یک راهنما ی کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه در مدل‌سازی آبشکن در بستر متحرک با توجه به هدف مدل‌سازی (بررسی شکل بسترء بار بستر و بار معلق) لازم است و برای ساخت آبشکن‌های نفوذ پذیر از ورق‌های فلزی متخلخل یا از سری میله‌ها استفاده می‌شود. تعداد آزمایشات براساس نوع و موقیعت آبشکن‌ها تعیین می‌شود. برای برداشت داده‌هایی نظیر الگوی جریان» لازم است شبکه‌بندی برداشت سرعت انجام شود. ابعاد این شبکه براساس دقت مورد نیازء شرایط جریان و میزان تغییرات سرعت در مکان مورد مطالعه تعیین می‌شود که در نواحی نزدیک به آبشکن فشرده‌تر می‌باشد [۸] و [۲۶]. ۲-۵-۳-۲ مدل فیزیکی مجاری آبگیر در آبگیری به روش ثقلی مهم‌ترین سوال» تعیین محل احداث آبگیر است. این نوع آبگیر را معمولا در قوس خارجی ایجاد می‌کنند تا رسوب کم‌تری وارد آبگیر شود. البته تعیین بهترین محل در قوس خارجی برای این که کم‌ترین رسوب به آبگیر وارد شودء با ساخت مدل هر رودخانه و با آزمون و خطا امکان‌پذیر است. استفاده از وسایل کمکی مانند پره‌های مستغرق" در مقابل آبگیر نیز در بررسی و ارائه پیشنهاد جهت آبگیری موثر است. ارتفاع آبگیری از بستر رودخانه نیز مهم است. بهترین حالت زمانی است که آبگیر آن‌قدر بالا باشد تا رسوب و ذرات معلق و بار بستر وارد آبگیر نشوند و از سوی دیگر آن‌قدر پایین باشد تا از ورود آشغال‌هاء چوب‌ها و یخ‌های شناور سطحی به آبگیر جلوگیری شود. موارد بالا وقتی از اهمیت بیش‌تری برخوردار می‌شوند که آبگیری به روش پمپاژ باشد. در این گونه پروژه‌ها هزینه سنگین احداث یک ایستگاه پمپاز در اثر اشتباه در جانمایی محل آبگیر به هدر می‌رود [۷]. ۳-۵-۳-۲ مدل فیزیکی پایه و تکیه‌گاه پل اگر هدف از ساختن مدل,» بررسی اثر بالا آمدن سطح آب در بالادست پل, اندازه سرعت و جهت جریان باشد.ء از مدل با بستر ثابت استفاده می‌شود.ء مخصوصا در مواقعی که اطلاعات صحرایی کم باشد. این گونه مدل‌ها هنگامی که پل مانعی عمده در مقابل جریان در دشت سیلابی ایجاد کرده و روش‌هایی برای بهبود وضعیت عبور سیل و کاهش تراز آب لازم باشد. ارزشمند هستند. ولی اگر هدف از ساختن مدل به‌دست آوردن سرعت جریان در نزدیکی پایه‌ها و مطالعه ابعاد آبشستگی در اثر وجود پایه پل باشد. باید از مدل با بستر متحرک استفاده کرد. در موارد زیر پیشنهاد می‌شود برای طراحی پایه پل از مدل فیزیکی استفاده شود ‎:]٩[ - اگر عدد فرود رودخانه بیش‌تر از ۰/۸ باشد. برای تخمین میزان آبشستگی در اثر شکل و جهت پایه از مدل استفاده می‌شود. - اگر برای شکل خاصی از پایه پل اطلاعاتی در مورد آبشستگی و نیروهای هیدرودینامیک وجود نداشته باشد. استفاده از مدل فیزیکی در ارزیابی این موارد و احیانا اصلاح شکل پایه مفید می‌باشد. - اگر داده‌های صحرایی از بده جریان و تراز آب کافی نباشد» مدل کمک خواهد کرد تا وضعیت جریان در شرایط سیلابی مشخص شود به‌خصوص این که الگوی جریان در مدل بررسی می‌شود. - اگر جریان با زاویه زیاد (بیش‌تر از) نسبت به محور طولی پایه‌ها به آنها برخورد کند, مطالعات مدل فیزیکی قابل توصیه است. 65 506۲26 -| -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ره - اگر خاکریزهای جاده» مانع عمده‌ای در مقابل جریان سیل در دشت سیلابی ایحاد کند و یا بده زیاد جریان محبور به عبور از یک دهانه باریک باشد. مدل فیزیکی به تعیین وضعیت جریان در دشت سیلابی» منحنی فراأب در بالادست پلء جچمت جریان و برآورد عمق آبشستگی کمک می‌کند. - وقتی شرایط بالا دست به منحنی فراآب بسیار حساس بوده و یا هندسه آبراهه بالادست و دشت سیلابی پیجیده باشد. استفاده از مدل به تخمین تراز سطح آب کمک می‌کند. - اگر کارهای ساماندهی برای کنترل حرکت آبراهه رودخانه و پایدار کردن جهت جریان در اطراف پایه‌ها مورد نیاز باشد. مدل کمک می‌کند تا یک راه حل اقتصادی و موثر تعیین شود. 2-۵-۳-۲ مدل فیزیکی کانال‌ها کانال‌ها عموما به علت مقطع و شیب یکنواختی که دارند با روش‌های تحلیلی طراحی می‌گردند. بااین وجود. تندآب‌ها و سرریزهاء خمیدگی و یا ترکیبی از این سازه‌ها در مسیر کانال‌ها ممکن است مسایلی به‌وجود آورند که حل آنها صرفا به طریق تحلیلی میسر نبوده و لزوما باید در طراحی آنها از آزمایش‌های مدل کمک گرفت. مدل چنین سازه‌هایی, با توجه به آن که نیروی ثقل بر جریان حاکم است. براساس قانون فرود ساخته می‌شود. در مواردی که نیروهای اصطکاکی, مانند سرریزهای تخت و بزرگ, اهمیت دارند باید با تعدیل شیب و یا زبری» افت اضافی را جبران کرد. سرریزهای مستهلک کننده انرژی در کانال‌ها مشابه سرریز و حوضچه آرامش با مقطع مستطیلی بوده و از نقطه نظر اندازه‌گیری فشار و سایر موارد تفاوتی با آنها ندارند. در تندآب‌ها که از عمق پایاب کافی برای حوضچه آرامش برخوردار نیستند. لازم است از یک مانع جهت افزایش عمق آب حوضچه استفاده شود. عمق افزوده شده حوضچه از ایجاد جریان‌های با سرعت بالا جلوگیری کرده و مانع ورود آن به داخل کانال می‌شود. حوضچه‌های آرامش که موجب تولید موج و نوسانات سطح آب می‌شوند. از نقطه نظر صدماتی که در جدار کانال‌های پایاب وارد می‌کنند.ء نیاز به مطالعه و بررسی توسط مدل دارند [۲۳]. ۵-۵-۳-۲ مدل پدیده‌های گردابی جریان گردابی یکی از پدیده‌هایی است که معمولا در دهانه آبگیرها به‌وجود می‌آید. اساسا باید از تشکیل پدیده گردابی به دلیل تاثیر سویی که از خود باقی می‌گذارد» جلوگیری شود. وجود گرداب باعث افزایش میزان افت ورودی جریان, کاهش بده آبگیری, مکش اجسام شناور از سطح آب و هدایت آنها به سمت آبگیر و مخلوط شدن حجم زیادی از هوا با آب خواهد شد. عامل اخیر باعث لرزش» سرو صدا و خوردگی در توربین‌ها خواهد شد و نهایت خسارت زیادی را به‌وجود می‌آورد. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که ۸۱ تداخل هوا در ورودی یک پمپ بازده آن‌را تا ۱۵ کاهش می‌دهد. محققان در بررسی‌های خود. فرمول‌هایی را برای پیش‌بینی گرداب در آبگیرها ارائه داده‌اند. اما استفاده از این فرمول‌ها به تنهایی برای طراحی آبگیر کافی نمی‌باشد. در بسیاری از مواردء کاربرد روابط مختلف نتایج متناقضی را به‌وجود می‌آورد به همین دلیل بدون استفاده از مدل هیدرولیکی با مقیاس مناسب امکان بررسی دقیق گرداب وجود ندارد. -------- صفحهٔ بعد -------- در مطالعات مدل, مساله تشکیل پدیده گردابی بررسی گردیده و در صورت تشکیل گردابه, راه‌حل‌های لازم برای تضعیف و یا از بین بردن گردابه پیشنهاد می‌گردد. روش‌های علمی برای از بین بردن گرداب وجود دارد اما تعیین ابعاد و آرایش این گونه روش‌هاء که اغلب از وسایل اضافی بهره می‌گیرند. به کمک مدل انجام می‌گیرد. از جمله این وسایل اضافی صفحات مشبک شناور می‌باشند هر چند تاثیر نیروی ثقل در این گونه سازه‌ها مهم است. اما نباید اثرهای ناشی از لزجت و کشش سطحی در مجاورت محور گرداب که سیال در حال چرخش می‌باشد و همچنین در نواحی که سیال انحنای تندی داردء نادیده گرفته شود. به طور کلی توصیه ورودی افزایش می‌یابد تا شدت گردابه تعیین گردد. نتایج به‌دست آمده از آزمایش‌های مدل به علت انحراف از مقیاس سرعت فرود باید اصلاح شوند. واضح است که اگر سرعت در مدل و نمونه اصلی یکسان باشد و در مدل گرداب مشاهده شود. ممکن است در نمونه اصلی گردابه پدید نیاید. ولی اگر در مدل, گرداب موجود نباشدء مطمئنا در نمونه اصلی نیز گردابه وجود ندارد [۲۳]. اگر مدل خیلی کوچک باشد ممکن است شرایط جریان در مدل و نمونه اصلی یکسان نباشدء به‌طوری که بر خلاف متلاطم بودن جریان در نمونه اصلی, در مدل شرایط جریان بینابینی یا ورقه‌ای باشد. در این حالت عدد رینولدز نقش موثری در شرایط جریان خواهد داشت. به منظور جلوگیری از تاثیر کشش سطحی, مقدار عدد ویر نباید از یک مقدار حداقل کم‌تر باشد. برای جلوگیری از تاثیر لزجت للازم است رابطه (۳۴-۲) بر قرار باشد [۴]: ۳ 3 104 )۳۴-۲( ۷۳ 2/3 (۳۵-۲) ول بر 10*۷۵ 3 که در این روابط اندیس 1۱ بیانگر مدل و اندیس ۲ بیانگر نمونه اصلی است. برای جلوگیری از تاثیر کشش سطحی باید [۳|: 0 ری در روابط فوق (*۵/1)م چگالی سیال, (۷)۳:/۹ سرعت جریان» (۳) ۳ عمق جریان, (0)*/۹ و (6)01/۳0 کشش سطحی در مدل می‌باشد. در این صورت با فرض 6/1۳ 1000 م و ۸1/۸ 0.075 < ی, حداقل مقدار با برابر است با: ۳۷-۲(۱) م۷ 1:115 با با در نظر گرفتن روابط (۲۶-۲) و (۳۷-۲) در تعیین با می‌توان سایر مقیاس‌ها را براساس مقیاس فرود تعیین کرد. روابط زیر که توسط محققین مختلف ارائه شده وقتی استفاده می‌شوند که مدل فرودی باشد. ولی اثر لزجت هم دیده شود: (۳۸-۲) ۷-۴ :(953 1 ,زط 3 ) (۳۹-۲) ( ۷ ر۷) ج اا< ,۷ :(۳۲۵۵۵۳,۱953) ۴۰-۲۱) (0.5 > ز ک 0) الا - ,۷ :(8,1957 ۷۵۵۵ - 000 -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ۳ نوع دیگری از مدل وجود دارد که کاملا فرودی بوده و در آن لزجت اثر نداشته باشد. شرط استفاده از این نوع مدل اینست که: ۴۱-۲(۱) 70 > 107,۳۲ ۷ 0(2.5] که در این رابطه ۶۳ - 16 ۲ شعاع ابتدایی گردابه و :۷ سرعت محیطی در شعاع ۳ می‌باشد شکل (۶-۲) ۷ ۳ مس سپس 2 لد پچ شکل ۹-۲- شکل کلی گردابه و پارامتر ۲ (شعاع گردابه) [۷] 1-۳-۲ مدل‌های فیزیکی رودخانه‌ای در طراحی مدل‌های رودخانه‌ای, اولین گام در دسترس بودن اطلاعات نمونه اصلی است. این اطلاعات شامل مقاطع عرضی مواد رسوبی و مقدار وزن مخصوص آن ضروری است. اگر اطلاعات مربوط به مقدار بار رسوبی متحرک در نمونه اصلی در دسترس قائم به نحوی انتخاب می‌شود که سرعت‌های مدل با سرعت به‌دست آمده از آزمایش همخوانی داشته باشد. مقیاس شیب را می‌توان زبری مدل به کمک رابطه مانینگ محاسبه می‌شود: 4 22 (۴۲-۲) ی را ان شده و سپس مقیاس قائم را محاسبه کرد. با در دست داشتن مقیاس‌های مدل می‌توان نسبت به راه اندازی و آزمایش‌های اولیه اقدام کرد. به علاوه می‌توان با ایجاد یک پدیده مشخص در مدل از روی شرایط نمونه اصلی,ء آزمایش‌هایی را برای تنظیم مدل انجام داد. شرایط جریان در مدل, مشابه نمونه اصلی باشد.ء می‌توان گفت مدل تنظیم گردیده است. در این صورت زمان به‌دست آمده از مدل,؛ اگر شرایط حاصل شده از مدل با اندازه گیری‌های انجام شده در نمونه اصلی مطابقت نداشته نباشدء باید مقیاس‌ها و احیانا شیب مدل -------- صفحهٔ بعد -------- را براساس آزمون و خطا آن‌قدر تغییر داد تا همخوانی با نمونه اصلی به وجود آید. روش‌های متفاوتی برای تعیین مقیاس مدل وجود دارد که هر کدام براساس معادلات استفاده شده و تعداد محهولات می‌توانند برای تعیین مقیاس و9 طراحی مدل به کار روند. به این ترتیب برخی مقیاس‌ها با توجه به محدویت‌ها و فیزیک مساله به صورت اختیاری انتخاب می‌شود و بقیه مقیاس‌ها براساس معادلات موجود محاسبه می‌شوند. روش‌ها باتوجه به طبیت مساله و نوع معادلات به‌کار رفته متفاوت می‌باشد. باتوجه به کمبود مقایسه‌های در دسترس بین نتایج مدل و نمونه اصلیء نمی‌توان گفت کدام روش بهتر عمل می‌کند. دو دیدگاه مختلف برای مدل‌سازی در زمینه - دیدگاه تجربی در این دیدگاه از معادلات تحربی برای تعیین مقیاس‌های مدل در رودخانه‌های آبرفتی استفاده می‌شود. روش رژیم که در ادامه توضیح داده شده است. براساس این دیدگاه استواراست. - روش رزیم تحربی است. در حالتی که رودخانه از نظر زمین ریخت‌شناسی در حالت تعادل باشد.ء به ازای بده مشخصی از رودخانه و در زمان معین, عرض» عمق و شیب بستر در اثر حرکت مواد رسوبی و فرسایش به صورت پایدار درمی‌آید. در این صورت روابط زیر صادق است [۷] (۴۳-۲) ار 2 (۴۴-۲) با < ,12 ۱ (۴۵-۲) درو در - دیدگاه مبتنی بر قوانین حمل رسوب شاید (1956) ۲۷16۳ 51۹1۵1 اولین بار روشی را برای طراحی مدل براساس قوانین حمل رسوب ارائه کرد. در این دیدگاه» مدل براساس معیارها و ضوابط حمل رسوب طراحی می‌شود [۲۷]. در تمام روابط مدل‌های رودخانه‌ای ,12 مقیاس قائم ,با مقیاس افقی» ,0 مقیاس بده جریان»,5 مقیاس شیب», مقیاس ضریب مانینگ,» ,ل مقیاس قطر معرف و یم مقیاس چگالی مواد می‌باشد. تسلد: ۲ " روس سیندر ۱ اه (۴۶-۲) زبری ریئولدز زبردانه‌ها ۱ -. (0 -| 5ل|ع( 51 -2 -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها 0 ۱ ۸ (۴۷-۲) برابری پارامتر شیلدز 1 ۲ ,۵5لا (۳۸-۲) تر کیب مانینگ واستریکلر 4 ۳ که در روابط مذکور ,۳ نسبت ,13 به 3 و 3 پارامتری به نام عرض پایدار رودخانه است که از رابطه 0چ/.4.75 - 3 به دست می‌آید. بدیهی است که هر رودخانه به ازای هر بده یک عرض پایدار دارد. در این روابط ۳ معادله و چهار مجهول ,ل بآ 7[ ۸0 موجود است که بسته به شرایط و محدودیت‌های موجود می‌توان یکی را محاسبه نمود (برای مثال م]) و سایر مقیاس‌ها را براساس مقیاس محاسباتی و با استفاده از سه رابطه فوق تعیین کرد. بسته به شرایط مدل‌سازی می‌توان از یک یا دو رابطه از سه رابطه فوق صرف‌نظر کرد. اگر هیجکدام از روابط حذف نشود.ء می‌توان برای تعیین مقیاس‌های مدل از جدول (۱۰-۲) استفاده نمود. به این ترتیب با توجه به مقیاس انتخابی یکی از ردیف‌های جدول در مدل‌سازی به‌کار می‌رود. در استفاده از جدول (۱۰-۲) اولین ستون سمت چپ مقیاسی است که براساس شرایط و محدودیت‌های آزمایشگاهی تعیین می‌گردد و بقیه ستون‌های ردیف مربوط مقیاس‌های دیگر مورد نیاز در مدل‌سازی است که با حل معادللات (۴۶-۲)» (۴۷-۲) و (۴۸-۲) به صورت توانی از مقیاس فرضی حاصل شده است. اولین سطر جدول (4)۱۰-۲» محهولات سه معادله (۴۶-۲) (۴۷-۲) و (۴۸-۲) می‌باشد. اگر عمق زیاد باشد و نگران ناهمواری کف و سطح نبوده و پارامترهای میدان جریان مد نظر باشندء می‌توان از رابطه (۴۷-۲) صرف‌نظر کرد و از جدول (۱۱-۲) استفاده نمود. اگر جریان کاملا آشفته باشدء رینولدز زبری اثر ندارد و می‌توان رابطه (۴۶-۲) را حذف کرد و از جدول (۱۳-۲) برای تعیین ضرایب تشابه استفاده نمود [۲۷]. جدول ۱۰-۲- تعیین ضرایب تشابه اه ما ۳ ۲ ۲ ۲ ۲ 6 2 0 ۱0 0 ً 7 ۲ 3 ۸ 3 6 ُ 7 0 ۲ 2 بل َ 2 بل 12 َ ۸ 2 7 10 ۸ ۳ کی ۸ ۸/3 6 ۸ و نحوه استفاده از جداول (۱۱-۲) و (۱۲-۲) نیز همانند جدول (۱۰-۲) است. با توجه به این که در این حالت ۲ معادله و ۴ محهول موجود است. می‌توان با توجه به محدودیت‌های مدل‌سازی دو مقیاس را انتخاب و محاسبه نمود و با استفاده از روابط مقدار دو مقیاس مجهول دیگر را تعیین نمود. متغیرهایی که می‌توانند به طور مستقل فرض شوند در اولین ستون سمت چپ قرار دارند [۲۷]. -------- صفحهٔ بعد -------- جدول ۱۱-۲- تعیین ضرایب تشابه بوا ق زیاد [۲۷] و نعیین صر برای عمق ز اعل۱ - روس کارد یکی دیگر از روش‌های تعیین ضرایب تشابه براساس قوانین حمل رسوب., توسط گارد در قالب رابطه زیر ارائه شده است که در آن 0 به‌عنوان پارامتر مورد نظر می‌باشد [۲۷]. جدول ۱۲-۲- تعیین ضرایب تشابه برای جریان کاملا متلاطم [۲۷] 9 بعیین صر برای جریان ی بل ]1 9 2 ۳ :1 بآ ۵۰ 1 ]1 ۸ سا 3 برد :]1 .۸۷ 1 2 ۸ با ۰ ۸ 1 ان[ و و : و (۳۹-۲) اد ضرایب ر ده و :۵ از جدول (۱۳-۲) به‌دست می‌آید و ضریب 0 نیز از رابطه (۵۵-۲) تعیین می‌شود. 8 ۱ (۵۰-۲) سل ور مگ -0 ۶ ۷/۲ 1 که در این رابطه ۱۷۷ عرض متوسط و ۳ عمق جریان در کانال اصلی است. مقدار 0 در حدود ۱/۲ می‌باشد [۲۷). در این رابطه ابتدا رابطه (۵۴-۲) مقدار ,] انتخاب می‌شود. با استفاده از ,7 و رابطه (۵۵-۲) مقدار ] محاسبه شده و با مقدار اولیه مقایسه می‌گردد. در صورت تفاوت. این کار را ادامه داده تا در اثر سعی و خطا مقدار دقیق 0 به‌دست آید و به این ترتیب مقیاس مدل محاسبه شود. روس کومورا |- 6 2 -------- صفحهٔ بعد -------- جدول ۱۳-۲- تعیین ضرایب روش گارد [۲۷] (۵۱-۲) ها با سر تعریف متغیرها و نحوه استفاده از جدول (۱۴-۲) دقیقا مشابه جدول (۱۳-۲) است. در جدول (۱۴-۲) .) مقیاس زمان جدول ۱۶-۲- تعیین ضرایب روش کومورا [۲۷] ۲-1-۳-۲ مدل‌های بررسی پدیده‌های موضعی در رودخانه مدل کردن پدیده‌های موضعی در رودخانه احتیاج به دقت بیش‌تری دارد. برای راحتی در اندازه‌گیری و نیز حصول دقت مقادیر به‌دست آمده لازم است تا مقیاس بزرگ‌تری برای قسمت مورد نظر که در آن پدیده‌ای خاص رخ می‌دهد انتخاب کردء در حالی که ممکن است مدل رودخانه نیز دو مقیاسه باشد. برای سهولت کار باید بازه‌ای از رودخانه که در پدیده موضعی مورد نظر دخالت دارد تعیین شده و فقط همان قسمت مدل شود. البته باید جریان‌های ورودی و خروجی با دقت خاص تعیین شوند. نکته مهم دیگر این است که چون هدف از ساختن مدل بررسی پدیده‌ای خاص می‌باشد.ء باید مدل به نحوی طراحی گردد که نقش آن پدیده پررنگ‌تر شود و سایر مسایل اهمیت کم‌تری پیدا کنند. برای مثال اگر هدف بررسی برداشت شن و ماسه در رودخانه -------- صفحهٔ بعد -------- معمولاا هدف از ساختن این گونه مدل‌ها بررسی تغییرات حاصل از ایحاد یک پدیده می‌باشد. به همین دلیل بهتر است در کنار مدل اصلی که در آن پدیده موضعی خاص (مثل میانبر» کف‌کنی» رسوب‌گذاری و غیره) لحاظ شده» مدل دیگری بدون اثر آن پدیده ساخته شود. این روش هم به تحلیل نتایج و مقایسه داده‌ها کمک می‌کند و هم واسنحی و صحت‌سنجی مدل را آسان‌تر می‌سازد. - مدل برداشت شن و ماسه اگر رودخانه در حالت عادی بدون برداشت شن و ماسه باشدء می‌توان با ساخت یک مدل با بستر متحرک و احتمالا دو مقیاسه میزان شن و ماسه قابل برداشت از آن‌را تعیین کرد و اگر از رودخانه برداشتی صورت گرفته باشدء میزان خطرات احتمالی و زمان وقوع آزها پیش‌بینی گردد. برای ساختن مدل رودخانه‌ای که احتمال برداشت شن و ماسه از آن وجود دارد.ء باید نکاتی مد نظر قرار گیرد. با توجه به آن که مطابق توصیه‌های ارائه شده» مناسب است برداشت شن و ماسه از رودخانه‌هایی صورت گیرد که سیلاب دشت‌های غیرفعال داشته باشند. بنابراین عرض مدل فیزیکی از یک مدل رودخانه‌ای ساده بزرگ‌تر خواهد شد. رودخانه‌هایی با طول بزرگ‌تر از لحاظ برداشت مستعدتر هستند.ء بنابراین مدل این رودخانه‌ها مقیاس طولی بزرگ‌تری خواهند داشت. ابزار لازم برای اندازه‌گیری‌ها در این گونه مدل‌ها باید دقیق‌تر باشدء زیرا ححجم مصالح جابجا شده از اهمیت خاص برخوردار است. ضمنا باید در نظر داشت که حتی‌الامکان برداشت مصالح از رودخانه‌هایی صورت گیرد که حرکت رسوبات به صورت بار بستر باشد و نوع جریان طوری نباشد که ریپل و دیون شکل گیرد و حتی‌الامکان جریان زیر بحرانی و نسبتا یکنواخت باشد [۱۰]. ۳-1-۳-۲ مدل بررسی توزیع غلظت در رودخانه با توجه به شکل (۸-۲)» مراحل مختلف توزیع غلظت که باید در طراحی یک مدل کامل بررسی توزیع غلظت مورد ملاحظه قرار گیرند. عبارتند از [۷]: - پخش به‌صورت جت و در مورد دهانه خروجی مستغرق» صعود ستون شناور - حمل مواد به کمک جریان‌های جانبی - سرد شدن سطحی جریان‌های خروجی گرم شده - زوال طبیعی پساب‌های خروجی وقتی یک جت افقی با سیال متفاوت با آب» در عمق تخلیه می‌شود. جت با نیروی شناوری که متناسب با اختلاف در چگالی دو سیال است. به سمت سطح متمایل می‌شود. تنش‌های برشی وارد شده بر اطراف جت. ابتدا در محیط آن و سپس در سرتاسر آن موجب تلاطم و اختلاط می‌گردد. با کاهش تفاوت چگالیء نیروی شناوری کاهش یافته و در نتیجه سرعت بالارونده کم‌تر می‌شود. با دور شدن جریان خروجی از محل تخلیه, مومنتوم افقی اولیه مستهلک شده و جت در سطح سیال پخش می‌شود. شکل (۷-۲) نشانگر -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ‎٩ هسمسیس.- ! او 011 ای : (۳) 1 (۵ َ 6 با ۳۷۵۷۵۲۲ (0 0 ۲0۵۷6۵۵۱۱۷6 (0 1۵۹71 (۵0 (0) 1۳۱6 20801601 (ع ۰ 86 ع6ع۳۲۵٩‏ (] ری یدارم مها شکل ۷-۲- مراحل توزیع غلظت در رودخانه [۷] ۸ (۵۲-۲) (0.(0 :06008 < 0 0): میزان جریان اولیه در جریان خروجی» م۸: اختلاف چگالیء م: چگالی جریان خروجی» (]: قطر دهانه خروجی ولا : عمق سازه خروجی نسبت به سطح آب و ع شتاب ثقل می‌باشد. نومه (م < + م) 0۵۱۹۱۱۶ ۵ 0۰ 1 رویسر برد شکل ۸-۲- پخش جت در سطح سیال [۷] با استفاده از تحلیل ابعادی» رابطه (۵۳-۲) به‌دست می‌آید: (۵۳-۲) (ت,چ پم ارو 0 رورا 00 2 که در این رابطه: 5 اختلاط بین سازه خروجی و9 سطح آب و8 شتاب نقل کاهش یافته 1 وی می‌باشد. که با استفاده از آن رابطه (۵۴-۲) حاصل می‌شود. (۵۴-۲) )0 7 50 -------- صفحهٔ بعد -------- ۷ که در این رابطهء ۳۸ عدد چگالی سنجی فرود ( 5 < ۳۸) می‌باشد. ]اه نت تغییرات پارامترهای بدون بعد 70۱۱50 در شکل ‎)٩-۲(‏ نشان داده شده است. ۳ 0 1 60 60 ۵ شکل ۹-۲- تغییرات پارامترهای بدون بعد ,۳۹,۳ [۷] 0 بنابراین شرط تشابه آن است که عدد چگالی سنجی فرود در مدل و نمونه اصلی یکسان باشد. علاوه بر این لازم است تشابه هندسی برقرار باشدء همچنین جریان در مدل نیز باید به صورت متلاطم باشد تا شرایط جریان در دهانه خروجی به صورت همسان با نمونه اصلی باشد. این امر مستلزم آن است که عدد رینولدز خروجی بیش از ۲۵۰۰ باشد. از طرف دیگر اگر سیال تحت تاثیر نیروی ثقل باشد که عموما چنین است. لازم است قانون فرود نیز رعایت شود. یکسان بودن عدد چگالی سنجی فرود بین مدل و نمونه اصلی بدین معنی است که همان اختلاف چگالی که در نمونه اصلی وجود داردء در مدل نیز رعایت شود [۲۳]. 2-۳- میکرومدل‌ها میکرومدل عبارت است از یک مدل فیزیکی با مقیاس بسیار کوچک برای تجزیه و تحلیل مسایل مربوط به رسوب [۴]. با استفاده از این تکنولوژی مهندسان می‌توانند مکانیزم یک رودخانه واقعی را در مساحتی به اندازه یک میز معمولی شبیه‌سازی کنند. میکرومدل‌ها" برای اولین بار در سال ۱۹۹۴ به عنوان وسیله‌ای جدید و مکمل در کنار مدل‌ها استفاده شدند. 0 12016 07 [ع۷1006 ۷1100۵ -1 -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها )۰ معمولا" میکرومدل‌ها برای مدل‌های رودخانه‌ای استفاده می‌شوند. حسن این روش در کوچک بودن, ارزان بودن و قابل حمل بودن آن می‌باشد. اگر بودجه طرح کم باشد و استفاده کنندگان طرح از کلیت مساله و مکانیزم آن آگاهی داشته باشند می‌توان در شناخت کیفی و تصمیم‌گیری در مورد طرح به جای مدل از میکرو مدل استفاده کرد. استفاده از میکرومدل برای تمامی حالات مناسب نیست. چرا که به علت کوچک بودن و رعایت نشدن قوانین تشابه در آنهاء اعداد به‌دست آمده» حقیقی نیستند و در صورتی می‌توان از این اعداد استفاده کرد که با مدل‌های بزرگ مقیاس و یا مدل‌های عددی, به درستی کالیبره شوند. میکرومدل یک مدل بسیار سریع است. در یک مدل با مقیاس کوچک, زمان مورد نیاز برای شبیه‌سازی فرآیند انتقال رسوب و دریافت پاسخ از آن بسیار کم بوده» به‌همین خاطر می‌توان با استفاده از یک میکرومدل واسنجی شده در مدت زمان اندکی, تعداد زیادی از انواع گزینه‌های طراحی را در مدل اجرا رده و بهترین گزینه را انتخاب نمود. میکرومدل یک مدل بسیار ارزان است. مطالعه کامل یک میکرومدل شامل نقشه‌برداری‌ها. ساخت مدل, بهره‌برداری و غیره» هزینه‌ای به مراتب کم‌تر از مطالعه مدل‌های با مقیاس بزرگ دارد [۴] قابل حمل بودن میکرومدل یکی از بزرگ‌ترین امتیازات آن است. اشراف کامل بر یک میز کوچک و قابل حمل که میکرومدل آماده آزمایش را نشان می‌دهد. ۱-2-۲- مقیاس میکرومدل‌ها معمولا" میکرومدل‌ها با توجه به شرایط خاصی که دارند تک مقیاسه ساخته نمی‌شوند.ء چرا که اگر قرار باشد میکرومدل‌ها تک مقیاسه باشندء دیگر در فضای کوچکی به اندازه یک میز کار قابل اجرا نمی‌باشند. به همین دلیل میکرومدل‌ها معمولا تحریف شده ساخته می‌شوند و تمامی نکاتی که در مورد مدل‌های فیزیکی بیان شد در مورد آنها نیز صدق می‌کند. البته مقدار پارامتر ۵ (نسبت مقیاس قائم به مقیاس افقی) در میکرومدل‌ها بین ۵ تا ۱۳ می‌باشد. معمولا مقیاس افقی در آنها سل تاسٍ و مقیاس قالم سل تا سل است [۴] ۱۰ -------- صفحهٔ بعد -------- شکل ۱۰-۲- دو نمونه از میکرومدل‌های آماده آزمایش ۲-2-۲- واسنجی میکرومدل‌ها مطالب ذکر شده در مورد واسنجی مدل‌های فیزیکی با مقیاس بزرگ در مورد میکرومدل‌ها نیز صدق می‌کند. البته چون هدف از و صحت‌سنجی دقیق در این نوع مدل‌ها ضروری نیست. ۳-2۶-۳۲ طراحی میکرومدل‌ها شبیه‌سازی جریان و انتقال رسوب در میکرومدل از همان اصول مورد استفاده در شبیه‌سازی مدل‌های با مقیاس بزرگ پیروی می‌کند. همان گونه که قبلا ذکر شد مقیاس‌های معمولی که برای میکرومدل‌ها به کار می‌روند عبارتند از: ۱:۱۵۰۰۰ تا ۱۸۶۰۰ برای مقیاس افقی و ۱:۱۲۰۰ تا ۱:۱۰۰ برای مقیاس عمودی. محدوده کج بودن در میکرومدل بین ۵ تا ۱۳ می‌باشد. کج بودن در اغلب مدل‌های فیزیکی برای حرکت رسوبات الزامی است. این مقیاس‌ها معمولا براساس رودخانه خاص تحت مطالعه انتخاب می‌شوند. به‌طوری که میکرومدل بین مرزهای فلوم روی میز قرار گیرد. کنترل خودکار میکرومدل همراه با روش‌های اندازه‌گیری بسیار دقیق» در واقع کلیدهای این تکنولوژی هستند. میکرومدل‌ها به گونه‌ای ساخته می‌شوند که رفتاری مشابه با رودخانه واقعی داشته باشند. فرآیندهای هیدرولیکی رودخانه با به کارگیری ابزاری چون شیرهای کنترل» پمپ‌های سانتریفوژ و نرم‌افزارهای پیشرفته کامپیوتری شبیه‌سازی می‌شود. این ابزارها به مهندس اجازه می‌دهد تا جریان آب و رسوب را در سرتاسر مدل به‌صورت خودکار کنترل کند. با استفاده از این نرم‌افزار کامپیوتری, استفاده کنندگان میکرومدل‌ها قادر خواهند بود تا میزان بده و بار رسوبی معادل با آن‌را در هر زمان به‌وسیله یک کلیک ساده بر روی موس در مدل کنترل نمایند. از آن‌جا که تغییرات جزیی در سطح آب مدل می‌تواند بیانگر تغییرات زیادی در رودخانه باشد؛ به‌همین خاطر برای اندازه‌گیری سطح آب در مدل از وسایل بسیار حساس استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال بسته به مقیاس مدلء یک میلی متر تغییر در تراز سطح آب -------- صفحهٔ بعد -------- فصل دوم - مدل‌های فیزیکی و میکرومدل‌ها ۳ مدل ممکن است معادل تغییری ۱۰ متری در رودخانه واقعی باشد. این وسایل اندازه‌گیری کوچک که تقریبا اندکی ضخیم‌تر از یک تکه کاغذ معمولی هستند. علاوه بر حساس بودن» مانع حرکت آب و رسوب در مدل نمی‌شوند. 2-2-۲ وسایل اندازه‌گیری در میکرومدل‌ها تمام وسایل دکر شده در مورد مدل‌های فیزیکی با مقیاس به مراتب کوچک‌تر و ظریف‌تر در میکرومدل‌ها کاربرد دارند. همچنین در میکرومدل‌ها از پمپ‌های بسیار کوچک با حساسیت بالا استفاده می‌شود. انواع حسگر و ریزتراشه‌ها در میکرومدل‌ها کاربرد دارند که این به خاطر دقت بالای مورد نیاز در میکرومدل‌ها (به علت کوچک بودن نسبت به مدل‌های بزرگ‌تر) می‌باشد. لیزرها و اسکنرهایی که مساحت تمام میز میکرومدل را پوشش می‌دهند و به برداشت توپوگرافی سطح و تغییرات آن می‌پردازند. از وسایلی می‌باشند که در مدل‌های بزرگ‌تر کم‌تر دیده می‌شوند. برای اطلاع از چگونگی توپوگرافی بستر مدل و وضعیت رسوبات در آن. از یک اسکنر سه‌بعدی و یک دیجیتایزر مکانیکی استفاده می‌شود. بعد از هر نوبت آزمایش مدل, مهندس با استفاده از اسکنر و دیجیتایزر» اطلاعات جامعی را از رسوبات پلاستیکی بستر مدل جمع‌آوری می‌کند. این اطلاعات به مختصات واقعی تبدیل شده و به‌صورت نقشه‌های عمق سنجی (توپوگرافی) ارائه می‌شوند. سپس این نقشه‌ها با نقشه‌های رودخانه واقعی مقایسه می‌شود تا واکنش رودخانه نسبت به طرح مورد نظر مشخص گردد [۴]. ۵-2-۲ نحوه ساخت میکرومدل معمولا" برای ایجاد توپوگرافی مورد نظر در میکرومدل‌ها از گل رس و روغن بی بو استفاده می‌شود. در این شرایط گل رس باید آن‌قدر خمیری باشد تا در هنگام اجرا انعطاف‌پذیر باشد.ء به‌علاوه باید آن‌قدر سفت باشد که در اثر وزن خود.ء هنگام آزمایش تغییر حالت ندهد. در صورت ترک خوردن سطح در هنگام آزمایش می‌توان از دوغاب سیمان برای ترمیم آن استفاده کرد. مواد و وسایلی که برای احداث یک میکرومدل استفاده می‌شود به اختصار عبارتند از ذرات پلاستیکی با وزن مخصوص کم (سبک) برای مدل کردن رسوبات رودخانه‌ای» آهن گالوانیزه برای شبیه‌سازی ساختمان‌های موجود در مسیر رودخانه مثل سازه‌های تنظیم جریان آب» پلی استرین و اکریلیک برای ایجاد یک کپی سه‌بعدی از مدل و مخلوطی از روغن و رس برای ایجاد مرزهای ثابت و متحرک در مدل. اولین گام برای ایجاد یک شبیه‌سازی کوچک فیزیکی, ایجاد یک مدل یا کپی سه‌بعدی از رودخانه مورد مطالعه است. این کپی سه‌بعدی از شرایط موجود و براساس تجزیه و تحلیل عکس‌های هوایی و نقشه‌های توپوگرافی, با استفاده از موادی چون پلی‌استرین و اکریلیک ایجاد می‌گردد. این کپی که شرایط موجود و پلان رودخانه را نمایش می‌دهد.ء درون یک فلوم هیدرولیکی که به اندازه یک میز معمولی است. قرار داده می‌شود. در مرحله بعد رسوبات پلاستیکی به مدل اضافه شده و هرگونه ساختمان‌های اضافی با استفاده از یک دیجیتایزر سه‌بعدی به دقت در مکان خاص خودش قرار می‌گیرد. فلوم هیدرولیکی مذکور شامل قسمت‌های مهمی از جمله یک جک دورانی برای کنترل شیب» یک مخزن آب همراه با پمپ و یک جداکننده رسوبات و یک شیر کنترل الکترونیکی می‌باشد. این فلوم سبک و قابل حمل می‌باشد و ممکن است در صورت نیاز به -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- فصل ۳ مدل‌سازی ریاضصی -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- ۱-۳- کلیات مدل ریاضی مدلی است که براساس روابط حاکم بر یک پدیده به‌وجود می‌آید. در مدل‌سازی ابتدا باید عناصر و روابطی که برای هدف خاصی در نظر گرفته می‌شود.ء انتخاب گردد. پس از تعیین اهداف و مقاصد مطالعه و تعریف کران‌های محموعه, مجموعه واقعی به یک مدل مفهومی تبدیل می‌شود. مدل مورد نظر نباید نه خیلی ساده باشد و نه آن‌قدر جزییات زیاد را در برگیرد که مدل پیچیده شده و هزینه آن زیاد شود. بنابراین همیشه به‌جای تقلید دقیق از مجموعه واقعیء باید مدل طوری طراحی شود که پاسخگوی سوالات مورد نظر باشد. مدل باید آن جنبه‌هایی از محموعه را شامل شود که تنها به اهداف مطالعه مربوط می‌باشد. امروزه به‌واسطه رشد روزافزون کامپیوتر و افزایش قدرت محاسباتی آنهاء مدل‌های ریاضی به‌عنوان یک ابزار پرقدرت و توانا برای ۲-۳ اهداف مدل‌سازی ریاضی در ممهندسی رودخانه به‌طور کلی اهدافی که برای مدل‌سازی ریاضی در رودخانه‌ها می‌توان متصور شد.ء عبارتند از: - درک بیش‌تر مساله - توسعه گزینه‌های مختلف - ارزیابی گزینه‌های مطرح شده در ادامه زمینه‌های مطرح در مهندسی رودخانه برای بررسی توسط مدل‌های ریاضی ارائه می‌شود. ۱-۳-۳ بررسی پدیده‌های عمومی یکی از اهداف مدل‌سازی ریاضی» بررسی پدیده‌های عمومی در رودخانه‌ها می‌باشد. برای تعیین الگوی کلی جریان با انتقال رسوب در یک بازه طولانی از یک رودخانه یا بررسی ریخت‌شناسی رودخانه می‌توان از مدل‌های ریاضی که برای این منظور توسعه پیدا کرده‌اند. استفاده نمود. معمولا در بررسی پدیده‌های عمومی, استفاده از مدل‌های یک بعدی انتخابی بهینه می‌باشد. با استفاده از مدل‌های یک بعدی می‌توان شرایط مختلف در بازه‌های طولانی رودخانه را در شرایط دراز مدت با دقت قابل قبولی شبیه‌سازی نمود ۳-۲-۳ بررسی پدیده‌های موضعی پدیده‌های موضعی مختلفی در مهندسی رودخانه وجود دارد که با استفاده از مدل‌های ریاضی می‌توان آنها را با دقت مناسب و مطلوبی مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. برخی از این پدیده‌ها به‌علت وجود سازه‌های هیدرولیکی در مسیر جریان به‌وقوع می‌پیوندند. وجود سازه‌های هیدرولیکی مختلف مانند پایه‌های پل آبشکن‌هاء آبگیرها و غیره باعث تغییر هیدرودینامیک جریان شده که نهایتا سبب تغییرات تراز بستر رودخانه به‌علت آبشستگی و رسوب‌گذاری در اطراف این سازه‌ها می‌گردد. برای تحلیل این پدیده‌ها استفاده از مدل‌های با دقت کافی و با امکان بررسی جزییات بیش‌تر نظیر مدل‌های دوبعدی و سه‌بعدی ضروری می‌باشد. برخی از اهداف مطالعه این پدیده‌ها عبارتند از: - درک و شناخت مناسب و دقیق الگوی جریان و مکانیزم‌های موجود در پدیده‌های موضعی -------- صفحهٔ بعد -------- ۸ راهنما ی کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه - استفاده از نتایج به‌دست آمده از مدل‌سازی این پدیده‌ها در طراحی سازه‌های هیدرولیکی - انتخاب گزینه یا گزینه‌های بهینه و مناسب به لحاظ کم‌ترین خسارات ناشی از این پدیده‌ها ۳-۲-۳ روندیابی سیلاب اهداف مورد نظر برای مدل‌سازی روندیابی سیلاب عبارتند از: - تعیین و ارزیابی رفتار حوضه یا یک رودخانه در مقابل یک یا چند رویداد پی‌درپی بارش <- رواناب - تعیین و محاسبه ترازهای سیلاب در نقاط مختلف برای دوره بازگشت‌های متفاوت و برآورد خسارات احتمالی - اتخاد روش‌ها و طرح‌های مناسب و اقتصادی برای پروژه‌های مهار سیلاب - هشدار به ساکنان مناطق در معرض خطر در مواقع سیلابی - کمک به مدیران برای تصمیم‌گیری در مواقع ضروری 2-۲-۳ بررسی اثر الگوی جریان رودخانه بر محیط پیرامون در شرایط مختلف جریان اهدافی که از بررسی الگوی جریان رودخانه بر محیط پیرامون در شرایط مختلف جریان متصور است» عبارتند از: - برآورد ظرفیت انتقال رودخانه و بررسی سناریوهای مختلف برای افزایش ظرفیت انتقال - تاثیر تغییرات هندسی بر روی رژیم هیدرولیک و رسوب رودخانه - بررسی تاثیر روش‌های هدایت و انحراف جریان بر روی الگوی جریان رودخانه و پیرامون آن - تاثیر کاهش عرض رودخانه بر روی هیدرودینامیک جریان - تاثیر استفاده از مخازن ذخیره‌ای بالادست و بهینه کردن استفاده از آزها ۵-۳-۳ بررسی الگوی جریان» آبشستگی و رسوب‌گذاری در رودخانه‌ها و اطراف سازه‌های هیدرولیکی یکی از روش‌های مناسب برای تعیین تاثیر سازه‌های هیدرولیکی بر روی جریان رودخانه استفاده از مدل‌های ریاضی می‌باشد. اهداف مدل‌سازی در این مقوله عبارتند از: - بررسی تاثیر سازه‌های حفاظت بر روی الگوی جریان - بررسی پایداری سطوح شیبدار - بررسی عملکرد سازه‌های حفاظت دیواره رودخانه - تاثیر حرکت بارج‌ها بر روی رسوب‌گذاری در رودخانه‌ها و کنترل بهینه رسوب‌گذاری در رودخانه‌های قابل کشتیرانی - درک و شناخت دقیق الگوی جریان و مکانیزم‌های موجود در اطراف سازه‌های هیدرولیکی - درک و شناخت دقیق مکانیزم‌های انتقال رسوب به‌علت وجود سازه‌های هیدرولیکی - ارزیابی و بررسی تغییرات موضعی تراز بستر رودخانه به‌علت وجود سازه‌های هیدرولیکی - کمک به طراحی شرایط پایداری سازه‌های هیدرولیکی در مقابل آبشستگی -------- صفحهٔ بعد -------- فصل سوم - مدل‌سازی ریاضی ۹ - اصلاح و بهینه‌سازی ابعادء محل استقرار و مشخصات هیدرولیکی این سازه‌ها با توجه به نتایج به‌دست آمده از مدل در جهت کاهش آثرهای مخرب سازه بر روی جریان و ریخت‌شناسی رودخانه - بررسی تغییرات بستر در آثر برداشت شن و ماسه - بررسی شکل‌گیری و تغییرات دلتای رودخانه‌های جزرومدی - شبیه‌سازی فرسایش و رسوب‌گذاری در خم رودخانه‌ها 1-۳-۳ بررسی اثر الگوی جریان رودخانه و سازه‌های هیدرولیکی بر روی ریخت‌شناسی رودخانه مدل‌های ریاضی یکی از ابزارهای مناسب برای بررسی تاثیر سازه‌های هیدرولیکی بر روی ریخت‌شناسی رودخانه‌ها می‌باشد. اهدافی که از این مدل‌سازی مورد نظر می‌باشد عبارتند از: - شناخت دقیق تاثیر سازه‌های هیدرولیکی بر فرآیندهای ریخت‌شناسی رودخانه - شبیه‌سازی تغییرات ریخت‌شناسی رودخانه - بررسی تأثیر ساخت سازه‌های حفاظت بر روی ریخت‌شناسی رودخانه - تاثیر حذف پیچانرودها بر روی هیدرولیک و ریخت‌شناسی رودخانه - برآورد تغییرات درازمدت بستر و سواحل رودخانه ۷-۲-۳- بررسی مسایل زیست‌محیطی و کیفیت آب در رودخانه پخش آلودگی‌ها در محیط توسط اندرکنش پارامترهای بسیاری صورت می‌گیرد که عبارتند از انتقال فیزیکی آلودگی درون محیطء مشخصات محیط سطحی و زیر سطحی که انتقال درون آن رخ می‌دهدء مشخصات فیزیکی و شیمیایی آلودگی درون محیط شرایط کلیماتولوژی یا دیگر شرایط بیرونی. مدل‌های ریاضی می‌توانند برای درک و ارزیابی مناسبی از این اندرکنش‌ها و تدوین خطمشی‌های جامع و مناسب برای ارزیابی روش‌های کاهش بار آلودگیء مورد استفاده قرار گیرند. اهداف مدل‌سازی ریاضی در مسایل زیست‌محیطی و کیفیت آب می‌تواند شامل موارد زیر باشد: - درک فرآیندهای کلیدی «علت و تاثیر» درون یک محیط طبیعی - درک نقش آلاینده‌ها یا ورودی‌های شیمیایی و مشکلات کیفی آب رودخانه‌ها - کمک به طراحی گزینه‌های مختلف و بهبود روش‌های پیشگیری از ورود آلاینده‌ها به رودخانه - انجام برخی ارزیابی‌ها در زمان کوتاه‌تر و با هزینه کم‌تر نسبت به مطالعات میدانی - ارزیابی تاثیرات سناریوهای کاهش آلاینده‌ها و چاره‌اندیشی برای حل مشکلات کیفیت آب رودخانه‌ها - تعیین زمان بازیافت برای یک حجم آبی بعد از اعمال یک برنامه کاهش آلاینده - تعیین زمان پاسخ یک حوضه یا حجم آبی مانند رودخانه یا دریاچه بعد از اعمال یک گزینه مدیریتی - ارزیابی تاثیرات گزینه‌های مدیریتی مختلف و کاهش گزینه‌ها برای بهبود کیفیت آب توسط مدیران - کمک به طراحی و توسعه برنامه‌های میدانی و آزمایشگاهی - اصلاح استانداردهای کیفی آب برای مصارف آشامیدن» صنعتی و کشاورزی -------- صفحهٔ بعد -------- منظور از مدل ریاضی, مدلی است که روابط حاکم بر یک پدیده را با روش‌های تحلیلی یا عددی حل می‌کند که به دلیل پیچیده با غیرممکن بودن حل تحلیلی برخی معادلات, منظور از مدل‌های ریاضی در این گزارش, مدل‌های عددی است. تقسیم‌بندی مدل‌های ریاضی جریان» انتقال رسوب و کیفیت آب براساس پارامترهای مختلفی صورت می‌گیرد. این تقسیم‌بندی‌ها به‌صورت زیر می‌باشند: ۱-۳-۳ تفسیم‌بندی براساس ابعاد مکانی براساس ابعاد مکانی, مدل‌های ریاضی به مدل‌های یک‌بعدی » شبه دوبعدی» دوبعدی» شبه سه‌بعدی و سه‌بعدی تقسیم‌بندی می‌شوند. فرآیندهای مطرح در رودخانه‌ها دارای طبیعت سه‌بعدی می‌باشند که در حالت ایده‌آل باید از مدل‌های سه‌بعدی برای مدل‌سازی آنها استفاده نمود. اما مدل‌های سه‌بعدی خیلی زمانبر می‌باشند. درحالی که مدل‌های یک‌بعدی و دوبعدی که به‌وسیله ساده‌سازی‌های مختلف مانند متوسطاگیری در مقطع, عمق و عرض حاصل می‌شوند راه حل مناسبی برای فعالیت‌های مهندسی می‌باشند. مدل‌های یک بعدی نیمرخ‌های طولی مشخصات جریان» انتقال رسوب و کیفیت آب را به‌صورت متوسطگیری شده در مقطع مورد مطالعه قرار می‌دهند. مفهوم مدل‌های شبه دوبعدی» کاربرد و حل معادللات یک‌بعدی با استفاده از فرضیه استقرار لوله‌های جریان (به موازات و همسایگی یکدیگر) در گستره عرضی رودخانه است. در این صورت توزیع عرضی پارامترهای جریان و رسوب را می‌توان ارزیابی کرد. با استفاده از فرضیه استقرار لوله‌های جریان» خصوصیات جریان در چند زیر مقطع عرضی قابل محاسبه است. مدل‌های دوبعدی عمقی " که در عرض متوسط گیری می‌شوند. مشخصات متوسط گیری شده در عرض جریان و انتقال رسوب را در مقطع طولی مطالعه می‌کند. مدل‌های دوبعدی افقی " که مدل‌های دو بعدی متوسطگیری شده در عمق " نیز نامیده می‌شوندء توزیع افقی مشخصات متوسطگیری شده در عمق جریان» رسوب و کیفیت آب را مورد مطالعه و بررسی قرار می‌دهند. در یک مدل شبه سه‌بعدی میدان جریان توسط مدل جریان متوسطگیری شده در عمق همراه با یک نیمرخ عمقی سرعت شبیه‌سازی می‌شود. مدل‌های یک بعدی به‌طور وسیعی در مطالعات شبیه‌سازی فرآیندهای رسوب‌گذاری طولانی مدت در آبراهه‌هاء رودخانه‌ها و خورها به کار برده می‌شوند. مدل‌های دو بعدی قائم انتقال رسوب. برای پیش‌بینی نرخ انتقال, رسوب‌گذاری و فرسایش در رودخانه‌هاء خورها و مناطق ساحلی به‌کار برده می‌شوند. کاربردهای مرتبط در رودخانه‌ها شامل رسوب‌گذاری در اطراف خطوط لوله و تله‌های رسوبگیر در کانال‌های آبیاری می‌باشد. این مدل‌ها به‌طور وسیعی برای برآورد انتقال رسوب معلق مورد استفاده قرار می‌گیرند. در بیش‌تر شرایط وضعیت‌های آب کم عمق, تغییرات قائم پارامترهای جریان کوچک می‌باشد. در این حالت تعیین توزیع افقی مقادیر متوسط گیری قائم کافی می‌باشند. مدل‌های سه‌بعدی در تجزیه و تحلیل پدیده‌های موضعی کاربرد زیادی دارند و درک مناسبی از تاثیرات کوتاه‌مدت سازه‌های پیشنهادی را در اختیار کاربر قرار می‌دهند. اما برای ارزیابی ریخت‌شناسی بلندمدت دارای محدودیت |- 1 0065 2- ۷۵۳۵| 2-10 005 3- ۲1071700 ۵[ 2-1 ۷006۵ 4- 16013-۸۷۳26 2-1 ۱/0065 -------- صفحهٔ بعد -------- فصل سوم - مدل‌سازی ریاضی ی ۲-۳-۳ تقسیم‌بندی براساس شرایط جریان براساس شرایط جریان» مدل‌های ریاضی معمولا به پایدار» شبه پایدار و ناپایدار تقسیم‌بندی می‌شوند. فرآیندهایی که جریان و تغییرات بستر در آنها در طی زمان کند بوده و یا مطرح نباشند. توسط مدل‌های پایدار تجزیه و تحلیل می‌شوندء اما اگر تغییرات زمانی جریان یا بستر عمده باشد.ء باید از مدل‌های ناپایدار استفاده نمود. مدل‌های شبه پایدار هیدروگراف‌های ناپایدار را به فواصل زمانی زیادی تقسیم نموده» به‌طوری که هر قسمت نماینده یک بده پایدار باشد. مدل‌های شبه پایدار معمولا برای شبیه‌سازی فرآیندهای طولانی مدت رودخانه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته این مدل‌ها در حالاتی که ناپایداری شدید باشد.ء مانند جریان‌های جزرومدی در خورها نمی‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند. ۳-۳-۳ تقسیم‌بندی براساس شرایط بستر و دیواره در مدل‌سازی جریان و انتقال رسوب در رودخانه‌ها بسته به نوع مطالعات می‌توان بستر و دیواره رودخانه‌ها را ثابت یا متحرک در نظر گرفت. اگر بررسی خصوصیات جریان مانند مهار سیلاب» پهنه‌بندی سیل‌گیری یا مطالعات آبگیری و تاثیر عمومی سازه‌های هیدرولیکی بر روی جریان مدنظر باشد.ء از مدل‌های با بستر ثابت استفاده می‌شود. در اکثر مدل‌های با بستر و دیواره متحرک تاثیر جریان بر روی بستر مورد بررسی قرار گرفته و تغییرات آن شبیه‌سازی می‌شود و تعداد خیلی کمی از این مدل‌ها به بررسی تغییرات دیواره رودخانه (مانند مهاجرت پیجانرودها) می‌پردازند. 2-۳-۳ تفسیم‌بندی براساس تعداد کلاس‌های اندازه رسوب براساس تعداد کلاس اندازه‌های رسوبء مدل‌های انتقال رسوب به مدل‌های یکنواخت (تک‌اندازه) یا غیریکنواخت (چند اندازه‌ای) تقسیم‌بندی می‌شوند. مدل‌های رسوب یکنواخت تمام مخلوط رسوب را با یک کلاس اندازه رسوب بیان می‌کنند. درحالی که مدل‌های رسوب غیریکنواخت مخلوط رسوب را به تعدادی کلاس تقسیم کرده و رفتار هر کلاس را مورد مطالعه قرار می‌دهند. شبیه‌سازی حاصل از مدل‌های غیریکنواخت رسوب واقعی‌تر از مدل‌های یکنواخت رسوب می‌باشد. ۵-۳-۳ تقسیم‌بندی براساس مدل‌های انتقال رسوب مدل‌های انتقال رسوب معمولا به مدل‌های بار بسترء بار معلق و بار کل تقسیم‌بندی می‌شوند. برخی مدل‌های توسعه داده شده فقط بار بستر یا بار معلق را بررسی می‌کنند. 1-۳-۳ تقسیم‌بندی براساس شرایط انتقال رسوب براساس شرایط انتقال رسوبء مدل‌های انتقال رسوب به مدل‌های تعادلی یا غیرتعادلی قابل تقسیم‌بندی می‌باشند. در بسیاری از مدل‌ها فرض می‌شود که نرخ واقعی انتقال رسوب در هر گره محاسباتی معادل با ظرفیت حمل رسوب توسط جریان در شرایط تعادلی است. مدل‌هایی که بر مبنای فرض تعادل محلی باشند را مدل‌های انتقال رسوب تعادلی می‌نامند. البته سامانه‌ی رودخانه‌های آبرفتی به دلایل مختلفی همیشه در زمان و مکان در حال تغییر می‌باشند. بنابراین شرایط تعادلی مطلق به‌ندرت در شرایط طبیعی وجود دارد. در مدل‌های انتقال رسوب غیرتعادلی این فرض معتبر نبوده و معادلات انتقال برای تعیین نرخ انتقال بار بستر و بار معلق واقعی پذیرفته می‌شوند. -------- صفحهٔ بعد -------- 7۲ به‌عنوان مثال برای مشخصات *6/1 ‎٩0 در صورتی که ضریب ل افزایش بار معلق و به : و غیرتعادلی برای مقط 8 و 0421 - تقسیم‌بندی براسا براساس روش‌های کدام از این روش‌ها دار ظرفیت کامپیوترهای م راهنما یکاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهنده جریانی با بده 1۹/۵ 0.05 <0) در یک کانال فرضی به طول ۲۰ متر و با شیب طولی 6 حمم .۰ ۳ 0.09 حبل و 0.45 <م با توزیع نمایش‌داده شده در شکل (۱-۳- ال ان انتقال رسوب در آن معادل 0.000075 <- باشد نتایج حاصل از دو مدل تعادلی می‌دهد مدل تعادلی سریع‌تر به مقدار بیشینه نرخ جریان می‌رسد و از سوی دیگرء مدل بع آن کاهش مقدار بار بسترء مقدار بیشینه کم‌تری نسبت به مدل تعادلی دارد. نتایج حاه ی در فاصله ۵ متری از ابتدای کانال در شکل (۱-۳- ب) با یکدیگر مقایسه شده اس 110 زمان (دقیقه) 160 110 زمان (دقیقه) شکل ۱-۳ - مقایسه مدل تعادلی و غیرتعادلی در یک آزمون فرضی [۳۹] س روش‌های عددی عددی,» این مدل‌ها به مدل‌های تفاضل محدودء حجم محدود" و آلمان محدود" تقسیم ورد استفاده دارد. سی و ساماندهی 7 ودخانه ۱ که رسوبی با ی) بدان داخل می‌شود و غیرتعادلی متفاوت غیرتعادلی به‌واسطه سل از مدل‌های تعادلی ای جدیدتر همچجون تجربیات مدل‌ساز و |- ۳۵۱۱ 6 2- ۳116 6 3- ۳1۱۱ 1 -------- صفحهٔ بعد -------- فصل سوم - مدل‌سازی ریاضی 1۳ ۷-۳-۳ تقسیم‌بندی براساس روش محاسبه براساس روش محاسبه, مدل‌های جریان و انتقال رسوب می‌توانند به کاملا مجزاء نیمه پیوسته " و کاملا پیوسته " تقسیم شوند. مدل‌های کاملا مجزا از تاثیر انتقال رسوب و تغییرات بستر روی میدان جریان با فرض کم بودن غلظت رسوب و تغییرات بستر, صرف‌نظر کرده و جریان و انتقال رسوب را به‌صورت جداگانه در هر گام زمانی محاسبه می‌کنند. مدل‌های کاملا پیوسته تمام مشخصات جریان و رسوب را با هم محاسبه می‌نماید. مدل‌های نیمه پیوسته برخی از مشخصات را به‌صورت پیوسته و برخی دیگر را به‌صورت مجزا محاسبه می‌کند. به‌طور مثالء مدول‌های جریان و رسوب به‌صورت مجزا حل شده درحالی که انتقال رسوب, تغییرات بستر و جور شدگی مصالح بستر" در مدول رسوب به‌صورت پیوسته محاسبه می‌شوند. به‌علت وجود اندرکنش بین جریان, رسوب و مصالح بستر در سامانه رودخانه‌های آبرفتی» مدل‌های کاملا پیوسته از لحاظ فیزیکی معقول می‌باشند. گرچه کاربرد آنها و مدل‌های نیمه پیوسته محدود می‌باشد. با این‌حال» نتایج حاصل از مدل‌های مجزا به‌علت اختلاف مقیاس زمانی جریان و انتقال رسوب و استفاده از فرمول‌های تجربی برای زبری بستر و ظرفیت حمل رسوب» توجیه‌پدیر می‌باشد. در نمودار (۱-۳) ساختار کلی مدل‌های ریاضی جریان, انتقال رسوب و کیفیت آب نشان داده شده است. 2-۳- مبانی مدل‌سازی ریاضی برای حل عددی معادلات دیفرانسیل جزیی حاکم بر هر میدان جریان» باید میدان مزبور به مجموعه‌ای از نقاط یا سلول‌ها گسسته شود. معادلات مزبور بر روی مجموعه نقاط و یا سلول‌های حاصل شده» با استفاده از یک سری معادلات جبری تقریب زده شده و در نهایت» با حل دستگاه معادلات جبری به دست آمده» مجموعه‌ای از مقادیر عددی گسسته که به عنوان یک تقریب از حل معادلات بر روی کل میدان می‌باشند. حاصل می‌گردد. بنابراین به‌طور کلی برای شبیه‌سازی ریاضی و عددی هر نوع پدیده فیزیکی, باید مراحلی به شرح زیر طی گردد: - شناخت کامل از فیزیک رودخانه - تعریف هندسه مورد نظر و قلمرو فیزیکی - انتخاب پدیده‌های فیزیکی مورد بررسی - استخراج معادلات حاکم - تولید شبکه - تشخیص و تعریف شرایط مرزی - انتخاب روش عددی مناسب برای انفصال و حل معادلات - انفصال معادلات حاکم - حل معادلات منفصل شده - ارزیابی و صحت‌سنجی مدل 3/1005 16001۵0 ۳۵۱۱۷ -۱ ۱1006۵ ۲۵۵1۵0 56001 -2 ۸/1005 ۵۵1۵۵0 ۳۵/۷ -3 68 ]۱/1016 0ع -4 -------- صفحهٔ بعد -------- رودخانه و مرزهای باز ۱ مدل هیدرودینامیک ۱ نمودار ۱-۳ - ساختار کلی مدل‌های ریاضی در مهندسی رودخانه ۱-2-۳ شبکه‌بندی میدان حل گسسته‌سازی میدان حل باید به نحوی صورت گیرد که منجر به حل کارای معادلات حاکم شود. شبکه‌بندی بر روی میدان باید طوری انجام شود که در انفصال یک معادله بر روی یک گره و یا سلول؛ تمام گره‌های محاور آن به‌راحتی قابل شناسایی باشد. علاوه بر آن» شبکه‌بندی باید حتی‌الامکان منطبق بر مرزهای میدان بوده و تمام میدان در حل معادلات در نظر گرفته شود. بسته به روش -------- صفحهٔ بعد -------- ۱-۱-2-۳ شبکه‌بندی در مدل‌های یک بعدی برای آماده‌سازی هندسه آبراهه‌ها در مدل‌سازی یک‌بعدی در رودخانه‌هاء اندازه‌گیری نیمرخ سطح عمود بر جهت جریان در فواصل مختلف امری مرسوم می‌باشد. این نیمرخ‌ها مقاطع عرضی نامیده شده و فاصله بین آنها طول بازه" نامیده می‌شود. در شکل (۲-۳) مقطع عرضی مرکب همراه با سیلابدشت ارائه شده است. شکل ۲-۳ - نمایی از مقطع عرضی مرکب با سیلابدشت نیست و بستگی به نوع مطالعات دارد. برای مثال» در مطالعات کشتیرانی به‌علت اهمیت شرایط محلی, مقاطع عرضی باید فاصله - در نقاط انبساط " یا جمع‌شدگی " آبراهه - در سرشاخه‌ها و نیز بلافاصله بالادست یک اتصال" و پایین دست آن همچنین فاصله بین مقاطع عرضی باید به‌گونه‌ای باشند که بین دو مقطع متوالی تغییر ضریب زبری قابل قبول باشد. در شکل‌های (۳-۳) (۴-۳) و (۵-۳) شبکه‌بندی در یک آبراهه یک بعدی, شبکه آبراهه و یک اتصال نشان داده شده است. شکل ۳-۳- شبکه‌بندی در یک مدل آبراهه یک بعدی ۱- ۳6۵0 11 2-0 3-0 4-6 -------- صفحهٔ بعد -------- 7 راهنما یکاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه ۹ ۱ کاتال ۱ زا اتفصال کاتال ها ی ۱ کانال۲ چ تب ۳ سس ً/ مه زه ً , هید و کاتال ۵ ور تم خروجی کاتال ۷ کاتال ۴ ورودی شکل ۶-۳ نمایی شماتیک از یک شبکه آبراهه ری ۱ / ی چپ ۲ چست رز 3 ک 3 شکل ۵-۳- موقعیت یک اتصال و مقاطع عرضی قبل و بعد از آن ۲-۱-2-۳ شبکه‌بندی در مدل‌های دو و سه‌بعدی - تقسیم‌بندی براساس شکل سلول سلول‌های شبکه در حالت دوبعدی معمولا به‌صورت مثلنی و یا چهارگوش بوده و در حالت سه‌بعدی به‌صورت چهاروجهی» شش‌وجهی,» هرمی و یا منشوری می‌باشد. انواع این سلول‌ها در شکل‌های (۶-۳) و (۷-۳) نشان داده شده‌اند. شکل 1-۳- انواع سلول‌ها در حالت دو بعدی (مثلتی و چهارگوش) هرمی مسوری -------- صفحهٔ بعد -------- شکل ۷-۳- انواع سلول‌ها در حالت سه‌بعدی - تقسیم‌بندی براساس ساختار شبکه می‌شود و نقاط داخلی شبکه بر روی خطوط شبکه توزیع می‌شوند. بنابراین» نقاط شبکه را می‌توان به راحتی نسبت به خطوط شبکه مشخص کرد. به منظور کاهش هزینه محاسبات و نیز افزایش دقت حل می‌توان از شبکه‌بندی ریز در نواحی از میدان که تغییرات مشخصه‌های جریان زیاد است. استفاده کرده و در مقابل در نواحی با گرادیان پایین مشخصه‌هاء از شبکه‌بندی درشت‌تر استفاده کرد. این نوع شبکه‌بندی به شبکه‌بندی غیریکنواخت" موسوم است. در شبکه‌های بی‌سازمان» شبکه‌بندی به گونه‌ای ساخته می‌شود که نقاط شبکه آن را نمی‌توان به خطوطی از شبکه که به‌صورت منظم تعریف شده‌اند. مرتبط کرد. برای ساختن شبکه می‌توان از اجزای مختلفی استفاده کرد. در بین انتخاب‌های موجود.ء اجزای منلنی معروف‌ترند. معمولا یک شبکه باسازمان در روش‌های ححجم محدود استفاده شده و یک شبکه بی‌سازمان در روش‌های المان محدود مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته این یک قاعده کلی نیست. در شکل (۸-۳) شبکه‌های باسازمان و بی‌سازمان مشاهده می‌شود. تقریبا تمامی شبکه‌هایی که از سلول‌های مثلشی استفاده می‌کنند نامنظم می‌باشند. همچنین در شکل‌های (۹-۳)» (۱۰-۳) و (۱۱-۳) به ترتیب یک نمونه از شبکه بی‌سازمان حول یک پایه پلء شبکه‌بندی باسازمان غیریکنواخت برای میدان جریان حول یک آبشکن واقع در یک کانال مستقیم و شبکه‌های سه‌بعدی باسازمان و بی‌سازمان نشان داده شده است. همچنین شبکه‌ها می‌توانند متعامد و یا غیرمتعامد باشند. متعامد بودن شبکه توسط زاویه بین محل تقاطع خطوط شبکه تعریف می‌شود. اگر زاویه ۹۰ درجه باشد شبکه متعامد بوده و در غیراین‌صورت شبکه غیرمتعامد می‌باشد. در شکل (۱۳-۳) شبکه‌های متعامد و نامتعامد مشاهده می‌شود. خود به دو حالت متعامد و غیرمتعامد تقسیم‌بندی می‌شود. در حالت شبکه‌بندی منحنی‌الخط متعامدء خطوط شبکه علاوه بر این که با 1] - ۹۵ 2- ۳0-۹۹۵ 3- ۳701-۲70 -------- صفحهٔ بعد -------- 71۸ راهنما یکاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه و اک ۷ که آکه ک اه که اش ۳ د۲ ح ۲ حان حد ۳ دا ان اد ۳ ای اد ۳ خن ادا ان ۲ اد ان هد ۲ خن را خر ارچ اج رو کرک ۳ اد ک ک که ا اه اک اک اک کر که اک اک ک آک اش که اک اک شش اه اش رگیج ی ده شخ را ده شن هه هستی کد یا را رک را رک رک ۳ رک رک راک ۳ جک هک هک اکیا نرخ ۳ سا را را ارج را رخ رخ را رخ را ران اب ران را رخ را ران ار اش شر ده هک کد هیچ یر ی ایند ند یبن ید بت هپت یبن یبن پن یبد بو بح بت ری شید هو بو ون وب و ی بو و ما ی مت ِ ال و یر که کر که کش کش ۳۸۲ کش ۷ خ ۳دچارظر درب نواز دیورخ تاپ ی دن تاج یه کا اچ لس لا 5 رپ یک پت کرک شا ها ار کا را دک زکا را هک هک دخ ۷ک ک ین ین یا وک ی را اس یک دی دبی تب تب تب تدبیر هر السا سل اما و ری دود تج نج ید دج یدب ندچ ی با که یدای این ین ی زین هن ین هن ون ین و وید ویو ض واه کح بط کو پها کم اس سس ینتب ند ان چا بت بت بت ماس ال ری سای ویو ین بو ین من بو و و مس وال ۳ سال انس لا بو وب وب مود دهه بنی و ول یادم ی کا هو در ارور هد هد ۳ دسر سکه رک کره روح خاش که ار کی 1 جطاوی وهای ها لا بت بت بو هن بت دب بت دب ی دا موف اسان نیون بو مد ربب ود ی یکسا حض امن وان اون نب بو بو یت هن هت هن بت هن ین هن هن برد پر بر یک ید اه و ک ی رو همکد شخ شخ کاخ که که پر یهد اک ۹ 3 الما یدیا اد ی و ون وب نب وب وب هن بو بت بو نهپ ی 4 ها کر اب وا که که اه اه هک رکه وک 5 0 به و نا او و یو و اه خدا ها خاک ۳ ده ی خنده دمو سر یا وب وب یک گو و تو سر ی مت ۳ ش۵۳ن ۳ رفخ۷ ا ان هزاره انا ده دار سرخ گر یورو کر ارج اپ 5 بک ی را ان هه خش ره ها روا که هم دک هد یک اهم ی مک رو خب یجحم ته شک خش ۳ ۳۸سه هک دخ ۳ ۳۵ حک شک هک ده ۳ یک رود رنو پیک در در کا دب ۲ ادب کبک هک کبک تب دال جو تو او یاب نو نه نبی نی که به زب ه دب نو وب درب تا ید احز لاد یی ی یو مین بو بو هنن هن هن یو هن هو ین بو بو تیب اب اج رالاس مهو یدبک پیب هنم ننک هد ین و وم بو ماد یلک ۴ ال وت تب کت رس دلوت و لت رد هد ی دی بت هدن بو دوپ مد بو یبد پا بو برد بو بو بو پا دیدنبب دب دوبن بخ بت دب مدا ور اون تپ ی بو یک من هن هب بو نوبز ندوبن نوبز وب با ار ی ها یت هن مب ین پن دپ ینت پن ین پد بت پد پد ی ند یبد بو بو بو بر نب بل پد اک مک کت عح تم نع منم مدب ید مه ید مه ی مه ما ید با ی ی ید مه ی مد ی مد وا میمعت فک منم ی ی کم ید ین میا مد مین امین مین سول سین سول مر وا + شکل ۹-۳- سبکه بی سازمان در میدان جریان حول پایه پل واقع در کانال مستقیم ار دا ال 8 ی ۳۹۱۹ ۳۹ ۳۹ ۳۹ ۵۳۹ ۱۱۱۵۵۵ یر 8011111 58 0 5 5 5 ات ۱ هه هه که که هه هه هه هه که 8 8 8 11۱88 ۱ ی ی ی هی یه ی هه هه هه هه 9 8 8 ۱۱۵۵ ان 8 کت که که ععه سعع سگت و7 و100 10 10 0 کی ی اه هت که 8 888 1 0 ات کت کی هگ ی همست الک ۱ ۱۱۱۱۱۷۷۱۱۱۱۱ ان باب 88881111۱ 881111۷1 8 85 88 11 888811 8 مب ی ایو :. لد مساس ام سین 11 ۱۱1 ۲ زب) ۲ ۵ : ما۰ ۰ . اافق- 1 ۰ ه ۰ پر مه ۰ 1 ۰ شکل ۱۰-۳- شبکه با سازمان در میدان جریان الف- حول یک آبشکن واقع در کانال مستقیم» ب- جزییات اطراف آبشکن 3 ایو و ۳ 3 1 او ما پا ۳ رازبا ال ,ات وت رو موی مگ یمه پا مها و۳ ۹ چسه رو ی سس 0 از اش رو ی مک یه زو رو ظ ها ۳۹ بسبه .۹ پ 7 ۳ 1 سم مین | هه ها پا 5 حیی 8 وگ 0 او وه و واه وهی همه ۰ ۹ ی رد 1 ۹ و و وچامبی نی اا سا سا ری ری سم بمبلار رز رطس ب) ال ( او هت ۳ چا درس ۳ | تسش یسم رن و کچ ری ات ۱ ای ‌ 8 امیس ی موس ۳ انس سس ۳ سس ی ۳ شکل ۱۱-۲- سبکه‌های سه‌بعدی الف - بی‌سازمان. ب- باسازمان که که 7 لا را لا اک سر ان نزن لب رز ]ال ود سک ری و تنل نان تنل تنل 1 ۹ ,و ۳ ۱ ۱ ور لب یبیل ار ا اا ی ۴ هر ی را کر ۸ ۹ ی الیل یت رسد سس د تیم محامده ۸ مسحامهد شکل ۱۲-۳- شسبکه‌های متعامد و نامتعامد -------- صفحهٔ بعد -------- در این شبکه‌بندی نحوه حل معادلات تفاوت چندانی با حالت کارتزین ندارد. در شبکه‌بندی منحنی‌الخط غیرمتعامد خطوط شبکه لزوما بر هم عمود نیستند و به همین دلیل این مختصات قابلیت انعطاف بیش‌تری نسبت به سامانه متعامد دارد. بنابراین در شبیه‌سازی مسایلی از قبیل میدان جریان و انتقال رسوب روی بسترهای تغییر شکل یافته که در مسایل مهندسی رودخانه کاربرد زیادی دارد. به‌دلیل وجود هندسه نامنظم, قلمرو فیزیکی غیرمستطیلی و ضرورت توصیف دقیق مرزهاء سامانه مختصات منحنی‌الخط غیرمتعامد ترجیح داده می‌شود. در این نوع شبکه‌بندی برای حل میدان جریان» فضای فیزیکی به یک فضای محاسباتی تبدیل می‌شود شکل (۱۳-۲). ص چاه ۹ کی و اور 4 7 1 ]۱۱7 1 ]۲ 5 1 ۹ ۱ ها یا ۳ 4 را شکل ۱۳-۳- شبکه منحنی‌الخط متعامد برای میدان جریان در یک خم رودخانه (ب) (الف) شکل ۱۶-۳- تبدیل قلمرو فیزیکی با شبکه‌بندی منحنی‌الخط غیرمتعامد به قلمرو محاسباتی همان‌گونه که در شکل (۱۴-۳) نیز مشاهده می‌شود» این عمل در حقیقت با تغییر شکل قلمرو فیزیکی به‌دست می‌آید و مهم‌ترین مساله پس از آن مشخص کردن نقاط شبکه در دامنه فیزیکی است. به‌عبارت دیگر باید برای نقطه خاص ([,ا) در قلمرو محاسباتی,؛ مختصات آن («ا,۷) در ناحیه فیزیکی تعیین شود. در روش اول معادلات دیفرانسیل نیز به ناحیه محاسباتی تغییر شکل یافته و سپس انتگرال گیری می‌شوند و در روش دوم معادلات به‌طور مستقیم در ناحیه فیزیکی انتگرال‌گیری شده و سپس روابط بین نواحی فیزیکی و محاسباتی وارد آنها می‌گردد. - تقسیم‌بندی براساس بلوک‌ها با توجه به هندسه میدان» می‌توان از یک یا چند بلوک از شبکه‌ها استفاده نمود. یک شبکه چند بلوکی! از چند شبکه منظم تشکبا می‌شود. در شکل (۱۵-۲) آرایش‌های مختلف اتصال در این نوع شبکه‌ها نشان داده شده است. 1- ۱۵1۱-10 -------- صفحهٔ بعد -------- - تقسیم‌بندی براساس حرکت شبکه با توجه به امکان تغییر شبکه در طی مراحل حل می‌توان از شبکه‌های ثابت یا وفقی استفاده نمود. یک شبکه وفقی! مطابق با محاسبه میدان جریان یا فیزیک مساله» حرکت می‌کند. این امکان وجود دارد که برای محاسبه وضعیت جدید هندسی شبکه هنگامی که سطح آب یا بستر در خلال یک گام زمانی حرکت می‌کند. شبکه بر طبق آن حرکت نماید. بنابراین محاسبات تغییرات بستر و سطوح آب که تابع زمان استء قابل انجام می‌باشند. یک شبکه وفقی برای مدل‌سازی تغییرات کف در رسوب‌گذاری و آبشستگی موضعی شکل ۱۵-۳- آرایش‌های مختلف اتصال در شبکه چند بلوکی الف- تکه‌ای, ب- تطابق ساده, ج- تطابق پیچیده ۳-۱-2-۳ کیفیت سکه‌ها دقت و همگرایی محاسبات عددی بستگی به کیفیت شبکه دارد. سه پارامتر زیر که از مشخصات یک شبکه می‌باشند دارای اهمیت می‌باشند: - نامتعامد بودن" - نسبت ظاهری" - نسبت اتبساط ۲ نامتعامد بودن تقاطع خطوط شبکه میزان انحراف آن از زاویه ۹۰ درجه می‌باشد. اگر مقدار آن کوچک‌تر از ۴۵ درجه و یا بزرگ‌تر از ۱۳۵ درجه باشدء» شبکه خیلی نامتعامد بوده و باید از این حالت دوری جست. کم بودن نامتعامدی» باعث همگرایی خیلی سریع شده و در برخی حالات دارای دقت بهتری است. در صورت نیاز به حصول دقت در شبیه‌سازی بخش‌های خاصی از میدان جریان» انتخاب شبکه ریز در کل میدان حل باعث افزایش زمان حل و هزینه‌های محاسباتی خواهد شد. به‌علاوه اگر شبکه از حدی ریزتر باشد ممکن است خطاهای محاسباتی افزایش مطرح می‌شود. در صورت استفاده از این شبکه‌ها نسبت‌های ظاهری باید تابع محدودیت‌های خاص باشند. نسبت‌های انبساطی و ظاهری شبکه به‌ترتیب به‌صورت ,*۸/۸ ۸۷ و ۸۷۸/۸(۸ تعریف می‌شوند شکل (۱۶-۳). این نسبت‌ها برای جلوگیری از مسایل همگرایی و بی‌دقتی نباید خیلی بزرگ باشند. اگر جهت جریان موازی با طولانی‌ترین وجه سلول 1-6 2- ۱101-0۳1001۷ 3- ۸۵060 0 4- ۳۳۵۹1۵۱ 0 -------- صفحهٔ بعد -------- است که میزان افزایش یا کاهش ابعاد سلول‌های مجاور از ۱/۲ برابر» بیش‌تر نشود. در این زمینه نیز تجربه نشان داده است که برای محاسبات جریان آبء نسبت‌های انبساطی در حدود ۱۰ نتایج به شدت غیرفیزیکی را ایجاد می‌کند [۲۸]. ۳-2-۳ انتخاب گام زمانی انتخاب )۸ نیز بسته به روش منفصل‌سازی شبکه» دقت مورد نیازء نوع مساله و شرایط جریان و سرعت انتقال اطلاعات بین نقاط گرهی مجاور دارد. برای مثال اگر از روش ضمنی (حل هم زمان دستگاه معادلات) برای حل معادلات حاکم استفاده شودء محدودیتی در انتخاب #۸۲ در مورد پایداری مسایل پخش خالص وجود ندارد. در حالی در مورد روش صریح (حل جداگانه هر گره یا سلول)» گسسته‌سازی این معادلات (پخش) محدودیت‌هایی در انتخاب گام زمانی ایجاد می‌کند. در مسایل جایجایی نفوذ نیز با توجه به الگوی انفصال (تفاضل مرکزی (توزیع خطی)» ۳۷:11 (مقدار بالادست)» 0101) (توزیع درجه دوم)) محدودیت‌هایی در انتخاب گام زمانی وجود دارد. ۳-۶-۳ معادلات حاکم بر میدان جریان ۱-۳-2-۳ معادلات سه‌بعدی جریان معادلات پیوستگی و ناویر استوکس بیانگر برقراری قوانین بقای جرم و مومنتم بوده و در حالت سه‌بعدی و در دستگاه مختصات کارتزین برای جریان لایه‌ای به‌صورت زیر بیان می‌شوند [۳۹]: - معادله پیوستگی :0 0 - معادله مومنتوم 1 که در این معادله: در هد حالت کلی به‌صورت معادله (۳-۲۳) بیان می‌شود: ۸ 2۸ 021 0 1 2 (۳-۳) اد 0۳8 018 ۸ ۱ 1 -------- صفحهٔ بعد -------- ۷۳۳ راهنما یکاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه در رابطه فوق با لزجت دینامیکی سیال می‌باشد. معادلات (۱-۲) و (۲-۲) دارای چهار محهول (0,۷/,۷.,1) می‌باشند. البته جریان در مجاری طبیعی نظیر رودخانه‌ها حالت متلاطم دارد. ویژگی مشخص جریان متلاطم وجود تغییرات تصادفی مکانی و زمانی در کمیت‌های مختلف آن می‌باشد [۲۹]. با اعمال متوسط گیری زمانی در معادلات ناویر استوکس, معادلات رینولدز به شکل زیر حاصل می‌شوند: 17 (۴-۳) ۶۳۱-0 0 (۵-۳) راد چا و رو راد ما 0 0 0 0 کش 0 که در این معادله [1 سرعت متوسط جریان و ۳ فشار متوسط کل می‌باشد. با توجه به این معادله» مجهولات جدید "۰-0۱۷ ۷ات ۷۷۲ات غاامت ام و م0 به معادلات حاکم اضافه شده است. سه پارامتر اول به تنش برشی و سه عبارت بعدی به تنش‌های قائم رینولدز معروفند که برای یافتن آزها از مدل‌های أشفتگی استفاده می‌شود. ۲-۳-2-۳ معادلات شبه سه‌بعدی جریان در معادللات شبه سه‌بعدی میدان جریان توسط جریان متوسط‌گیری شده در عمق همراه با یک نیمرخ عمقی سرعت شبیه‌سازی می‌شود. معادلات پیوستگی و مومنتوم جریان متوسطگیری شده در عمق در بخش بعدی بیان شده‌اند. ۱- نیمرخ سرعت لگاریتمی [1990 , .[۵ ]6 5111111171 ,1957 ,1070۱۹11 ]: 7 ۱ (۶-۳) کشک وربر اعد بر لا 4۱ 1 ۴ 6 4 سرعت جریان در عمق 7 [آ: سرعت متوسط جریان در عمق» ,: سرعت برشی,» م7: تراز کفء» (ا: عمق آب و۴ ثابت فون کارمن می‌باشد. ۵- نیمرخ سرعت لگاریتمی که توسط فرمول چندجمله‌ای پیشنهاد شده توسط (1966) ۱۲۷1511117117۵ ,11۳602 تقریب زده شده است: ۱ 0 ۷-۳ نج مس رک که در این معادله /( 20 - 7) < ی و 0 به‌صورت زیر تعریف می‌شود: (۸-۳) 2 - 10.686 + 664-13982 -(0)8 ۶ نیمرخ قانون نمایی اما 1 با با ۷۷ ] ۳۵۷/۵۲ -| -------- صفحهٔ بعد -------- پارامتر تطبیقی " بوده و به‌صورت زیر قابل محاسبه می‌باشد: (۱۰-۳) پر 9 1 1 . ۰ ۲ ۷ نیمرخ سهموی 9 2 ۱ 3 0 ۱ا۱ع8 ۵ .ا (۱۲-۳) ا وا -6 :9 ۶ در این روابط 8 (۲/۹) ضریب لزجت گردابه‌ای سینماتیک است که با انتگرال گیری از آن روی عمق جریان رابطه (۱۳-۳) ۱ ۱1 ۱۳-۳ - < 7لم | سدع (۱۳-۲) خلت [- 70 ۳-۳-4-۳ معادلات دو بعدی (متوسط‌گیری عمقی) در بسیاری از مسایل سطح آزاد (نظیر جریان در رودخانه‌های عریض) تغییرات کمیت‌های متوسط جریان در جمت قائم (عمق جریان) ناچیز بوده و به همین دلیل می‌توان با اعمال فرضیات ساده‌کننده, از معادللات دو بعدی در پلان بهره جست. می‌شوند و به معادلات متوسط گیری عمقی معروف می‌باشند. با توجه به شکل (۱۷-۳) می‌توان معادلات مزیور را به‌صورت زیر بیان سا( س لع ‏ [(](] (۱۴-۳) 0 (۷۷)گ +(لا مگ با 09 0 معادله حرکت (مومنتم) در جهت : 0 )2 0 617 لا لاه 0 م۵ دام 8 1۷ 8 0 ۳ ۰ (۱۵-۳) ۷ ج ۱ د_ ۳ مج ۱ اس لا ام 0 0 معادله حرکت (مومنتم) در جهت ا: 7 |۸۹1۵ -۱ ۳۵۳۵۵ -2 -------- صفحهٔ بعد -------- ]0 7 )0 ۱ 7ام 27 1 (۳5ا۶ ۱(« +( و2 + مگ ۷ب لگ[ یت ۷ ام 7 هام 0 0۷ 07 0 (۱۶-۲) 2 وم 1 یم 1 چس چ 7 (۷-۷)م ۱ سس + ول (1-0۷-۷)م ۱ سط 00 لد 1 9 ام 1 7 ام 1۱ معادلات می‌توان نحوه تغییرات عمق (11) را نیز به‌دست آورد. در این معادلات ,م7 و7 به ترتیب بیانگر تنش برشی بستر و سطح آب در جهت ۷ می‌باشند. مدل‌های آشفتگی که قبلا اشاره شد در بیان ترم‌های ز,7 در این معادلات دخالت داده می‌شوند. شکل ۱۷-۳- مشخصات میدان در حالت متوسط‌گیری شده در عمق 4-۳-2-۳ معادلات دو بعدی متوسط‌گیری شده در عرض در شکل (۱۸-۳) وضعیت یک مقطع عرضی نشان داده شده است. مقدار متوسط عرضی یک متغیر سه‌بعدی 0 به‌صورت زیر تعریف می‌شود: (۱۷-۳) ی 7 0۲۱ به‌صورت زیر به‌دست می‌آیند [۲۵]: (۷۷ط)۵0 ۱ (-۲ط)۵ ۰) 2 0 )۱۸-۳( 0 0 ۱۵۳۳۵ قرب 000 200 0 07 م۵ م 07 07 02 ( رد111 + رک دا11) ت خط سل ۱ ۵ 07 م0 )۱۹-۳( -------- صفحهٔ بعد -------- فصل سوم - مدل‌سازی ریاضی ۳ لوط متا رهم ی (۶)۳۹۹ (2)000 , (0)0 (۲۰-۳) 0 0۵2 م 07 0 02 ( 127+ کر 1 4 بت ! 1 م0 07 م0 شکل ۱۸-۳- وضعیت یک مقطع عرضی که در این روابط: ۷ ۷ ۳ ۰ ۰.۰ ی ۰ 5 پم ۰ مر ۱ پچ یا ۰ ۰ ۰ ۰ ( ۷۰2 ح ی 1) ززا: تنش‌های متوسط‌گیری در عرض, ز: 10: انتقال مومنتوم انتشاری ناشی از غیریکنواختی عرضی سرعت جریان» (1.2 ۶ ۱) (رج.,,5: به‌ترتیب تنش‌های برشی در جهات و 2 روی دو سطح دیواره» 3 فشار متوسطگیری شده عرضی و |13 ضرایب شیب دیواره می‌باشد که به‌صورت زیر تعریف می‌شود. 12 ۳ 0 +) )۲۱-۳( ۵-۳-2-۳ معادلات شبه دو بعدی با استفاده از تئوری جریان پتانسیل و ایده لوله‌های جریان؛ معادللات شبه دو بعدی توسعه بیدا کرده‌اند. لوله‌های جریان لوله‌هایی فرضی هستند که به‌وسیله خطوط جریان محدود می‌شوند. به‌علت این که بین خطوط جریان بده ثأبت می‌باشد. هر وله جریان مقدار بده ثابتی در راستای طول حمل می‌کند. برای جریان‌های غیرقابل تراکم و ناپایدار» معادله حرکت در راستای یک خط جریان به‌صورت زیر ۶ 0۳ ,0۷ (۲۲-۳) ۱-0 ]+ را که 1 6 برواکن0 0 ع که در این معادله: راستای خط جریان و ۱ ارتفاع هیدرولیکی می‌باشد. معادله حرکت عمود بر خط جریان به‌صورت زیر می‌باشد: 1۷ ,10 (۲۳-۳) امرگ اه گرا ۲ 0 0۵ 8 ۱- 121۹06100 11016۲۱ 1 -------- صفحهٔ بعد -------- که در این معادلات: خط جریان می‌باشد. 1-۳-2-۳ معادلات یک بعدی جریان با انتگرال گیری از معادللات سه‌بعدی روی سطح مقطعء معادللات یک بعدی حاصل می‌شوند. معادلات پیوستگی و مومنتوم یک بعدی به‌صورت زیر می‌باشند [ ۲۳۵ ]: 20۸1 2 0 2 روما ۸ ۲ 7 َ 2 8 0 ۸1 11 8 ۸: سطح مقطع عرضی, لا : سرعت متوسط گیری شده در مقطع عرضی, ن7: تنش متوسط کف []: ضریب تصحیح مومنتوم» ,2: 2-4-۳ مدل‌های آشفتگ است. ارتباط بین تنش‌های ریئولدز و گرادیان سرعت متوسط به‌وسیله لزجت گردابه‌ای (,۱) به‌صورت زیر بیان می‌شود [۲۹]: 2 رلاه بلام چپ که در این رابطه زز5 و ۲ (انرژی جنبشی آشفتگی) به‌صورت زیر تعریف می‌شوند: [><ز | (۲۷-۳) 2 وان زج[ 0]" چیل | (۲۸-۲) نات 11 مدل‌های نوع دوم از ایده بوزینسک استفاده نکرده و به‌طور مستقیم» تنش‌های رینولدز را با حل کامل معادلات انتقال تنش‌های رینولدز تعیین می‌کنند. با توجه به تعداد معادلات دیفرانسیل مورد استفاده برای محاسبه تنش‌های رینولدزء مدل‌های آشفتگی به انواع صفرمعادله‌ای» یک‌معادله‌ای, دومعادله‌ای و مدل‌های تنش ریئولدز تقسیم‌بندی می‌شوند. -------- صفحهٔ بعد -------- فصل سوم - مدل‌سازی ریاضی ۱-2-2-۳ مدل‌های صفر معادله‌ای این مدل‌ها ساده‌ترین مدل‌های آشفتگی می‌باشند که از ایده بوزینسک در محاسبه تنش‌های رینولدز استفاده می‌کنند. در این مدل‌ها هیچ گونه معادله دیفرانسیلی برای محاسبه کمیت‌های آشفتگی به معادلات موجود افزوده نمی‌شود. داده‌های تجربی و آزمایشگاهی در این مدل‌ها نقش اساسی دارد. می‌توان مقدار لزجت گردابه‌ای را ضریبی از لزجت سیال فرض نمود. با استفاده از این مدل‌ها می‌توان الگوی عمومی جریان را به‌طور تقریبی پیش‌بینی کرد ولی امکان پیش‌بینی جزییات میدان حل وجود ندارد. به عنوان مثال, این مدل‌ها در میدان‌هایی که دارای جریان‌های چرخشی می‌باشند» در پیش‌بینی ابعاد نواحی چرخشی از دقت کافی برخوردار نیستند [۲۹]: از جمله این مدل‌هاء دو مدل طول اختلاط و لایه‌های برشی آزاد می‌باشند که توسط پرانتل برای جریان‌های دو بعدی از نوع لایه مرزی ارائه شده‌اند. در مدل اول» پرانتل لزرجت گردابه‌ای را به‌صورت زیر بیان نمود [۲۹]: 1( (۲۹-۳) اک 0 0 که در این رابطه ,| موسوم به طول اختلاط بوده و به‌صورت 20۵ ,را بیان می‌شود. در این رابطه ۵ عرض جریان می‌باشد و 2 یک ضریب ثابت بوده که برای جریان‌های مختلف, مقادیر متفاوتی دارد [۲۹]. مدل لایه‌های برشی آزاد پرانتل برای دسته جریان‌های دوبعدی و در قسمت توسعه یافته لایه برشی ارائه شده است. پرانتل رابطه زیر را برای تعیین لزجت گردابه‌ای در این نوع از جریان‌ها ارائه کرده است: (۳۰-۳) استا 9 سی‌نااقه < 1۱ در این رابطه» | رز لا - یی نا| اختلاف سرعت‌ها در عرض لایه برشی می‌باشد. » یک عدد ثابت می‌باشد که برای جریان‌های دو مدل آخیر نسبت به مدل اول این برتری را دارند که توزیع مکانی برای تغییرات لزجت گردابه‌ای در نظر می‌گیرند. البته نقشص عمده این دو مدل آین است که فقط در میدان‌هایی که تعادل منطقه‌ای بین میزان تولید و استهلاک آشفتگی در آزما صادق باشد. برقرار بوده و پیش‌بینی میدان‌هایی که پدیده‌های انتقال و پخش به‌صورت جدی در آنها مطرح است. با استفاده از این مدل‌ها با خطای زیادی همراه است [۲۹]. ۳-2-2-۳ مدل‌های یک معادله‌ای در این مدل‌ها از یک معادله دیفرانسیل برای انتقال کمیت آشفتگی (معمولا 1( ید شرح زیر استفاده می‌شود: 3 2 [ ,زلاه الا 0 0۴۳ 0 ۳۱-۳ گوی توبن ورگ سکن وگ 1 ۲ 0 0 1 00 0 0 که 0 0 در این رابطه در مقدار ثابتی بوده که براساس مطالعات آزمایشگاهی برآبر با ۰۳۳ تعیین شده است. 911 برابر ۱۳۰ می‌باشد. با تعیین تغییرات (*۱۳*/۹) 6 می‌توان با استفاده از رابطه (۳۱-۳) توزیع مکانی لزجت گردابه‌ای را در کل میدان تعیین و با استفاده از آن مقادیر تنش‌های رینولدز را به‌دست آورد [۲۹]. -------- صفحهٔ بعد -------- (۳۲-۳) 0 در رابطه فوق رری! مقیاس طول آشفتگی و,)» یک ثابت تجربی برابر با ۰/۵۴۷ می‌باشد [۲۹]. در استفاده از این گونه مدل‌هاء تعیین توزیع مقیاس طولی مشکل است. لذا در کوشش برای افزایش محدوده توانایی مدل‌های اآشفتگی, یک معادله دیفرانسیل دیگر برای تعیین مقیاس طول آشفتگی در نظر گرفته می‌شود [۲۹]. ۳-2-2-۳ مدل‌های دومعادله‌ای لاه لاه 1 با 6 0 01 (۳۳-۳) :2 رز رجا دراو 0 ۳ :0 0 6 .0 :0 0 1 1 1 0 1 تج 8 ۷ ۵0 ع(0 ع0 (۳۴-۳) س رگ رون درگ سگرن بش 3 1 6 0 0 اه (۱-۳۲) نشان داده شده است [۲۹]: جدول ۱-۳- ضرایب ثابت مدل ۷-۵ [۲۹] تک 2 مقادیر مرزی ۲ و2 براساس روابط آرائه شده در بند ۶-۴-۳ تعیین می‌شود. با تعیین مقادیر ۴ و8 می‌توان با استفاده از رابطه زیر لزجت گردابه‌ای را تعیین نموده و با استفاده از رابطه بوزینسک تنش‌های رینولدز را محاسبه نمود: 2 ۲, < ۵ | 9 )۳۵-۳( عیب عمده مدل‌های فوقء فرض لزجت گردابه‌ای ایزوتروپ در سه جهت و فرض تناسب رز با گرادیان سرعت می‌باشد. اعمال این فرضیات باعث عدم کفایت مدل‌های دومعادله‌ای در مواردی نظیر جریان‌های ثانویه می‌شود. بدین منظورء ایده بوزینسک کنار گذاشته شده و از مدل‌های کامل تحت عنوان مدل تنش رینولدز جهت بیان مستقیم تنش‌های أشفتگی استفاده شده است [۲۹]. 4-4-4-۳ مدل تنش رینولدز مدل تنش ریئولدز پیچیده‌ترین مدل کلاسیک آشفتگی است. در این مدل برای هر یک از تنش‌های رینولدز یک معادله انتقال در -------- صفحهٔ بعد -------- ۸ 2۸ 2 ره دربن 0( چ سل )-- ( را با) ست- ۱ ا | )1 1 1 1 2 2 :1 2 72 :2 انلاف کرنش ‏ تولید ‏ تولید انتقال پخش انتقال آهنگ این معادله شش معادله دیفرانسیل جزیی را نشان می‌دهد بدین معنی که برای انتقال هر کدام از تنش‌های رینولدز مستقل یک معادله مورد نیاز می‌باشد. هر کدام از عبارات این معادله به‌صورت جداگانه مدل‌سازی شده که خواننده به منابع مختلف نظیر (1993) 130۵ ارجاع داده می‌شود. ۵-4-۳ معادلات انتقال رسوب بررسی حرکت رسوبات در رودخانه‌هاء به منظور نیل به درک صحیح رفتار هیدرولیکی و ریخت‌شناسی رودخانه از آهمیت ویژه‌ای برخوردار است. به‌طور کلی معادلات حاکم بر حرکت و انتقال رسوب و همچنین رسوب‌گذاری و فرسایش در بستر رودخانه بسیار پیچیده بوده و این پدیده‌ها غالبا توسط روش‌های نیمه تجربی مورد ارزیابی قرار می‌گیرند. رودخانه‌ها و یا حتی بازه‌های مختلف یک رودخانه نمی‌باشند و باید برای هر رودخانه‌ای به فراخور خصوصیات هیدرولیکی جریان و رژیم رسوبی آن و با داشتن مجموعه‌ای از داده‌های صحرایی» حتی‌الامکان (با پذیرش خطای نسبی) مناسب‌ترین معادله را انتخاب براساس شکل انتقال ذرات رسوب در اثر جریان آبء بار رسوبی رودخانه به دو دسته بار بستر و بار معلق تقسیم می‌شود. پارامتری که تعیین کننده نوع انتقال ذرات رسوبی می‌باشد. پارامتر تعلیق نام دارد. این پارامتر تاثیر نیروی برشی بستر و 5 - ۳ )۳۷-۳(۱ 1 که در این رابطه» «ل] و ,۵ به ترتیب سرعت برشی جریان و سرعت سقوط ذره رسوبی می‌باشند. اگر 200 < :5 باشد. تعلیق کاملا هموژن رخ می‌دهد [۳۰]. فازهای متفاوت. روابطی که تمامی این موارد را با هم در نظر بگیرند در حال توسعه بوده و اکثر روابط تئوریک انتقال رسوب بر پایه فرضیات زیر ارائه شده‌اند [۳۱]: - غلظت مواد رسوبی تا حدی کم است که اندرکنش بین جریان آب و حرکت ذرات رسوب را می‌توان نادیده گرفت و معادلات انتقال - پخشیدگی رسوب را می‌توان به‌طور جداگانه حل نمود. -------- صفحهٔ بعد -------- - تغییرات بستر رودخانه بسیار آرام‌تر از حرکت آب می‌باشد.ء بنابراین در هر گام زمانی می‌توان محاسبات جریان را با فرض بستر ثابت! انجام داد. یکنواخت در نظر گرفته می‌شود. از اندرکنش دسته‌های ذرات با قطرهای مختلف ذرات رسوب صرف‌نظر می‌شود. لذا انتقال هر دسته با اندازه مربوط را می‌توان به‌صورت جداگانه در نظر گرفت. بر مبنای فرضیات یاد شده» معادللات یک بعدی,» دو بعدی و سه‌بعدی انتقال رسوب توسعه یافته است. در ادامه به بررسی روابط تجربی و تئوریک ارائه شده جهت محاسبه بار معلق» بستر و کل پرداخته می‌شود. ۱-۵-2-۳ انتقال بار معلق - معادلات تجربی و نیمه تجربی انتقال بار معلق نرخ انتقال وزنی بار معلق را می‌توان به‌صورت زیر بیان کرد [۳۰: 0 (۳۸-۲) (ن] | ,- 1 ۳ که در این رابطه: : عمق جریان» .. 9: نرخ وزنی انتقال بار معلق» 2,ل]: به ترتیب متوسط زمانی غلظت حجمی رسوب و سرعت در فاصله از بالای بسترء ۵: ضخامت لایه مربوط به انتقال بار بستر که در حدود ۲ الی ۳ برابر قطر مصالح بستر در نظر گرفته می‌شود و ,7 وزن مخصوص رسوب می‌باشند. برای پیدا کردن 2 از قوانین جابجایی - پخش" استفاده می‌شود که شکل دیفرانسیلی معادلات حاکم در حالت‌های مختلف در را 3 ۰ ۰ ۰.۰ ۰ مه ۰۰ ۰ ۰.۰ ۳ ۰.۰ سس پچ ده : ای ۰.۰ 3 ی ۷۷۹ سمل سس (۳۹-۳) ع:- (2- )۷ 3 5 0 انتگرال گیری شده در عمق. آ: سرعت برشی اصلاح شده» 03 - ۸ 9 ضریب تصحیح)» داورا: ضرایب انتقال (که برحسب ۸ 1|- ۳۱۳ ۵- 2- 00۵۷۵۵۵ - 3- 6 -------- صفحهٔ بعد -------- فصل سوم - مدل‌سازی ریاضی - معادلات سه‌بعدی انتقال رسوب معلق معادله حاکم بر انتقال غلظت رسوب در ناحیه معلق ر با استفاده از معادله جابجایی _ پخش به‌صورت زیر می‌توان بیان کرد [۳۱]: 2۵ ۵ (عو که - 000 بح (۴۰-۳) ۳۳۴۱ تس تس ی ( 0 0 که 0 جدول ۳-۳- برخی از معادلات انتقال بار معلق 150۵ 68 ضریب پخشیدگی اندازه حرکت رسوب معادل ۴۱-۳ ین و کالینسکی/۱۹۴۷ للم رمرم ۳ نع رن 0 ین و کاینسگی ی نازه حرکت سیال ۱۳۰۱ 30. 21 : , ۴۲-۳ اینشتین/۱۹۵۰ دا + را 2303108 ۵ رن)ء,ل]1|1.6 > یل ادر نظر گرفتن زبری ناشی از دانه‌های رسوب |۳۲ ۴۳-۳ | چانگسایمونز و ریچاردسون/۱۹۶۵ ضریب بکشیدگی ندازه حرکت رسوب ۱ 3 ۱۳۰۱ کل( ] جع 0 (لح )(.1-2) در ناحیه پایینی قسمت بار معلق» نرخ ته‌نشینی را می‌توان از رابطه ,رم0,ر,ده < رم به‌دست آورد. همچنین نرخ ورود رسوب از بستر به لایه معلق توسط رابطه زیر بیان می‌شود: + (۳۳-۲) 0 > ا 4 مروت در رابطه فوق .0 بیانگر غلظت تعادلی در لایه مبنا می‌باشد که با استفاده از روابط تحربی تعیین می‌شود. - معادلات دوبعدی افقی ! انتقال رسوب معلق با توجه به معادلات آرائه شده برای جریان در حالت متوسط‌گیری شده عمقی (انتگرال گیری در عمق از معادله سه بعدی) » معادله انتقال بار معلق را می‌توان به‌صورت زیر نوشت [۳۱): 8 2 1 (0)0۷0 (مکطان])0 ۱ (۴۳۵-۳) ( رن <مرس)) 00+( ۵ عم * +( یه پوت ! وت * ۱ لا بو کل 0 ۷ 0 2 ۵4 ۱-1201 -------- صفحهٔ بعد -------- - معادلات یک بعدی انتقال رسوب معلق 1[ ,00 (ین)ه)0 (۴۶-۳) (۷ا ,12,3 کا) بر رتم0 - یس کنات یآ 0 0 که در این معادله: نعادلی» ا : طول غیرتعادلی تطبیقی و( نرخ ورود یا خروج جانبی رسوب در واحد عرض از کناره‌های رودخانه و یا شاخه‌های جانبی رودخانه می‌باشد. ۲ بیانگر دسته‌بندی ابعادی ذرات رسوب بوده و ۸ تعداد کل دسته‌بندی ابعادی ذرات می‌باشد. این معادله را می‌توان با توجه به نرخ انتقال رسوب و تعریف طول تطبیقی, برای محاسبه بار بسترء معلق و نیز بار شسته استفاده نمود. اگر 11 ( ۵ 0) ما م06 < م0 وی+)0) < .+۷ باشد. معادله فوق را می‌توان برای محاسبه بار معلق استفاده کرد. در این حالت» 7 مولفه سرعت متوسط مقطعء ۱ عمق جریان» 0 سرعت ته نشینی ذرات در دسته 16 و »0 ضریب بازگشت" می‌باشد. ,+۲ پارامترهای موثر بر روی نتایج می‌باشند. به طوری که ووء رودی و ونکا (۲۰۰۰)" معتقدند که مقدار این پارامترها بر روی شبکه‌بندی و گام زمانی موثر می‌باشد و مقادیر کم این پارامتر نیاز به شبکه ریزتر و گام زمانی کوچک‌تر دارد. اما به طور کلی این پارامترها بیانگر طول مشخصه رسوب برای تغییر وضعیت از حالت غیر تعادلی به حالت تعادلی می‌باشد. روش‌های متفاوتی برای تعیین این پارامترها از سوی محققین مختلف ارائه شده است. جدول (۳-۳) نشان دهنده‌ی مهم‌ترین روش هایی می‌باشد که برای تعیین این ضرایب وجود دارد. اگر پا عدد بسیار بزرگی انتخاب شودء به‌طوری که ترم سوم (موسوم به ترم تبادلی) برابر صفر شود.ء معادله مزبور را می‌توان جهت محاسبه بار شسته استفاده نمود. ۲-۵-2-۳ انتقال بار بستر - روابط تجربی و نیمه تجربی انتقال بار بستر روابط تجربی ونیمه تجربی ارائه شده جهت محاسبه بار بستر را می‌توان به سه دسته کلی تقسیم‌بندی کرد: * روابط مبتنی بر روش تنش برشی * روابط مبتنی بر روش شیب <- انرژی * روابط مبتنی بر روش بده جریان [۳۰] 1- 30۵-۳۵۵11۳۵۵ ۸00010 0 2- 1100۷۵۲۷ 1 3- ۷۷۵ 20 1001 2 ۵ -------- صفحهٔ بعد -------- در جدول (۳-۳) نمونه‌ای از روابط استخراج شده براساس روش‌های فوق ارائه شده‌اند. در این روابطء ل: قطر معرف ذرات بسترء 7: تنش برشی وارد بر کف» ی7: تنش برشی بحرانی (از طریق منحنی شیلدز قابل محاسبه می‌باشد) ۷ و1: به ترتیب وزن مخصوص آب و رسوب (00/113])» ٩آ:‏ شعاع هیدرولیکی مقطع (10)» 5: شیب انرژی» «1: نرخ بار بستر و 1.. 0: به ترتیب بده آب و بده بحرانی آن در آستانه حرکت در واحد عرض آبراهه می‌باشند. جدول ۳-۳- روش های تعیین ضرایب طول تطبیق بار بستر و فاکتور تطبیق بار معلق [۲۵] نام سس لول سس ا بستر فاکتور تطبیق بار معلق ۳ ۵-۰ برابر عمق جریان آرمانی و دی سیلویو (۱۹۸۸)" وی ۱۹۹۱ جع - معادلات تئوری انتقال بار بستر معادله متوسطاگیری شده عمقی برای انتقال رسوب بستر توسط رابطه زیر بیان می‌شود [۳۱]: 1 (۹۵۸, )0 0 (۲۳ 0 (۴۷-۲۳) ([2,...۳ ,1 <ا) 0 ل 0 - )+ ۷ ۹۵ ( (۷ ( که در این معادله: ): غلظت متوسط بار بستر در منطقه حرکت بار بسترء ,رم و ,م0 : مولفه‌های جابجایی بار بستر که معمولا فرض می‌شود در امتداد تنش‌های برشی متناظر با جهات مزبور باشد.ء پرم0: نرخ انتقال بار بستر دسته ۲ ام 1 ظرفیت انتقال بار رسوب دسته ا ام است و |« تعداد دسته‌بندی ذرات از نظر قطر می‌باشد. در مدل‌های سه‌بعدی» انتقال رسویات بستر با استفاده از معادله (۵۰-۳) مشابه با مدل‌های دو بعدی محاسبه می‌شود. 40 200 |[[ع7 -| 2- 68 3- ۲02822۵ 200 0 4- 11۵۵| 5- ۷۵ 6- 0 7- 0 ال 200 ۸۲۲۳۵۵۱ -8 0- 1 -------- صفحهٔ بعد -------- جدول ۶-۳- برخی از معادلات انتقال بار بستر محققسال مدل د /۱۸۹/ 4 > (1)ل > 1.8 ۴۸۳ وبوی 7 01 0 تنش برشی 0 :۲/۹/11 شیلدز /۱۹۳۶/ . : ز کل - ۲ ۹ 7 > 0 > 1.56 تنش برشی 2 ۳ 2 ۸ ۰ ۲۷و [و3م 0.25 +0( 88-0047 2 اج ی 5 ۷ و ۷: برحسب (*10/1) مییر - پیتر - مولر/۱۹۴۸/ 23 ی ش) [: قطر میانه ذرات (:) 90 8 ۱ 32 ۳ : برحسب (10۳//۹۵۵) ۲ 1۹: متر مکعب بر ثانیه ست 024 ع : پت 0:00001944 .9 کیلوگرم بر نانیه در متر 5 , 0 - شو کلیچ/۱۹۳۴/ ( 7 ‎)٩‏ 000 > و9 بده ۳-۵-2-۳ انتقال بار کل معادلات بار کل مواد بستر برای تعیین ظرفیت انتقال رسوب در رودخانه‌های طبیعی استفاده می‌شوند. دو روش عام برای تعیین بار کل وجود دارد: روش اول عبارت است از محاسبه جداگانه بار بستر و بار معلق و سپس جمع نمودن آنها و روش دوم عبارت است از تعیین بار کل به‌طور مستقیم [۳۰| بگنولد در سال ۱۹۶۶ تابع انتقال رسوب خود را با توجه به مفهوم توان توسعه داد. او رابطه بین میزان آنرژی موجود در یک سامانه آبرفتی و میزان کار انجام یافته توسط سامانه برای انتقال دادن رسوب را مورد توجه قرار داد [۳۰]. ایکرز و وایت با فرض این که تنها بخشی از تنش برشی وارد بر بستر آبراهه در به حرکت درآوردن رسوب درشت دانه موثر استء تابع کلی بی بعدی برای محاسبه انتقال رسوب ارائه کردند [۳۳|. در سال ۱۹۷۲ یانگ فرض‌های اساسی مورد استفاده در به‌دست 0 معادلات متداول انتقال رسوب را مورد تجدید نظر قرار داده و معادله‌ای برای برآورد غلظت کل بار منتقل شده ارائه کرد [۳۰]. لارسن یک رابطه بین شرایط جریان و بده رسوب ارائه نمود. فرمول لارسن توسط کمیته اجرایی ۸5۳ به صورت همگن ابعادی ارائه شده است [۳۰]. ۳ ۳ بکول/۱۹۶۶ ۳ / ۵۳-۳ | ایکرز و وایت/۱۹۷۳ شام رن ۸ َ (۷۵)00/۵ ۱/32 | ۳ 04 1 2 0.457 - وم 286 ۰ - 5.435 عی )08| شوم( وما ۱4 دو - گگومرومه0- 9و0 [۱9 3 لا رسن /۱۹۵۸ 1 ای ساوح و و مقاومت ناشی از مصالح بستر ی 55 00: -------- صفحهٔ بعد -------- فصل سوم - مدل‌سازی ریاضی ۸ که در این روابط: ۵۵: ضریب بازدهی بار بستر» ۲۵0 : نسبت نیروی برشی مماس ] به نیروی قائم و ز درصد مصالح موجود در گروه اندازه ] می‌باشد. 2-۵-24-۳- معادله تعادل رسوب معادله موازنه جرم رسوب که بر روی کل عمق آب انتگرال گیری شده است. به‌صورت زیر قابل بیان می‌باشد: (۵۶-۳) و ۹ بح وگ گم که در این رابطه: 0 راز محلی بستر بالای مبناء : تخلخل مصالح بسترء ۵: غلظت رسوب متوسط‌گیری شده در عمق و ,۹,۰۹3 به ترتیب مولفه‌های انتقال رسوب بار کل در جهات * و از می‌باشد. 1-۶-۳ نحوه در نظرگیری سرایط مرزی در حل میدان جریان و انتقال رسوب روش حل یک معادله دیفرانسیل پاره‌ای و اعمال شرایط اولیه و شرایط مرزی به نوع معادله بستگی دارد. انواع مختلف این معادلات و نحوه در نظرگیری شرایط مرزی آنها عبارتند از [۳۴]: - معادلات بیضوی: در معادلات دیفرانسیل بیضوی پاره‌ای اغتشاش ایحاد شده و در هر نقطه و در همه سو منتشر می‌شود. بنابراین در این گونه معادلات تعیین شرایط مرزی در پیرامون میدان ضروری است. - معادلات سهموی: در این نوع معادلات اثرپذیری فقط از یک جهت می‌باشد و بنابراین تعیین شرط مرزی فقط در یک طرف میدان ضروری است. - معادلات هذلولوی: در این نوع معادلات اثرپذیری از جهات خاصی در فضای حل می‌باشد. روش کلاسیک برای حل - شرایط مرزی از جمله شرایط مرزی معمول در معادلاات گسسته جریان به روش حجم محدود عبارتند از: ورودی» خروجی, دیوارء فشار ثابت» تقارن» تناوب (یا شرط مرزی تکراری) - شرط مرزی ورودی این شرط مرزی برای تعریف سرعت و تمام متغیرهای اسکالر وابسته در ورودی جریان استفاده می‌شود. استفاده از این شرط مرزی تنها در جریان‌های غیر قابل تراکم توصیه می‌شود و استفاده از آن در جریان‌های تراکم پذیر ممکن است منجر به نتایج غیر فیزیکی شود. توجه به این نکته ضروری است که شرط مرزی ورودی نباید در فاصله نزدیکی به یک مانع جامد قرار داده شودء زیرا در این صورت ممکن است شرایط ایستایی در جریان ورودی به شدت غیریکنواخت شود. داده‌های لازم در شرط مرزی سرعت ورودی عبارتند از: * بزرگی سرعت و جهت آن و یا مولفه‌های سرعت -------- صفحهٔ بعد -------- * پارامترهای آشفتگی (برای محاسبات آشفتگی) اگر از مدل ۶ -1 برای مدل‌سازی آشفتگی استفاده شود.ء مقادیر مرزی 1 و ۶ را می‌توان با روابط (۵۷-۳) و (۵۸-۳) تعیین کرد [۲۵]: (۵۷-۳) 8 عم 4.78 < با * دما( برای محاسبات انرژی) - شرط مرزی خروجی شرط مرزی خروجی به صورت زیر اعمال می‌شود: * صفر کردن شار پخشی برای تمام متغیرهای جریان (به‌جز فشار) * تصحیح شار جرمی به منظور تعادل شار جرمی ورودی با شار جرمی خروجی از لحاظ فیزیکی فرض صفر بودن شار پخشی برای تمام متغیرهای جریان یعنی جریان کاملا توسعه یافته است. جریان توسعه یافته جریانی است که در آن نیمرخ سرعت (یا نیمرخ‌های دیگر مربوط به خصوصیات دیگر جریان نظیر دما) بدون تغییر باقی بمانند. لازم به توجه است که در شرط مرزی خروجی ممکن است در مقطع جریان گرادیان‌هایی وجود داشته باشد. تنما گرادیان‌های پخشی عمود بر صفحه خروجی در این شرط مرزی لازم است صفر باشند. شرط مرزی خروجی باید در فاصله‌ای دور از موانع هندسی انتخاب شود. به صورت شماتیک محل مناسب برای انتخاب شرط مرزی خروجی در شکل (۱۹-۲) نشان داده شده است. 7 ی برقراری شرط مرزی خروجی عدم برقراری شرط مرزی خروجی شکل ۱۹-۳- محل مناسب برای در نظر گرفتن شرط مرزی خروجی -------- صفحهٔ بعد -------- - شرط مرزی دیوار دیوار به‌طورکلی مرزی است که در مسایل جریان سیال محبوس مطرح می‌شود. در بیش‌تر جریان‌های لزج شرط مرزی عدم لغزش و عدم نفود (0 > ۷۷ > ۷ > 0) در محل دیوار در نظر گرفته می‌شود. با این وجود می‌توان برای دیوار یک سرعت مماسی در قالب سرعت انتقالی و یا سرعت زاویه‌ای در نظر گرفت. داده‌های لازم در شرط مرزی دیوار عبارتند از: * زبری دیوار (برای جریان‌های متلاطم) ۹ شرایط مرزی حرارتی (برای محاسبات انتقال دما) ۹ شرایط برشی (برای دیوارهای لغزنده) ۹ شرایط حرکت دیوار (برای حرکت انتقالی و چرخشی دیوار) با توجه به نوع مساله ممکن است اطلاعات دیگری نیز در شرط مرزی دیوار لازم باشد. اگر از مدل 1-۶ برای مدل‌سازی آشفتگی در شرط مرزی دیوار استفاده شود» پارامترهای آشفتگی در شرط مرزی دیوار براساس : 1 (۵۹-۲) < رک ۲ ۵ (۰-۳ع 6 0 ۹1 زو - مدل‌سازی اثر زبری دیوار در جریان‌های متلاطم زبری دیوار روی مقاومت و انتقال حرارت و جرم روی دیوار اثر می‌گذارد. در جریان‌های متلاطم اثر زبری دیوار را می‌توان با (۶۰-۳) بیان می‌کند: 11 0 ۹ ربا ال ۲ 6 را (۶۱-۳) تا -ر در رابطه فوق 1 به صورت زیر تعریف می‌شود: (۶۲-۳) بمتلد م۷ ما: سرعت جریان در ما ملا: نزدیک‌ترین گره شبکه به دیوار» . ۲: تنش برشی دیوار ۲ا: ثابت فون کارمن» ا: لزجت سیال, -------- صفحهٔ بعد -------- - شرط مرزی فشار ثابت شرط مرری فشار ثابت در جایی استفاده می‌شود که جزییات دقیق توریع جریان نامعلوم بوده اما مقادیر مرزری فشار معلوم است. نمونه مسایلی که این شرایط مرزی در آزها استفاده می‌شود. عبارتند از جریان‌های خارجی اطراف اجسام؛ جریان‌های سطح آزاد و جریان‌های داخلی با چند خروجی. در اعمال شرط مرزی فشار ثابت. تصحیح فشار در گره‌ها برابر صفر در نظر گرفته می‌شود. - شسرط مرزی تقارن این شرط مرزی برای کاهش میدان محاسباتی در مدل استفاده می‌شود. در شکل (۲۰-۳) مثالی از کاربرد این مرز نشان داده شده است. شکل۲۰-۳- استفاده از تقارن به منظور مدل‌سازی یک چهارم هواکس سه‌بعدی شرایط مرزی تقارن عبارتند از: * هیچ جریان عرضی از مرز وجود ندارد. * هیچ شار اسکالر به صورت عرضی از مرز صورت نگیرد. در عمل سرعت‌های عمودی در هر مرز متقارن محوری» صفر می‌باشند و مقادیر مربوط به سایر متغیرها درست در خارج از محدوده حل برابر است با مقادیر آزها در نزدیک‌ترین گره داخلی محدوده حل. توجه به این نکته ضروری است که هندسه متقارن مربوط به یک میدان جریان همواره نمی‌تواند دلیل بر متقارن بودن جریان هم باشد. شکل (۲۱-۳) بیانگر همین مساله است و استفاده از شرط مرزی تقارن در آن مناسب نمی‌باشد. اگر بتوان از تغییرات تراز آب صرف‌نظر کرد. می‌توان از این شرط مرزی برای مدل کردن سطح آزاد نیز استفاده کرد. سرما 8 گرما بالا می‌رود شکل ۲۱-۳- استفاده نامناسب از تشرط مرزی تقارن -------- صفحهٔ بعد -------- ۷-2-۳ روش‌های مختلف حل معادلات حاکم سه روش عمده زیر به‌عنوان روش‌های انفصال میدان و حل معادلات حاکم بر جریان مطرح می‌باشند: - روش تفاضل محدود" - روش المان محدود" - روش حجم محدود" در روش تفاضل محدود برای به‌دست آوردن مشتقات 0 (متغیر وابسته‌ای که می‌تواند به‌جای آنواع مختلف کمیت‌ها مانند مولفه‌های سرعت.ء انرژی جنبشی آشفتگی» دما و غیره ظاهر شود) از بسط سری تیلور منقطع استفاده می‌شود و در نهایت یک معادله جبری برای مقدار ‎٩00‏ در هر نقطه از شبکه به‌دست می‌آید. در روش المان محدود از توابع تکه‌ای ساده (خطی یا درجه دوم) برای بیان تغییرات موضعی متغیر مجهول 00 استفاده می‌شود و معادلات حاکم با استفاده از حل دقیق 0 ارضا می‌گردد. بدیهی است که اگر توابع تقریب تکه‌ای برای 0 در معادله جایگذاری شوند.ء معادله دقیقا ارضا نخواهد شد و یک باقی‌مانده برای اندازه‌گیری خطاها تعریف می‌شود. سپس باقی‌مانده‌ها در برخی جهت‌ها توسط ضرب آنها در مجموعه‌ای از توابع وزنی و انتگرال گیری به حداقل می‌رسد. در نهایت مجموعه‌ای از معادلات جبری برای ضرایب مجهول توابع تقریب به‌دست می‌آید. در روش حجم محدود میدان محاسباتی به تعدادی حجم کنترل به گونه‌ای تقسیم می‌شود که هر گره را یک حجم کنترل احاطه کند و حجم‌های کنترل دارای فضای مشترک با یکدیگر نباشند. سپس معادلات دیفرانسیل روی هر یک از حجم‌های کنترل انتگرالگیری می‌شود. برای محاسبه انتگرال‌های لازم, از نیمرخ‌های قطعه به قطعه که تغییر 0 را بین گره‌ها بیان می‌کند استفاده می‌شود. روش‌های تفاضل محدود و حجم محدود به‌طور گسترده‌ای در مسایل جریان‌های رودخانه‌ای مورد استفاده قرار می گیرند. معادلات جبری حاصل از روش‌های تفاضل محدود و حجم محدود معمولا دارای ماتریس ضرایب متقارن و دسته‌بندی شده هستند و در نتیجه کارآمدتر هستند. درحالی که معادلات جبری حاصل از روش‌های المان محدود اغلب دارای ماتریس ضرایب نامتقارنند و نیازمند تلاش بیش‌تری برای حل می‌باشند. روش‌های کلاسیک حجم محدود و تفاضل محدود برای شبکه‌های سازمان یافته و منظم قابل کاربرد بوده و استفاده از آنها برای میدان‌های نامنظم رودخانه‌ای مشکلات زیادی را ایجاد می‌کند. این در حالی است که روش‌های المان محدود قابلیت زیادی برای شبکه‌بندی نامنظم دارد. البته مزیت عمده‌ای در مورد مسایل یک بعدی نسبت به دیگر روش‌ها ندارد. در دهه‌های اخیر روش‌های ححجم محدود و تفاضل محدود به نحوی توسعه یافته‌اند که هم انعطاف‌پذیری شبکه‌بندی روش‌های المان محدود را داشته باشند و هم از سادگی و کارآمدی روش‌های کلاسیک حجم محدود و تفاضل محدود بهره‌مند باشند. با توجه به توضیحات فوقء روش‌های حجم محدود و تفاضل محدود کارایی بیش‌تری در مدل‌های رودخانه‌ای دارند. اگرچه روش‌های المان‌های محدود به سبب انعطاف پذیری شبکه در بسیاری از مدل‌های رودخانه‌ای استفاده می‌شود [۲۵]. ۱-۲۹۵۵ [11۳۵۳۵6 40 2- 1116 1116116 40 3- 11۱6 ۷۷۷۵|6۶ 0 -------- صفحهٔ بعد -------- ۹ راهنما ی کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه ۸-2-۳- بهینه‌سازی مدل ریاضی اغلب برای بهینه کردن طرح نیاز است که مراحل پیچیده و زمانبر طراحی چندین بار تکرار شود و در هر مرحله نتایج طرح مورد ارزیابی قرار گرفته و براساس آن طراحی اصلاح شده و این کار آن‌قدر ادامه یابد تا طرح ایده‌آل حاصل شود. لازم است که تغییر پارامترها براساس یک الگوی خاص صورت گیردء به‌طوری‌که با کم‌ترین عملیات به طرح بهینه (طرحی که تمام محدودیت‌ها و شرایط طراحی را ارضا نموده و هدف خاصی را به بهینه‌ترین وجه تامین می‌نماید) دست یافت. به طور خلاصه برای بیان یک مساله طراحی باید مراحل زیر طی شود: - مشخص نمودن متغیرهای طراحی (پارامترهای موثر در طراحی سامانه) که باید حتی‌الامکان مستقل از یکدیگر باشند. - تعیین تابع هدف و توصیف یک رابطه برای آن بر حسب متغیرهای طراحی - مشخص نمودن محدودیت‌هاء شرایط و قیود طراحی و تدوین روابطی برای آنها بر حسب متغیرهای طراحی با نسبت دادن مقادیر مختلف به متغیرهای طراحی می‌توان به طرح‌های مختلف دست یافت. هرگاه مقادیر فوق کلیه محدودیت‌ها و شرایط و قیود سامانه را ارضا نماید. طرح قابل قبول نامیده می‌شود. یک طرح غیر قابل قبول حداقل یکی از قیود طراحی را نقض می‌کند. انتخاب صحیح متغیرهای طراحی در فرمولاسیون مساله بسیار مهم است. تابع هدف: برای هر مساله مهندسی طرح‌های بسیاری وجود دارد که برخی از آنها نسبت به بقیه دارای مزیت نسبی است. لذا برای گزینش طرح‌های بهتر باید معیارهایی در اختیار باشد تا بتوان طرح‌ها را با هم مقایسه نمود. معیار مزبور باید تابعی باشد تا بتوان برای طرح مشخص مقدار آن را به‌دست آورد. به عبارتی باید تابع معینی از متغیرهای طراحی موجود باشد. چنین معیار مقایسه‌ای که برداری از متغیرهای طراحی » می‌باشد را با (۳)۲ نمایش می‌دهند. هدف از حل مساله بهینه‌سازی کمینه کردن با بیشینه کردن تابع (1)3 است و از این‌رو آن را تابع هدف می‌نامند. انتخاب تابع هدف مناسب در مرحله طراحی بسیار مهم می‌باشد. ۹-2-۳ تحلیل حساسیت مدل آنالیز حساسیت یک روش سیستماتیک ارزیابی اثرهاء ارائه و توجیه نتایج یک پروژه می‌باشد که از تغییر دادن مقدار متغیرهای کلیدی حاصل می‌شود. تعریف کلی حساسیت عبارت است از نرخ تغییر در یک فاکتور خروجی نسبت به نرخ تغییر یک فاکتور ورودی. فاکتورهای ورودی که در تحلیل حساسیت مورد استفاده قرار می‌گیرند به دو دسته تقسیم‌بندی می‌شوند. دسته اول مقادیر پارامتر ورودی بوده و گروه دوم معادلات و روابط تئوری مورد استفاده در مدل می‌باشد. اگر تحلیل حساسیت تغییرات کمی نسبت به یک پارامتر خاص یا الگوریتم نشان دهد. برای منعکس کردن این مشاهدات» کاربر می‌تواند از یک ضریب اطمینان استفاده نماید. در غیر این‌صورت این تغییرپدیری می‌تواند با تحقیقات بیش‌تر یا با معرفی یک دامنه یا ضریب اطمینان برای جبران کردن عدم قطعیت پارامتر مورد نظر کاهش یابد. تحلیل حساسیت می‌تواند باعث کاهش هزینه‌های اضافی و کم کردن اطلاعات مورد نیاز مدل‌سازی شود. در یک مدل مقدار تابع هدف می‌تواند به‌صورت تابعی از پارامترهای مستقل بیان شود: (۶۳-۳) ( رالاس ولا )۲ را که در این رابطه: -------- صفحهٔ بعد -------- زبری» گام زمانی» توزیع اندازه رات و ... به‌عنوان پارامترهای مستقل مورد بررسی قرار می‌گیرند. مقدار تابع هدف مطابق با پارامتر ز« می‌تواند به‌صورت زیر نوشته شود: (۶۴-۳) ( را و۸ + )۷۶۳ استفاده از دو معادله بالا صریب حساسیت می‌تواند به‌صورت زیر تعریف شود: ۷۷ - .۹۷ (۶۵-۳) (1۱00)9۶ لا * به 10 (۶۶-۳) - رل < ۳ نرخ تغییر مقدار تابع هدف مطابق با تغییر ,۸۳ بر مبنای پارامتر شبیه‌سازی بوده و آ] تغییر مقدار تابع هدف می‌باشد. پارامترهایی که مبنای شبیه‌سازی قرار می‌گیرند عمدتا توسط اطلاعات مبدانی در یک رویداد خاص یا مطالعات مدل فیزیکی با تجربیات مهندس پروژه تعیین می‌شود. به‌طور کلی, پارامترهایی که برای تحلیل حساسیت انتخاب می‌شوند عبارتند از: مقادیر اطلاعات ورودی مانند هندسه و9 اندازه شبکه محاسباتی» ساختار شبکه محاسباتی (منظم نامنظم)» بدذه ورودی. گام زمانی»؛ دمای آب. توزیع ذرات رسوبی» تغییر تراز بستر» معادله ضریب زبری» ضرایب افت انرژی» معادلات انتقال رسوب و آبشستگی» نوع مدل آشفتگی» معادله تنش برشی, تعداد لوله‌های جریان و تعداد تکرارها. ۱۰-2-۳۳ واسنجی و صحت‌سنجی واسنجی مدل شامل آزمایش کردن مدل با اطلاعات معلوم ورودی و خروجی است که برای تطبیق یا تخمین ضرایب یا پارامترها درون محدوده فیزیکی به‌کار گرفته می‌شود. به‌طوری که نتایج پیش‌بینی‌ها به بهترین وجه ممکن با اطلاعات مشاهده‌ای مطابفت نمایند. این فرآیند نیاز به مشخص کردن شرایط میدانی به‌نحو مناسبی دارد. این مقایسه‌ها می‌تواند به شکل نقشه‌هاء جداول یا نمودارها آرائه شود. معیار کلی مورد پذیرش برای تمامی حالات وجود ندارد. با آین‌حال, باید اختلاف بین مقادیر شبیه‌سازی شده و مشاهداتی کمینه شود. به‌طور نمونه, این اختلاف باید کم‌تر از ۱۰ درصد تغییرپذیری در اطلاعات میدانی باشد. پس از واسنجی مدل, باید مدل صحت‌سنجی شود. روشی که برای صحت‌سنجی نتایج یک مدل مورد استفاده قرار می‌گیرد. به صورت زیر می‌باشد: با در اختیار داشتن یک مجموعه اطلاعات اندازه‌گیری شده آنها به دو زیر مجموعه برای استفاده در بخش واسنجی و صحت‌سنجی تقسیم می‌شوند. به‌طوری که بخش اعظم آن برای قسمت اول مورد استفاده قرار گیرد. پس از واسنجی مدل با اطلاعات اندازه گیری شده» می‌توان مدل را با استفاده از باقی‌مانده اطلاعات اندازه‌گیری شد»ء صحت‌سنجی نمود. یعنی بدون تغبیر دادن پارامترهای واسنحی, مدل با شرایط جدید اجرا می‌شود. سپس با مقایسه نتایچ به‌دست آمده از مدل و مقادیر اندازه‌گیری شده می‌توان صحت عملکرد مدل را برای شرایط جدید بررسی نموده و میزان اطمینان به مدل واسنجی شده را برآورد نمود. برای واسنجی و صحت‌سنجی می‌توان از مقایسه‌های کیفی و کمی بین مقادیر محاسباتی با راه‌حل‌های تحلیلی, آزمایشات انجام شده در آزمایشگاه و داده‌های اندازه گیری شده میدانی استفاده کرد. برخی از روش‌های مقایسه‌های کمی عبارتند از: -------- صفحهٔ بعد -------- - مقایسه میانگین‌ها - تحلیل رگرسیون - خطای نسبی در روش اول میانگین داده‌های اندازه گیری شده با میانگین نتایج محاسبه شده در شرایط مشابه مقایسه می‌شود. تابع چگالی در تحلیل رگرسیون مقادیر محاسبه شده نظیر سرعت. ارتفاع و غلظت به عنوان نقاط مزدوج در معادله آزمون در نظر گرفته می‌شوند: (۶۷-۲) +060 + ۷ که و (] به ترتیب عرض از مبدا و شب واقعی بین مقادیر محاسبه شده ۴و داده‌های اندازه گیری شده ‎٩‏ می‌باشند. ۲۳ خطای ناشی از داده‌های مشاهداتی * می‌باشد. در تحلیل رگرسیون فرض بر این است که مقادیر محاسبه شده لح با قطعیت درست می‌باشد و خطای تا در داده‌های اندازهگیری شده می‌باشد که ضرورتا فرض واقعی نیست. از روش‌های رگرسیون خطی استاندارد می‌توان در محاسبه مربع ضریب همبستگی (۴۹) و خطای استاندارد برآوردها استفاده کرد که نشان‌دهنده خطای بین داده‌ها و مدل می‌باشد. مدل‌هایی که به خوبی واسنجی می‌شوند دارای عرض از مبدا صفر و شیب یک خواهند بود. خطای نسبی» مقدار مطلق اختلاف بین مقادیر اندازه گیری و محاسبه شده تقسیم بر مقدار اندازه گیری شده می‌باشد. فراوانی در مطالعات هیدرودینامیک جریان معمولا از اطلاعات اندازه‌گیری شده بده جریان و تراز سطح آب و سرعت و جهت‌های آن در تعریف می‌شود. بیش‌تر مورد واسنجی قرار می‌گیرد. همچنین پارامترهای موثر در تعیین لزجت گردابه‌ای که بسته به نوع مدل أشفتگی مورد استفاده» برای مدل قابل تعریف می‌باشد.ء نیز باید در واسنحی مدنظر قرار گیرند. در مدل‌های دوبعدی و سه‌بعدی, جریان‌های غیرماندگار و مدل‌های فرسایش و رسوب اطلاعات بیش‌تری برای واسنجی مورد نیاز است. تغییرات مکانی و زمانی بده جریان» تراز سطح آبء توزیع سرعت. تغییرات مکانی و زمانی غلظت رسوب و تغییرات مکانی و زمانی تراز و شکل بستر و ضرایب پخش از جمله اطلاعاتی هستند که برای واسنجی این گونه مدل‌ها مورد نیاز است. جدول (۶-۳) دامنه کلی واسنجی و صحت‌سنجی را برای مدل‌های مختلف نشان می‌دهد [۳۵]. مقادیر نشان داده شده به صورت جدول 1-۳- دامنه کلی واسنجی | صحت‌سنجی [ ۳۵] ر مد -------- صفحهٔ بعد -------- فصل سوم - مدل‌سازی ریاضشی ۳ در شکل (۲۲-۳) نمونه‌ای از الگوریتم مورد استفاده در مدل‌سازی شامل مراحل اعتبارسنجی و صحت‌سنجی ارائه شده است. اطلاعات قابل دسترس؛ مدل مفهومی: ویژگی‌هاء فرآیندهاء رویدادها اطلاعات استفاده نشده در واسنحی راه‌حل‌ها؟ شکل ۳۲-۳ نمونه‌ای از الگوریتم فرآیندهای مدل‌سازی -------- صفحهٔ بعد -------- ۹5 ۵-۳- مدز ۱۹-۵-۳- ی مدل‌های طور خلاصه ۰ 21 -------- صفحهٔ بعد -------- فصل سوم - مدل‌سازی ریاضی ۳-۵-۳- برخی از مدل‌های ریاضی موجود برای شبیه‌سازی کیفیت آب خلاصه‌ای از مشخصات برخی مدل‌های ریاضی شبیه‌سازی کیفیت آب که در زمینه مهندسی رودخ مقایسه‌ای در جدول (۸-۳) ارائه گردیده است. جدول ۸-۳- برخی از مدل‌های کیفیت آب ی رآ۸ل]آ0- 0۳ راشلا0) - 60۳ | راشه۰۹۵۲ ۳ 1 ,11۳۳۹50/۹ و 1 1 1 نت۸0 ام ابعاد تغییرات زمانی نوع حجم آبی متغیرهای حالت مستندسازی دسترسی به مدل ابعاد تغییرات زمانی -------- صفحهٔ بعد -------- 1-۳ معیارهای انتخاب مدل ریاضی ۱-1-۳ کلیات به‌علت طبیعت پیجیده فرآیندها و اندرکنش‌ها در حجم‌های آبی» مدل‌های ریاضی عمدتا می‌توانند مولفه‌های اساسی محیطی که بر فرآیندهای مختلف پخش و انتقال رسوب یا آلاینده‌ها تاثیرگذار هستند را در نظر بگیرند. مدل‌سازی تمام مکانیزم‌ها و فرآیندهای موجود در طبیعت در یک مدل ریاضی مشکل و در برخی موارد غیرضروری است. بنابراین درجات مختلفی از سادگی یا پیچیدگی در مدل‌های ریاضی در نظر گرفته شده که باعث توسعه مدل‌های زیادی در زمینه‌های مختلف از قبیل هیدرودینامیک. انتقال رسوب و کیفیت آب شده است. بر این اساس برای مدل‌سازی یک یا چند پارامتر خاص در منطقه مورد مطالعه گزینه‌های مختلفی از مدل‌ها پیش روی یک مهندس طراح قرار دارد که باید از بین آنها یک مدل مناسب را انتخاب نماید. برای انتخاب یک مدل مناسب معیارهای مختلفی وجود دارد که در این بخش به آزها پرداخته می‌شود. انتخاب یک مدل مناسب شامل سه مرحله می‌باشد که عبارتند از: ۱( تعیین لیستی از مدل‌های موجود برای ارزیابی پدیده‌های مختلف ۲ توسعه مجموعه‌ای از معیارها برای آرزیابی مدل‌های کاندیدا جهت ارزیابی نهایی ۳ توسعه مجموعه‌ای از معیارها برای دسته‌بندی توانایی‌های مدل‌ها درون هر طبقه از آنها مرحله اول که شامل تهیه یک لیست از مدل‌های موجود می‌باشد در بخش قبل ارائه شد و در مورد هر مدل مشخصات کلی ارائه شده است. مراحل دوم و سوم در ادامه مورد بررسی قرار می‌گیرند. ۳-1-۳ کاربرد» مزایا و محدودیت‌های معادلات حاکم در انواع مدل‌های ریاضی ۱-۲-1-۳ معادلات حاکم بر میدان جریان در تمامی مدل‌های ذکر شده در بخش قبل اگر مدل‌سازی در محدوده‌ی تعریف شده برای این مدل‌ها صورت گیردء نتایج قابل قبولی عاید می‌شود و خطاهای ناشی از مدل‌سازی به حداقل رسیده و در هزینه و زمان مدل‌سازی صرفه‌جویی زیادی می‌شود. بنابراین یکی از معیارهای انتخاب مدل می‌تواند معادلات حاکم به‌کار رفته در مدل‌های ریاضی باشد. معادللات حاکم بر میدان جریان شامل معادلات بقای جرم و بقای مومنتوم هستند که در حالت کلی سه‌بعدی می‌باشند. برای استفاده از این معادلات برای مدل‌سازی جریان نیاز به مدل‌سازی آشفتگی می‌باشد. همان‌طور که بیان گردید مدل‌های آشفتگی مختلفی که هرکدام از آنها نیز دارای ویژگی‌ها و محدودیت‌های خاصی بوده» قابل استفاده می‌باشند. البته این محدودیت‌ها هم می‌تواند شامل مدل‌سازی آشفتگی و روش‌های حل باشد و هم می‌تواند شامل هزینه و زمان اجرای مدل باشد. برخی از مدل‌های ریاضی به‌صورت دو بعدی افقی و یا دو بعدی عمقی می‌باشند که در آنها با فرض تغییرات ناچیز سرعت در عمق یا در عرض, معادلات جریان در عمق یا در عرض متوسط‌گیری می‌شوند. مدل‌های دو بعدی افقی کاربرد وسیعی در مدل‌سازی جریان در رودخانه‌هاء خورها و سواحل دارند. در این مدل‌ها با فرض آب کم‌عمق معادلات پیوستگی و مومنتوم ساده‌سازی شده و با روش‌های مختلف عددی حل می‌شوند. از این مدل‌ها نمی‌توان برای مناطقی که نقش مولفه قائم سرعت قابل صرف‌نظر کردن نیست. استفاده -------- صفحهٔ بعد -------- نمود. مثلا برای مدل‌سازی جریان در پیجانرود به‌علت وجود جریان‌های ثانویه نمی‌توان از این مدل‌ها استفاده نمود. مدل‌های دو بعدی عمقی برای شرایطی قابل استفاده می‌باشد که فرض تغبیرات ناچیز در عرض صادق باشد. مثلا در رودخانه‌هاء مخازن باریک. خورها و کانال‌های دسترسی که تغییرات سرعت در عرض قابل صرف‌نظر کردن باشد.ء می‌توان از این مدل‌ها استفاده نمود. در مدل‌های یک بعدی تغییرات پارامترها در دو بعد ناچیز فرض شده و معادلات حاکم بر جریان در آن دو بعد متوسطگیری می‌شوند. این مدل‌ها شامل مدل‌های یک بعدی طولی و یک بعدی عمقی می‌باشند. در مدل‌های یک بعدی طولی فرض می‌شود که جریان غالب در جهت طول می‌باشد. مثلا با استفاده از این فرض می‌توان جریان در رودخانه‌ها و خورها را مدل‌سازی نمود. این ۳-۹-۳ معادلات حاکم بر بار بستر برای تخمین و برآورد بار بستر روابط زیادی وجود دارد که اکثر آنها براساس اطلاعات آزمایشگاهی و تعداد کمی بر مبنای اندازه گیری‌های میدانی می‌باشند که در شرایط خاصی (مثلا در آزمایشگاه و تحت شرایط محدودی از سرعت جریان» تنش برشی, عمق جریان» بده جریان و شرایط هندسی برای محدوده‌ای از ذرات) به‌دست آمده‌اند. برای برآورد و تخمین پارامترهای مختلف در آزمایشگاه از وسایل اندازه گیری مختلفی استفاده می‌شود که این وسایل دارای دقت معینی بوده و هنگام استفاده از آنها نیز مقداری خطا وارد اطلاعات اندازه‌گیری شده می‌شود. استفاده از این وسایل نیز خود دارای محدودیت می‌باشد. نهایتا روابطی که براساس این اطلاعات حاصل می‌شود دارای محدوده‌ای از کاربرد می‌باشد که در هنگام استفاده از این روابط باید مدنظر قرار گیرد. همجنین در این روابط ضرایبی وجود دارد که برای شرایط خاصی به‌دست آمده‌اند و ضمن کاربرد آنها برای یک منطقه متفاوت باید این ضرایب مجددا به‌دست آمده و مدل کالیبره شود. بنابراین استفاده از معادلات حاکم بر حرکت بار بستر محدودیت‌های شدیدتری نسبت به معادلات حاکم بر جریان دارد. در نتیجه توصیه می‌شود که برای استفاده از این مدل‌ها به منشای استخراج این روأبط و محدودیت‌های آزها توجه شود. 2-1-۳ معادلات حاکم بر بار معلق برای برآورد بار معلق نیز همانند بار بستر روابط تجربی زیادی توسعه داده شده است و محدودیت‌هایی که در مورد روابط بار بستر به آنها اشاره شد.ء در این روابط نیز وجود دارند. در استفاده از این روابط نیز باید به محدودیت‌های این روابط در هنگام استخراج توجه کرده و برای شرایط توصیه شده استفاده شوند. البته علاوه بر روابط تجربی برآورد بار معلق روابط تئوری نیز توسعه داده شده‌اند و از آن‌جا که این روابط دارای محدودیت کم‌تری نسبت به روابط تجربی می‌باشند. توصیه می‌شود برای شبیه‌سازی بار معلق بیش‌تر از روابط تئوری استفاده شود. محدودیتی که در روابط تئوری وجود دارد این است که برای استفاده از این روابط نیاز به یک غلظت مرجع وجود دارد که مقدار آن بستگی به بار بستر دارد. روأبط تجربی برای محاسبه غلظت بار معلق با دانه‌بندی یکنواخت در نزدیکی کف توسط (۱976) ۳۵1۵ و ۳:۵۵:06 (11۳)1977 51 و ۸/101۵ (198540) رگا ۷۵۵ (1988) ۵۵۱ و ناهن (1994) 750۵ و ۳۳۵۵۹۵۵ و (1999 )۲0 -------- صفحهٔ بعد -------- ارائه شده است. همجنین (۱950) ۳۱۱۹1۵۱۳ (1991) ۳۵۲۵۲ و 60202 ,(1999) ۷۷/۵۳۶۵ و۲1 روابط تحربی برای محاسبه غلظت بار معلق در نزدیکی کف برای ذرات با دانه‌بندی غیریکنواخت پیشنهاد کردند. در ادامه روابط ۳11۹1010» از(٩]‏ ۷۵ به عنوان نمونه آورده شده است. فرمول ۳۳۹۸۵1 [۲۵] (1950) ۳31۹۲۵1 تراز مبنا را برای محاسبه غلظت مرجع در فاصله دو برابر قطر ذرات بالای کف کانال در نظر می‌گیرد و میزان غلظت مبنا را در این فاصله به عنوان تابعی از نرخ انتقال بار بستر معرفی می‌کند: ۱1.6 ۵51۰ 7 ۲ که در این رابطه «. ل: غلظت درات در فاصله مرجع (وزن بر واحد حجم)» ا: معرف دسته‌بندی درات از لحاظ قطر 2«۰: نرخ انتقال بار بسترء ۵: تراز مبنا و 11 سرعت برشی موثر مربوط به زبری ذرات است که به صورت زیر تعریف می‌شود: (۶۹-۲) تاعاس "ج: بخشی از ضریب شزی مربوط به ذرات است که با رابطه زیر تعیین می‌شود: 4۳ 90 فرمول (19840) 8:۵ ۷۵۳ ایشان تراز مبنا را برابر ارتفاع زبری معادل .1 و یا نصف ارتفاع شکل بستر در نظر گرفت و رابطه ۱.5 آوول : ره (۷۱-۳) 5 > بر که در این رابطه: + غلظت حجمی بار معلق در تراز مرجع» 0ول: قطر متوسط درات و ]" پارامتر بدون بعدی است که به صورت زیر تعریف می‌شود: (۷۲-۳) | *(یلا/منا) -۲۳ که در این رابطه, »لا سرعت برشی بحرانی آستانه حرکت و ۰] پارامتر ذره است که با رابطه (۷۰-۳) تعیین می‌شود: 1/3 ۳ - |) ۱0-2 [ )۷۳-۲( ۵-1-۳- ویژگی‌های موثر در انتخاب مدل‌های ریاضی ۱-۱-۹-۳ دسترسی به لیست برنامه" و امکان افزودن قابلیت‌های مورد نظر آن نیاز به تجربه زیادی در زمینه برنامه‌نویسی و آشنایی کافی به زبان برنامه‌نویسی مورد استفاده در مدل دارد. همچنین یادگیری و ۱]- -------- صفحهٔ بعد -------- آشنایی با مدل و متغیرهای مورد استفاده در آن به زمان و تحربه‌ی زیاد نیاز دارد. این ویژگی زمانی حایز اهمیت می‌باشد که کاربر بخواهد از آن برای توسعه مدل برای اهداف مورد نظر استفاده نماید. ۳-۵-1-۳ وجود مرجع علمی و راهنمای مدل به‌علت این که اکثر مدل‌های موجود به صورت یک جعبه سیاه می‌باشند. بنابراین وجود یک مرجع علمی برای آن دارای اهمیت زیادی بوده و اجتناب ناپذیر می‌باشد. حجم اطلاعات و کیفیت مراجع علمی قابل دسترس برای مدل‌های مختلف دارای طیف وسیعی می‌باشند. این محدوده از گزارش‌های علمی ساده تا گزارش‌های فنی بسیار خوب توسعه داده شده و سامانه‌های بر - خط که به‌طور مستقیم به محیط مدل‌سازی متصل می‌شوند را شامل می‌شود. بنابراین می‌توان این محدوده را به سه قسمت کلی تقسیم‌بندی نمود: مستندسازی ضعیف,» متوسط و قوی. توصیه می‌شود که از مدلی استفاده شود که حداقل دارای مستندسازی متوسط باشد. ۳-۵-1-۳ توانایی مدل جهت شبیه‌سازی هندسه‌های پیچیده از موارد دیگری که به‌عنوان معیار انتخاب مدل مطرح است. ارزیابی قابلیت مدل در شبیه‌سازی هندسه‌های پیجیده می‌باشد. برخی از مدل‌ها برای هندسه‌های ساده توسعه داده شده‌اند بنابراین فقط برای شرایط خاصی قابل استفاده هستند. این مدل‌ها بیش‌تر برای کارهای تحقیقاتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما بسیاری از مدل‌های تجاری که امروزه توسعه داده می‌شوند. دارای قابلیت شبیه‌سازی هندسه‌های پیچیده با دقت‌های مختلف می‌باشند. 2-0-1-۳ امکان حمایت و پشتیبانی فنی و علمی از مدل یکی از ویزژگی‌های موثر در انتخاب مدل امکان حمایت و پشتیبانی فنی و علمی از کاربران مدل می‌باشد. بسیاری از مدل‌های در (کاربران جدید و کاربران کارآزموده) و توسعه‌دهندگان مدل دارای ارتباط مستقیم با یکدیگر می‌باشند و در نتیجه در تمامی مراحل مدل‌سازی از کاربر حمایت و پشتیبانی می‌شود. در این گونه مدل‌ها حمایت و پشتیبانی مدل می‌تواند شامل مراحل زیر باشد (توسط یک سامانه بر خط): - حمایت و پشتیبانی از مدل قبل از پردازش اطلاعات - حمایت و پشتیبانی از مدل در هنگام پردازش اطلاعات - حمایت و پشتیبانی از مدل بعد از پردازش اطلاعات ۵-۵-1-۳ توانایی انعطاف پذیری شبکه‌بندی در مناطق مختلف میدان جریان برخی از مدل‌های تجاری برای شبکه‌بندی محیط مورد نظر برای رسیدن به سرعت بالایی در محاسبات صرفا از شبکه‌های مستطیلی بهره می‌گیرند. اما این مدل‌ها قادر به شبکه‌بندی مناسب مناطق پیچیده (مانند سواحل رودخانه) نمی‌باشند. زیرا باعث کاهش دقت محاسبات می‌گردد. از سوی دیگر در برخی از مدل‌ها قابلیت تولید و استفاده از شبکه‌های مختلف وجود دارد. همجنین | - 06 -------- صفحهٔ بعد -------- ۳.۰ راهنما ی کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه شبکه‌های با قاعده و بی‌قاعده نیز می‌تواند در زمره قابلیت‌های مهم یک مدل انعطاف‌پذیر باشد. 1-۵-1-۳- کاربردوست بودن مدل یکی از ویژگی‌های مهم در انتخاب مدل مناسب» کاربر دوست بودن آن است. بسیاری از مدل‌های موجود دارای این قابلیت نیستند و برای مدل‌سازی پدیده مورد نظر نیاز به مهارت زیادی در مدل‌سازی و استفاده از مدل می‌باشد. یک مدل کاربردوست باعت صرفه‌جویی در هزینه و زمان در فرآیند شبیه‌سازی می‌شود. به عنوان مثال مدل ۲1۳-1۸۹5 به‌واسطه استفاده از رابط گرافیکی 1-1-۳ سوهولت دسترسی به مدل و نسخه به روز آن بسیاری از مدل‌های موجود و توسعه داده شده در زمینه‌های مختلف قابل برداشت آزاد از طریق اینترنت نیستند و باید آنها را از موسسه توسعه دهنده آن خریداری نموده و یا باید مجوز استفاده از آن را تهیه نمود. بنابراین در بیش‌تر موارد برای استفاده از نس‌خه به روز شده یک مدل باید هزینه زیادی برای خرید مدل مورد نظر پرداخت شود. ۱-1-1-۳ حداقل نیاز به واسنجی یکی از موارد بحث برانگیز در فرآیند مدل‌سازی» واسنجی نتایج به‌دست آمده توسط مدل می‌باشد. از آن‌جا که واسنجی یک فرآیند زمانبر می‌باشدء هر چه مدلی به واسنجی کم‌تری نیاز داشته باشد. در زمان و هزینه صرفه‌جویی بیش‌تری صورت می‌گیرد. بنابراین» این عامل می‌تواند یک ویژگی موثر در انتخاب مدل مورد نظر باشد. از سوی دیگر برای واسنجی مدل نیاز به برخی اطلاعات ثبت شده از محل مورد استفاده وجود داردء که در برخی موارد موجود نبوده یا به راحتی قابل حصول نمی‌باشند. ۲-1-1-۳ صحت‌سنجی و کاربرد در موارد مشابه صحت‌سنجی مدل یکی از موارد بسیار مهم در بحث مدل‌سازی می‌باشد. به‌طوری که قبل از استفاده از یک مدل باید از صحت نتایج و قابل اعتماد بودن مدل و نتایج به‌دست آمده از آن اطمینان حاصل کرد. در فرآیند مدل‌سازی توسعه‌دهندگان مدل پس از توسعه» مدل را با استفاده از آزمایش‌های مرجع صحت‌سنحی کرده و نتایج به‌دست آمده مستندسازی می‌شوند. یکی دیگر از راه‌های بررسی صحت مدل, ارزیابی نتایج حاصل شده از مدل در موارد به کار رفته در پروژه‌های مختلف می‌باشد. ۳-1-1-۳ حصول به دقت مورد نیاز به‌طور کلی دقت یک مدل به فرضیات ساده کننده معادللات حاکم و روش‌های انفصال معادلات مرتبط می‌باشد. مدل‌ها از لحاظ پیجیدگی (تعداد فرضیات ساده‌کننده معادلات) به سطوح مختلفی قابل تقسیم‌بندی هستند. در هر کدام از این سطوح نتایج به‌دست آمده دارای دقت خاصی هستند و بسته به دقت مورد نیاز باید مدل انتخاب شده و مورد استفاده قرار گیرد. مثلا برای مسایل خیلی -------- صفحهٔ بعد -------- ساده استفاده از مدل‌های پیچیده و حل حالت کامل معادلات قابل توجیه نیست و برعکس. نوع روش‌های انفصال معادلات حاکم نتایج خروجی یک مدل اگر به‌صورت مطلوبی ارائه شودء تاثیر زیادی روی درک و شناخت از پدیده مورد نظر دارد. بنابراین مدل‌هایی که دارای این قابلیت هستند که از لحاظ گرافیکی در سطح مطلوبی باشند؛ به‌طوری که نیازی به استفاده از نرم‌افزارهای گرافیکی کمکی نداشته باشند نهایتا باعث صرفه‌جویی در زمان و هزینه مدل‌سازی می‌شوند. برخی از مدل‌ها نیز با توجه به این مدل‌های می‌توان به همجون مدل‌های 6175 ۲1۳۲-1۸5 و ۷11 اشاره نمود. در سامانه‌های شبکه‌ای را نیز دارند. همجنین برخی از این مدل‌ها برای سیستم عامل خاصی طراحی می‌شوند که باید در انتخاب مدل, مدنظر قرار گیرد. نسخه‌های قبلی برخی از مدل‌ها برای انواع خاصی از سخت‌افزارها و سیستم‌های عامل طراحی و توسعه داده شده‌اندء اما در مدل‌هایی که در حال تکامل هستند.ء توسعه‌دهندگان آنها سعی می‌کنند مدل خود را با شرایط و سیستم‌های عامل 1-1-1-۳ میزان موفقیت در کاربردهای قبلی توسط دیگران (داخل و خارج از کشور) اگر مدلی برای اولین بار در داخل کشور مورد استفاده قرار گیردء باید به سوابق مدل رجوع کرده و میزان موفقیت آن‌را در پروژه‌های بین‌المللی بررسی و ارزیابی نمود. میزان موفقیت مدل در کاربردهای مختلف عامل مهمی در انتخاب یک مدل قلمداد می‌شود. یکی از مواردی که می‌توان از آن طریق قابلیت‌های مدل را ارزیابی نمودء بررسی سوابق کاربرد مدل در پروژه‌های انجام شده در داخل کشور می‌باشد. با بررسی و جستجو در اسناد و مدارک موجود پروژه‌های انجام شده و همچنین تحقیق از کاربرانی که مدل مورد نظر را مورد استفاده قرار داده‌اند»ء می‌توان شناخت نسبتا مناسبی از ویژگی‌ها و مشخصات مدل, خصوصا در مورد واسنجی و تطابق ۷-1-1-۳- عمومیت فرض‌ها و حالت‌های پیش بینی‌شده در مدل به‌علت استفاده مدل‌ها از فرضیات یا حالاتی که باعث ساده‌تر شدن معادلات می‌شوندء این مدل‌ها در سطوح مختلف پیچیدگی تقسیم‌بندی می‌شوند. بنابراین مدل‌هایی که خیلی ساده می‌باشند دارای عمومیت خیلی کم‌تری بوده و استفاده از آزما در حالات خاصی امکان‌پذیر می‌باشد. با افزایش پیچیدگی مدل‌ها این فرضیات عمومیت بیش‌تری یافته و از این مدل‌ها در موارد بیش‌تری استفاده می‌شود. همان‌طور که در بخش‌های قبلی نیز بیان شد استفاده از مدل‌های با میزان متفاوت فرضیات. بستگی به اهداف -------- صفحهٔ بعد -------- ۸-1-1-۳- امکان ار تباط با سامانه اطلاعات جغرافیایی " و تبادل اطلاعات با آن یکی از امکانات بسیار مقید و9 کاربردی در بررسی و تحلیل فرآیندهایی که با طبیعت و جغرافیای منطقه سر و کار دارند استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی می‌باشد. در برخی از مدل‌هایی که آخیرا توسعه داده شده‌اند.ء امکان ارتباط با این سامانه در نظر گرفته شده بخش‌های بعدی به نحوه‌ی استفاده از این معیارها به عنوان اصول راهنما در انتخاب مدل‌های مناسب پرداخته خواهد شد. ۷-۳- معرفی چند نرم‌افزار مناسب برای بررسی پدیده‌های مرتبط در ممهندسی رودخانه ۱-۷-۳- کلیات به‌طور کلی در این بخش برای انتخاب مدل‌های مناسب برای شبیه‌سازی پدیده مورد مطالعه چند معیار عمده در نظر گرفته شده است که عبارتند از اهداف مدل‌سازی, ابعاد مکانی و زمانی پدیده مورد مطالعه (یک‌بعدی, دوبعدی یا سه‌بعدی, پایدار یا ناپایدار قابلیت و نحوه دسترسی به مدل‌ها. براساس این معیارها برای مدل‌سازی هر پدیده چندین مدل انتخاب شده است که کاربر باید با توجه به دیگر معیارهایی که در زیر ارائه شده است. مدل مناسب مورد نیاز خود را انتخاب نماید. این معیارها عبارتند از اهمیت مدل‌سازی, مقدار هزینه در نظر گرفته شده برای انجام شبیه‌سازی» دقت مورد نیاز برای مدل سازی‌هاء اطلاعات قابل دسترس برای اجرای مدل‌های مورد نظرء اطلاعات خروجی مورد نیاز و قابلیت دسترسی به مدل مورد نظر توسط کاربر. بهتر است که برای مقایسه بین مدل‌های مختلف و انتخاب گزینه مناسب از فرمی که در شکل (۲ - ۲۲) نشان داده شده است. استفاده نمود. با پر کردن فرم مورد نظر برای تمامی مدل‌ها و مقایسه آزها و نیز استفاده از روندی که در زیر برای انتخاب مدل مناسب آرائه شده» می‌توان مدل یا مدل‌های مناسب را انتخاب نمود.در ادامه برخی مدل‌های مختلف برای مدل‌سازی پدیده‌های مختلف معرفی شده و9 مزایا و محدودیت‌های آزها بیان شده است. ۳-۷-۳ روندیابی سیلاب ۳۱۲, 00۳21, 1۳۲-۸۹, ۲۳-۲۵۹, ۲۳]]۷/]۸[۱2, ۱۷11۳۱۱, 5۵15 6 توسعه‌دهنده آزها سفارش داده شده و امتیاز استفاده از آنها خریداری شود. هر کدام از این مدل‌ها دارای دقت‌های متفاوتی بوده و لازم است که کاربر با توجه به اطلاعات قابل دسترس و دقت مورد نیاز مدل مناسب را انتخاب نماید. 5آن -| -------- صفحهٔ بعد -------- در این مدل‌ها پس از انجام مدل‌سازی جریان رودخانه» انتقال رسوب مدل شده و سپس تاثیر تغییرات مرع بستر مدل می‌شود. ۳-5۹ ,5511۵ ,]۳]0۷۷3 ,۱/1۳۳2 ,]001۳2 ,۱/1۳۱۱ ,]۳۱ 2-۷-۳ مدل‌سازی اثر سازه‌های هیدرولیکی بر الگوی جریان و ریخت‌شناسی رودخانه در بسیاری از مدل‌های یک بعدی اثر سازه‌های هیدرولیکی مختلف بر روی الگوی جریان شبیه‌سازی می‌شود. اما تعداد کمی از این مدل‌ها ریخت‌شناسی رودخانه را مدل کرده و اثر این سازه‌ها را بر روی آن در نظر می‌گیرند. به عنوان مثال مدل 1۳۲-1۹۸۹] اگرچه قابلیت شبیه‌سازی یک بعدی اثر سازه‌های هیدرولیکی مختلف بر روی الگوی جریان و انتقال رسوب را دارد لیکن با توجه به عدم بررسی جریان‌های عرضی در آن, قادر به برآورد تاثیر این سازه‌ها بر تغییرات عرضی و ریخت‌شناسی رودخانه نمی‌باشد. مدل‌هایی که هم تاثیر سازه‌های هیدرولیکی و هم ریخت‌شناسی را در نظر می‌گیرندء عبارتند از: 1 16۱ ,۳]0۷۷/31 ,0۲۳21 ,۳۱ بل مدل شماره ۱ ۱11121 مولفه اول: هیدرودینامیک ی وقال ترس بو اه رت که رک شکل ۳۳-۳- نمونه برگه ارزیابی مدل ۵-۷-۳- مدل‌سازی الگوی جریان و آبشستگی و رسوب‌گذاری اطراف سازه‌های هیدرولیکی برای مدل‌سازی الگوی جریانء آبشستگی و رسوب‌گذاری در اطراف سازه‌های هیدرولیکی» مدل‌های زیر مطرح می‌باشند: 1 ,۲۳۲-۸۹ ,۵ :ما۲۳ بصاطیی -------- صفحهٔ بعد -------- 1-۷-۳ مدل‌سازی کیفیت آب در رودخانه و مسایل زیست‌محیطی به‌علت پخش سریع پارامترهای کیفی آب در جهات عمقی و عرضی, معمولا مدل‌سازی کیفیت آب در رودخانه‌ها به‌صورت یک بعدی انجام می‌گیرد. از مدل‌های دو بعدی و سه‌بعدی بیش‌تر در مطالعات تحقیقاتی استفاده می‌شود. مدل‌های یک بعدی زیر برای مدل‌سازی کیفیت آب معرفی می‌شوند: ]0۸ ,۱1۱۳۱۱ در جدول (۹-۲) قابلیت‌های مختلف مدل‌های معرفی شده به‌صورت خلاصه ارائه شده است. ۸-۳- بررسی مزایا و محدودیت‌های نرم‌افزارهای معرفی شده قابلیت‌های مدل‌هایی که در بخش قبلی معرفی شده‌اند. در جدول ‎)٩-۲(‏ به‌صورت کلی معرفی شده‌اند. در بخش حاضر این ۱-۸-۳ مدل 3771 - 57۸75 ۱-۱-۸-۳ قابلیت‌ها - یک مدل شبه دوبعدی که از مفهوم لوله‌های جریان برای شبیه‌سازی جریان آب و رسوب استفاده می‌کند - محاسبه نیمرخ سطح آب در حالت بستر ثابت و در رودخانه‌هاء در صورتی که تغییرات تراز بستر ناچیز فرض گردد - قابل کاربرد در شرایط زیربحرانی» فوق بحرانی و ترکیب این دو حالت, تحت پرش هیدرولیکی - تحلیل جریان و رسوب در مجاری روباز با بستر متحرک - تعیین فرسایش موضعی در پایه پل‌ها و دیواره‌های کناری پل‌ها با استفاده از ۵ روش مختلف - محاسبات مسلح شدگی و شکستن لایه آرمور - محاسبه جریان در محل بازشدگی پل‌ها با استفاده از گزینه هیدرولیک پل ۷/5۳10 - محاسبه بیش‌ترین فرسایش در پایه پل‌ها با استفاده از معادلات متفاوت برای حالت‌های مختلف هندسه پایه پل - بررسی مسایل جریان‌های جانبی ورودی و خروجی - بررسی مسایل لایروبی با استفاده از خروج رسوب با جریان صفر در جهت جانبی - بررسی مسایل گسیختگی سواحل با استفاده از ورود رسوب با جریان صفر از جهت جانبی -------- صفحهٔ بعد -------- فصل سوم - مدل‌سازی ریاضی ای جدول ۹-۳- قابلیت مدل‌های معرفی شده اس رودیابی سلاپ | جریان | ساوسو یی ات ات تل تا لب تا تا ۷ 8۵5۱8۵ | 600 | ات ات با با ان نا با ات 0سا تا ۷ تس سم ال لب انا تا ۲ تب لت تا ال نت تا تب تا تا تب لا تا تا ایا را ۳۵۵ | ۷۵۵ زا ۷ات ات ال ال تالا تا تا تفه ال نت تب ال دالاس شش تا 6 با تال کت تلاصا تا تا تک انا یا اصالت ار ۹۵۲۳ ام با بابا جا تا تا تا یا ۷ ۵ بر تب ات تا نا ات الا با ۷ هلان ان لت ال ت تب عم با اقا ار اد ات ایا تا الا تا تا اد نار راب را ۲-۱-۸-۳ محدودیت‌ها - با توجه به پایه اساسی هر مدل شبه دوبعدی, این مدل قابلیت شبیه‌سازی جریان‌های ثانویه را ندارد. - اتصال رودخانه‌ها و همچنین تعریف جزایر میانی رودخانه در این مدل بسط داده نشده است. - مرزهای رودخانه در جهت جانبی ثابت فرض می‌شوند و تشکیل پیچ و خم‌های رودخانه‌ای قابل شبیه‌سازی نمی‌باشد. ۲-۸-۳ مدل ۲077۳10 ۱-۲-۸-۳ قابلیت‌ها - مدل یک بعدی برای مدل‌سازی هیدرودینامیک و انتقال رسوب در شبکه‌های کانال - محاسبه انتقال رسوب غیریکنواخت با استفاده از مدل غیرتعادلی انتقال - محاسبه مقادیر فرسایش و رسوب‌گذاری با توجه به تغییرات هندسی مقاطع کانال» مشخصات بستر (شامل جورشدگی و مسلح شدن بستر) و فرآیندهای فرسایش جداره - در نظر گرفتن یکپارچگی مدل‌سازی جریان کانال با مدل‌سازی فرآیندهای حوضه - تعیین و ارزیابی ریخت‌شناسی رودخانه - مدل‌سازی سازه‌های رودخانه‌ای و تاثیر آنها بر روی فرآیندهای رسوب‌گذاری - مدل‌سازی جریان‌های ناپایدار در شبکه کانال‌های پیچیده - استفاده از امکانات نرم‌افزار ۸۲۵۷/۱۵۷۷ در اطلاعات ورودی و خروجی و نمایش گرافیکی ۱- ستون مدل‌سازی سازه در این جدول به مدل‌هایی اشاره دارد که امکان شبیه‌سازی سازه‌های معمول در مهندسی رودخانه (همچون سرریز و دریچه) را از طریق رابط گرافیکی و با توجه به معادلات تجربی موجود دارا هستند. بنابراین اگرچه در مدل‌های پیشرفته‌ای همجون ۳1]7۳۳7 و 02171۳21 امکان تحلیل الگوی جریان پیرامون هرگونه سازه‌ای وجود دارد لیکن به‌واسطه عدم وجود رابط گرافیکی مشخص در این خصوص علامت نخورده‌اند. 35 316206۲ -2 -------- صفحهٔ بعد -------- ۲-۲-۸-۳ محدودیت‌ها - این مدل در حال حاضر برای جریان‌های زیر بحرانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به علاوه با توجه به یک بعدی بودن آن؛ در مواردی که پدیده لایه‌بندی" در عمق مطرح می‌باشد و همچنین شبیه‌سازی جریان‌های ثانویه کاربرد ندارد. ۳-۸-۳ مدل ۲078۳20 ۱-۳-۸-۳- قابلیت‌ها - مدل دو بعدی متوسط‌گیری شده در عمق برای شبیه‌سازی هیدرودینامیک و انتقال رسوب در مجاری روباز - توانایی شبیه‌سازی انتقال رسوب در حالت‌های غیریکنواخت و غیرتعادلی " - توانایی کار با شبکه جابجا شده" برای شبیه‌سازی نیمرخ سطح آب - محاسبه نیمرخ سطح آب در شرایط جریان‌های زیر بحرانی» فوق بحرانی و بینابین - محاسبه تاثیرات جریانات ثانویه در انتقال بار بستر در مجاری روباز منحنی شکل قابلیت استفاده از رابط گرافیکی مناسب برای داده‌های ورودی و خروجی. شبکه‌بندی و تصحیح آن - توانایی شبیه‌سازی جریان‌هایی که دارای چند ورودی و یا خروجی می‌باشند. - استفاده از سه مدل آشفتگی در حالت متوسط‌گیری شده در عمق و در نتیجه توانایی کار در مناطق با جریان‌های چرخشی و مناطق نزدیک به سازه‌های هیدرولیکی - شبیه‌سازی دقیق سیل گرفتگی و عقب نشینی سیل با توجه به معیار عمق بحرانی برای مناطق خشک و تر - محاسبات مسلح شدگی و جور شدگی مصالح بستر - توانایی جداسازی محاسبات بار بسترء بار معلق و تلفیق هم‌زمان آنها ۲-۳-۸-۳ محدودیت‌ها - با توجه به دو بعدی بودن» مدل برای شبیه‌سازی جریان‌های لایه‌بندی در عمق کاربرد ندارد. 4-۸-۳ مدل ۲1.0۷۷30 ۱-2-۸-۳ قابلیت‌ها - مدل قوی در زمینه هیدرودینامیک محاسباتی برای مسایل یک‌بعدی» دوبعدی و سه‌بعدی ۱-0 2- 0-0 3- 5108826760 ۵ 4- 01۳012110 06 -------- صفحهٔ بعد -------- - شبیه‌سازی پدیده‌های فیزیکی: آب‌های کم عمق, کاویتاسیون» تلاطم» آبشستگی, کشش سطحی, جریان محیط‌های متخلخل و سطح آزاد آب - استفاده از ۵ مدل آشفتگی, شامل طول اختلاط پرانتل» مدل یک معادله‌ای, مدل ۰1-2 مدل‌های ۸0 و مدل ۳5| - شبیه‌سازی فرسایش و ته‌نشینی رسوبات - شبیه‌سازی سازه‌های مختلف هیدرولیکی نظیر پایه‌های پلء سرریزهاء سیفون» دریچه کشویی و پارشال فلوم - کاربرد مدل در مطالعات هوادهی در سرریزهاء شکست سد. جریان بر روی پلکان» موج‌های کم ارتفاع ۲-4-۸-۳ محدودیت‌ها - با توجه به نوع مدل‌های آشفتگی به‌کار رفته در مدل» نتایج آن در مجاورت موانع از دقت کافی برخوردار نیست. ۵-۸-۳ مدل ۳117۳۳۲7 ۱-۵-۸-۳ قابلیت‌ها - مدلی برای شبیه‌سازی جریان سیال و انتقال حرارت در هندسه‌های پیچیده به‌صورت دو بعدی و سه‌بعدی - امکان تغییر شبکه و تحلیل جریان با شبکه‌های غیرساختار یافته - استفاده از شبکه‌های با المان‌های مثلنی و چهار ضلعی (برای هندسه‌های دو بعدی) و چهارضلعی, شش وجهی» هرمی با گوه‌ای (برای هندسه‌های سه‌بعدی) ۲-۵-۸-۳- محدودیت‌ها ۹-۸-۳ مدل ۳117۷1۸712 ۱-1-۸-۳ قابلیت‌ها - مدل یک بعدی برای شبیه‌سازی جریان و انتقال رسوب - روندیابی جریان و رسوب در کانال‌های طبیعی و مصنوعی - شبیه‌سازی تاثیرات ترکیبی هیدرولیک جریان, انتقال رسوب و تغییرات کانال برای یک دوره زمانی - شبیه‌سازی تغییرات کانال شامل فرسایش و پرشدگی بسترء تغییرات عرض و تغییرات در توپوگرافی - ارزیابی فرسایش عمومی در مقاطع پل آورد رسوب» واکنش کانال به برداشت شن و ماسه و ایجاد تنگه - استفاده از شش رابطه تجربی برای محاسبه بار رسوبی -------- صفحهٔ بعد -------- ۱*۸ راهنما ی کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه ۲-1-۸-۳ محدودیت‌ها - عدم شبیه‌سازی انتقال و ته نشینی درات با اندازه کوچک‌تر از ۰/۰۶۳ میلی متر - عدم قابلیت گرافیکی در اطلاعات ورودی و خروجی - این مدل تنها در رژیم‌های زیر بحرانی کاربرد دارد - عدم بررسی دانه‌بندی در مقطع عرضی جریان (در هر مقطع فقط یک دانه‌بندی قابل تعریف است) - انحنای مسیر به خوبی در این مدل قابل تعریف نیست لذا تنها برای شرایطی که هندسه مسیر دارای انحنای کمی است می‌توان از آن استفاده کرد - قابلیت شبیه‌سازی جریان‌های ثانویه در این مدل وجود ندارد - این مدل تنها در حالت مخزن تک شاخه‌ای می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد ۷-۸-۳ مدل 057۸83 ۱-۷-۸-۳ قابلیت‌ها - مدل شبه دو بعدی برای شبیه‌سازی جریان و رسوب در بسترهای آبرفتی - محاسبه نیمرخ سطح آب با و بدون انتقال رسوب - محاسبه نیمرخ سطح آب در شرایط جریان‌های زیر بحرانی» فوق بحرانی و بینابین - انتقال رسوب و تغییرات طولی و عرضی بستر - محاسبات مسلح شدگی و جورشدگی مصالح بستر - محاسبه تغییرات در عرض و عمق مقطع براساس تئوری حداقل قدرت جریان (شبه سه‌بعدی) - قابلیت ایجاد لایه‌های چند گانه برای بستر - استفاده از ۱۵ رابطه برای محاسبه انتقال رسوب - قابلیت تعریف حداکثر ۵ لوله جریان - توانایی مدل کردن مخازن با شاخه‌های فرعی ۲-۷-۸-۳ محدودیت‌ها با توجه به این که مدل شبه پایدار و شبه دو بعدی می‌باشد.ء برای جریان‌های متغیر سریعء جریان‌های ناپایدار» شرایطی که جریان دوبعدی و سه‌بعدی می‌باشد و همچنین برای جریان‌های ثانویه کاربرد ندارد. در این مدل بار بستر و بار معلق به صورت مجزا رفتار نمی‌کنندء لذا نمی‌تواند ته نشینی غیرمتعادل رسوب معلق را شبیه‌سازی کند. -------- صفحهٔ بعد -------- ۸-۸-۳ مدل 115۲6 ۱-۸-۸-۳ قابلیت‌ها - مدل یک بعدی برای شبیه‌سازی جریان و انتقال رسوب - در نظر گرفتن پدیده مسلح شدن درات و از بین رفتن لایه محافظ - فرسایش در پایین دست سد.ء تعیین محل و حجم رسوب‌گذاری در مخزن سد - شبیه‌سازی جریان‌های ماندگار ۲-۸-۸-۳- محدودیت‌ها با توجه به این که مدل یک بعدی می‌باشد. توانایی شبیه‌سازی پدیده پیجانرودی یا توزیع رسوب درعرض رودخانه را ندارد. ۹-۸-۳ مدل 11۳۲-8۸۶5 ۱-۹-۸-۳ قابلیت‌ها - مدل یک بعدی برای شبیه‌سازی جریان و انتقال رسوب - شبیه‌سازی جریان‌های زیر بحرانی» فوق بحرانی و ترکیبی - شبیه‌سازی جریان‌های پایدار و ناپایدار - ارتباط با سامانه اطلاعات جغرافیایی و استفاده وسیع از قابلیت‌های آن - شبیه‌سازی انواع پل‌هاء آبگذرهاء سرریزهاء سازه‌های موجود در سیلابدشت و انواع کانال‌ها با شکل‌های مختلف - در نظر گرفتن زبری متغیر در طول کانال و در مقاطع مختلف ۲-۹-۸-۳- محدودیت‌ها - با توجه به این که مدل یک بعدی می‌باشد.ء توانایی شبیه‌سازی پدیده پیچانرودی یا توزیع رسوب درعرض رودخانه وسایر پدیده‌هایی با ماهیت دو بعدی و یا سه‌بعدی را ندارد. ۹۰-۸-۳- مدل | 8 29 ۹ ۱۱۱ ۱-۱۰-۸-۳- قابلیت‌ها - مدلی یک بعدی برای شبیه‌سازی جریان» انتقال رسوب و کیفیت آب -------- صفحهٔ بعد -------- - روندیابی جریان در شبکه کانال‌ها و رودخانه‌ها در حالت‌های زیر بحرانی و فوق بحرانی - شبیه‌سازی جریان به صورت شبه دو بعدی در سیلابدشت - ارزیابی عملکرد سامانه‌های آبیاری و شبیه‌سازی زهکش‌های سطحی - بررسی تاثیر سازه‌های هیدرولیکی در تغییر نیمرخ سطح آب و بستر - طراحی سامانه‌های کانال - مطالعات جزر و مدی در رودخانه‌ها و خورها - شبیه‌سازی فرسایش و رسوب‌گذاری رسوبات چسبنده و غیرچسبنده و تغییرات ریخت‌شناسی رودخانه - محاسبات انتقال رسوب در رسوبات لایه‌ای و غیریکنواخت - شبیه‌سازی کیفیت آب رودخانه‌ها و سایر پیکره‌های آبی - شبیه‌سازی بیش از ۱۳ پارامتر کیفی آب از جمله دماء اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی» باکتری کلیفرم» چرخه‌ی نیتروژن» چرخه‌ی فسفر و فلزات ۲-۱۰-۸-۳- محدودیت‌ها این مدل یک بعدی بوده و برای پدیده‌هایی که ماهیت دو بعدی و سه‌بعدی دارند. کاربرد ندارد. شبیه‌سازی فرسایش دیواره در مدل قابل انجام نمی‌باشد. ۱۱-۸-۳۲ مدل ۱۲11۳۳:21 ۱-۱۱-۸-۳- قابلیت‌ها - مدلی دو بعدی در عمق برای شبیه‌سازی جریان» انتقال رسوب و کیفیت آب - شبیه‌سازی انتقال رسوب» تشکیل دیون‌هاء تغییرات تراز بستر و مقاومت هیدرولیکی - شبیه‌سازی جریان» انتقال رسوب چسبنده و غیرچسینده, کیفیت آب و پخش و انتقال در رودخانه‌هاء خورها و دریاها - استفاده از شبکه‌های مستطیلیء مثلئی و منحنی‌الخط متعامد - در نظر گرفتن نیروی کوریولیس - سرعت بالای محاسباتی مدل به‌علت استفاده از الگوهای حل مناسب - مدل‌سازی ریخت‌شناسی رودخانه با استفاده از شبکه منحنی‌الخط متعامد ۲-۱۱-۸-۳- محدودیت‌ها - با توجه به دو بعدی بودن مدل, قابلیت شبیه‌سازی پدیده لایه‌بندی در عمق وجود ندارد. قابلیت شبیه‌سازی مسایلی که کاملا ماهیت سه‌بعدی دارند. نظیر جریان در محاورت آبشکن‌ها وجود ندارد. با توجه به استفاده از مدل‌های صفر معادله‌ای در شبیه‌سازی جریان‌های متلاطم در نواحی نزدیک دیواره از دفت کافی برخوردار نیست. -------- صفحهٔ بعد -------- ۱۲-۸-۳- مدل ظشاهنا0 ۱-۱۲-۸-۳- قابلیت‌ها - مدلی یک بعدی برای شبیه‌سازی کیفیت آب رودخانه‌ها و خورها - شبیه‌سازی ۱۵ پارامتر کیفی در رودخانه‌ها از جمله» واکنش‌های عمده چرخه مواد مغذی, جلبک‌ها و گیاهان کف زنی و اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی» بازدمش اتمسفری و اثرهای آن بر میزان اکسیژن محلول و سه پارامتر پایدار و یک پارامتر غیرپایدار - استفاده از سه نوع آنالیز عدم اطمینان شامل آنالیز خطای مرتبه اول, آنالیز حساسیت و شبیه‌سازی مونت کارلو - پیش‌بینی تغییرات 00. 800 دماء رشد جلبک‌ها تحت تاثیر مواد مغذی و آلی - مدل‌سازی شوری» سیکل نیتروژن و فسفرء کلروفیل و اجزای بقایی و غیر بقایی - سینتیک مرتبه اول اجزا ۲-۱۳-۸۳ محدودیت‌ها - مدل قادر به شبیه‌سازی جریان‌های متلاطم و ناپایدار نمی‌باشد. به‌علاوه قابلیت شبیه‌سازی جریان‌هایی با ماهیت کاملا دوبعدی و یا سه‌بعدی را ندارد. ۱۳-۸-۳۳ مدل 8.0 5۱15 ۱-۱۳-۸۳ قابلیت‌ها - مدلی برای مدل‌سازی هیدرودینامیکی یک بعدی, دوبعدی و سه‌بعدی - شبیه‌سازی حرکت آلاینده‌ها و شوری ساختن شبکه‌های پیچیده و عظیم (در حد چندین هزار المان) با شکل‌های دلخواه - استفاده از انواع شبکه‌های مختلف نظیر شبکه‌های منظم و نامنظم و منحنی‌الخط - مدل‌های حمایت شونده توسط این مدل عبارتند از: - ]5۳12 ,۱۸۱0 ,۹۸۸4 ,۹۸2 ,۳ 0۳)) ]۵۸ - ۱1۸۵۹5 ۲۳۲۵-۷۷۳۲۹ و 01131 ,21۵ ]۲۱۷۳ ,۹1۷۷/۸۷/۳۰ ۸۱01660۷۷۸۷۳ 051 ی - (۱/21 - 571۸۳5 -[۳( - [(]۳|02 - ۲۲۹۷۷/۵۹5 - دما و 0 م۱۲۳۵ ۳۵۵ 21 م0 - همادا امهمصط ماس 2 م0 ۰ - توانایی دریافت و ارسال فایل‌های با پسوند )122 مربوط به نرم‌افزار ۸۸0۵۵۵ ۱-۸-۳ مدل 551101 ۱-۱۶-۸۳ قابلیت‌ها - مدلی سه‌بعدی برای شبیه‌سازی جریان» رسوب و به‌طور محدود کیفیت آب -------- صفحهٔ بعد -------- 7۳ راهنما یکاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه - توانایی مدل‌سازی انتقال رسوبات با بستر متحرک در هندسه‌های دلخواه و پیجیده رودخانه و کانال - قابلیت در نظر گرفتن اندازه‌های مختلف درات, جور شدگی درات» بار بستر و بار معلق» فرم‌های بستر و بسترهای شیبدار - در نظرگرفتن تری و خشکی در شبکه‌های غیرساختار یافته - رابطه گرافیکی مناسب برای مشاهده خروجی‌های مدل ۲-۱-۸-۳ محدودیت‌ها - صرف‌نظرکردن از ترم‌های انتقالی غیرمتعامد - ثابت بودن لزجت سینماتیکی و چگالی جریان ۹-۳- چگونگی استفاده از نرم‌افزارهای معرفی شده ۱-۹-۳ کلیات برای بهره‌گیری از تمامی قابلیت‌های یک مدل, لازم است که کاربر با نحوه کار کرد مدل, محدودیت‌های مدل, معادلات مورد استفاده, نحوه منفصل‌سازی و روش حل آنهاء پارامترهای واسنجی و نیز نوع خروجی‌های مدل آشنایی کامل داشته باشد. امروزه پوسته گرافیکی نرم‌افزارها معمولا طوری طراحی می‌شود که منوهای مورد استفاده در آنها برای مدل‌سازی به ترتیب اولویت چیده شود تا کاربر به‌راحتی بتواند روند انجام محاسبات را پیش‌بینی نماید و این امر باعث افزایش مقبولیت و کاربر دوست بودن این نرم‌افزارها می‌شود. در ادامه نحوه استفاده از نرم‌افزارها به‌طور کلی بیان شده و سپس روند استفاده از نرم‌افزارهایی که در بخش قبلی معرفی شده‌انده به‌صورت جزیی‌تر بررسی شده و در نهایت کاربردهای نرم‌افزار مورد نظر در پروژه‌های مختلف ارائه می‌شود. ۱-۳-۹-۳ بازدیدهای صحرایی از مسیر رودخانه این بازدیدها اطلاعاتی از قیبل پیکربندی مسیر رودخانه (شکل پلان)» مشخصات مقاطع عرضی و شیب رودخانه» مواد و مصالح بستر و کناره‌هاء بده جریان» خصوصیات رسوب و کیفیت آن» چگونگی بهره‌برداری از منابع رودخانه‌ای» کاربری اراضی حاشیه رودخانه‌هاء وضعیت فرسایش و رسوب‌گذاری در مسیر رودخانه و مسایل اجتماعی و زیست‌محیطی آن را به‌دست می‌دهد. در شرایطی که اطلاعات ثبت شده وجود نداشته باشد.ء افرادی که در حاشیه رودخانه‌ها زندگی می‌کنند.ء معمولا بهترین اطلاعات را در مورد ترازهای سطح آب و سیلاب‌های گذشته در اختیار دارند. -------- صفحهٔ بعد -------- فقصل سوم - مدل‌سازی ریاضشی ۱۳ ۳-۲-۹-۳ بازدیدها و بررسی ایستگاه‌های هواشناسی, آب‌سنجی و رسوب‌سنجی محدوده مورد مطالعه در این بازدیدها مکان ایستگاه‌ها و سرشاخه‌های آن روی نقشه مشخص می‌شود و در صورت لزوم پیشنهاد افزایش تعداد ایستگاه‌ها یا تجهیز ایستگاه‌های موجود ارائه می‌شود. از دیگر اطلاعات پایه مورد نیاز می‌توان به آمار و اطلاعات. گزارش‌هاء نقشه‌هاء عکس‌های هوایی و تصاویر ماهواره‌ای آشاره کرد. ۳-۹-۳ آماده‌سازی داده‌های مورد نیاز برای واسنجی و صحت‌سنجی مدل‌های فیزیکی و ریاضی» به مجموعه‌ای از داده‌های اندازهگیری شده نیاز می‌باشد. بخشی از اطلاعات ممکن است موجود باشند و بخشی نیز از اندازه‌گیری‌های صحرایی تهیه می‌شود. داده‌های جمع‌آوری شده ممکن است به صورت خام مورد استفاده قرار گیرند یا نیاز به پردازش و تحلیل داشته باشند. جمع‌آوری» پردازش و تحلیل داده‌های صحرایی» نقش مهمی در واسنجی و صحت‌سنجی مدل‌های فیزیکی و ریاضی دارد. با توجه به شرایط مدل, داده‌های متفاوتی برای اجرای مدل مورد نیاز است. اما آنها را می‌توان در حالت کلی به صورت زیر طبقه‌بندی کرد. ۱-۳-۹-۳ داده‌های هندسی این داده‌ها شامل پلان» مقاطع عرضی و طولی رودخانه, فاصله بین مقاطعء شیب رودخانه» موقعیت و مشخصات سازه‌های تعداد مقاطع عرضی بستگی به تغییرات شکل مقطع در طول رودخانه و دقت مورد نیاز در مطالعات دارد. در هنگام برداشت اطلاعات مقاطع عرضی باید به این نکته توجه شود که علاوه بر مقطع اصلیء سیلابدشت طرفین به اندازه کافی برداشت شود. در مدل‌های دو و سه‌بعدی این اطلاعات به‌صورت یک ماتریس بوده که شامل طول و عرض و همجنین ارتفاع و یا عمق نقاط می‌باشد. اطلاعات هیدروگرافی معمولا با استفاده از عملیات نقشه‌برداری و هیدروگرافی, استفاده از نقشه‌های موجود و یا استفاده و تحلیل تصاویر ماهواره‌ای (به‌صورت محدود) قابل دسترس می‌باشد. داده‌های ضریب زبری در این گروه قرار می‌گیرد. ضریب زبری مشتمل بر دو قسمت است. بخشی از زبری مربوط به مصالح بستر که بیش‌تر با استفاده از مشخصات منحنی دانه‌بندی مصالح بستر و با استفاده از روابط تحربی موجود قابل محاسبه است. بخشی از ضریب زبری نیز به فرم بسترء پوشش گیاهی و موانع موجود در مقطع بستگی دارد. که در این خصوص نیز پیشنهادها و روابط مختلفی وجود دارد. ضریب زبری تخمین زده شده با استفاده از بررسی مرحله واسنجی تدقیق می‌شود. ۳-۳-۹-۳ داده‌های هیدرولوزیکی این داده‌ها معمول" شامل جریان ورودی و خروجی از بازه مورد مطالعه می‌شود که بسته به شرایط حاکم بر مدل (جریان ماندگار یا غیر ماندگار) یا اطلاعات در دسترس (بده» تراز سطح آبء» آبنمود.ء رابطه بده - تراز سطح آب) به عنوان شرایط مرزی در مدل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مدل‌های جریان ماندگارء بده ثابت.» تراز سطح آب ثابت و یا رابطه بده - تراز سطح آب به عنوان شرایط مرزی جریان و اطلاعات ورودی در مدل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مدل‌های جریان غیر ماندگار آبنمود جریان (بده - زمان یا تراز سطح آب - زمان یا رابطه بده - تراز سطح آب) به عنوان شرایط مرزی جریان مورد استفاده قرار می‌گیرند. این داده‌ها معمولا از -------- صفحهٔ بعد -------- جزر و مدی لازم است این اندازه‌گیری‌ها در دوره‌های زمانی کهکشند و مهکشند" انجام شود تا این شرایط مرزی همراه با شرایط ۳-۳-۹-۳ داده‌های رسوب داده‌های رسوب در مدل‌ها به صورت داده‌های عمومی و با شرایط مرزی مورد استفاده قرار می گیرند. دانه‌بندی رسوبات بسترء بار بستر و بار معلق, درصد رسوبات چسبنده و غیرچسبنده» جرم مخصوص و چگالی رسوبات به صورت داده‌های عمومی رسوب در بستر در یک مقطع مشخص (ثابت یا تابعی از زمان) به‌عنوان شرایط مرزی جریان رسوب در مدل‌ها استفاده می‌شوند. این داده‌ها معمولا از طریق نمونه‌برداری مصالح بستر و انجام آزمایش‌های لازم» نمونه‌گیری از جریان همراه با رسوب و یا با استفاده از تجهیزات ثبت غلظت رسوبات تعیین می‌گردند. برای رودخانه‌های با رسوبات چسبنده و ریزدانه لازم است تغییرات غلظت رسوبات در بازه‌های زمانی مشخص, حداقل در سه نقطه ابتداء آنتها و نقطه واسنجی در طول بازه اندازه‌گیری شود. 2-۳-۹-۳ داده‌های کیفیت آب از داده‌های مورد نیاز در مطالعات کیفیت آب می‌توان به نوع مولفه کیفیت آب. داده‌های بارهای نقطه‌ای فاضلاب ورودی به رودخانه‌هاء بارهای غیرنقطه‌ای نظیر داده‌های رواناب شهری, پارامترهای هواشناسی و داده‌های کاربری زمین اشاره کرد. در ادامه و به تفکیک هر نرم‌افزار مثال‌هایی جهت صحت‌سنجی, نمونه داده‌های خروجی و مثال‌هایی از کاربرد مدل‌ها در موارد مشابه ارائه می‌شود. در این مثال‌ها تنها برخی از نتایج ارائه شده است. روند مدل‌سازی در تمامی مدل‌هاء تقریبا یکسان است. مدل‌سازی شامل تولید شبکه, انتخاب پارامترهای مناسب برای حل با توجه به پدیده مورد بررسی» لحاظ کردن شرایط مرزی و اولیه مناسب» واسنجی و صحت‌سنجی مدل می‌باشد. لذا به منظور پرهیز از 5-۹-۳- کاربرد مدل‌ها ۱-2-۹-۳ مدل 1311-51۸۳5 - مدل جریان تنگ‌شدگی) شرایط اولیه شرایط مرزی هیدرولیکی (هیدروگراف بده» منحنی بده - اشل)» گام زمانی شبیه‌سازی پارامتر واسنجی: ضریب زبری» ضرایب بازشدگی و تنگ‌شدگی |- 0 2- 8 -------- صفحهٔ بعد -------- داده‌های خروجی: نیمرخ سطح آب» سرعت جریان - مدل انتقال رسوب پایه پل و ضرایب معادلات پارامتر واسنجی: ضریب زبری» ضریب افت انرژی,ء فاصله بین مقاطع و تعداد لوله‌های جریان داده‌های خروجی: تغییرات تراز کف رودخانه, فرسایش و رسوب‌گذاری اطراف پایه‌ها و کوله‌های پل هدف مطالعه: بررسی تغییرات رودخانه در تراز و کناره‌ها بر اثر احداث چاله‌های فرضی برداشت مصالح در ححجم‌ها و9 فواصل مختلف نسبت به پل و در نهایت تعیین حجم و فاصله‌ی بهینه‌ی برداشت مصالح از پل مشخصات مقاطع عرضی: در محدوده مطالعاتی تعداد ۲۸ مقطع عرضی و به طور متوسط با فاصله ۱۱۰ متر از یکدیگر برداشست شده است. آن در شکل (۲۴-۳) نشان داده شده است. توصیه‌ها: پارامترهای مهم برای واسنجی مدل, ضریب افت آنرژی ناشی از خم» فاصله بین مقاطع و تعداد لوله‌های جریان بوده که در این شرایط ۵ لوله جریان توصیه شده است. ۱۳73 2 ۰۰/01 ۰/00 099 098 ۰۰. 07 0926 5 ۱۲ سا 90 : 0 24950 م79 3450 3950 قبل از عبور سیلاب س بعد از عبور تیاب بسچ شکل ۳ - ۲۶ - تغییرات نیمرخ طولی برای گودالی به عمق ۱ متر در ۲۵۰ متری پایین دست پل [۱۱] ۲-2-۹-۳ مدل ۲01520 - مدل هیدرودینامیک داده‌های ورودی: هیدروگرافیء زمان شبیه‌سازی» شرایط اولیه و شرایط مرزی» اعماق تری و خشکی, تراز اولیه سطح آب و زبری بستر و کناره‌ها داده‌های خروجی: تراز سطح آبء مولفه‌های سرعت. توزیع تنش برشی» توزیع لزجت گردابه‌ای مدل رسوب غیرچسبنده -------- صفحهٔ بعد -------- داده‌های ورودی: مشخصات جریان (بده یا هیدروگراف ورودی» تغییرات تراز آب مرز خروجی)» مشخصات رسوب بستر (منحنی داده‌های خروجی: توزیع غلظت بار معلق, توزیع نرخ بار بسترء تغییرات تراز بستر و توزیع جدید دانه‌بندی در کل میدان هدف مطالعه: شبیه‌سازی الگوی جریان ناپایدار به منظور پیش‌بینی تغییرات سطح آب و نیز میدان سرعت مشخصات محدوده مورد مطالعه: بده رودخانه از ۱۳/۱ متر مکعب بر ثانیه تا ۱۶۵۰ متر مکعب بر ثانیه در زمان‌های مختلف متغیر بوده و بده متوسط آن ۵ متر مکعب بر ثانیه می‌باشد. مصالح بستر در بازه مورد مطالعه غیریکنواخت بوده و از شن بزرگ تا ماسه و وجود یک مخزن در انتهای رودخانه مقدار ثابت ۱۶۹/۷ متر به عنوان تراز آب در پایین‌دست مدل در نظر گرفته شده است. عددی با نتایج صحرایی مقایسه شده است. توصیه‌ها: ضرایب زبری در مجرای اصلی که متشکل از رس ریز تا شن درشت از پایین‌دست به بالادست متغیر بوده» به ترتیب از ۷ تا ۰/۰۳۱ تعیین شده و در سیلابدشت. محدوده تغییرات از ۰/۰۴ تا ۰/۰۶ می‌باشد. جریان‌های متلاطم, انتقال رسوب و تغییرات ریخت‌شناسی در بسترهای رسوبی است. 0 129 1 ۱ سس شکل ۲۵-۳- الگوی جریان شبیه‌سازی شده در رودخانه 170201۵7 آلمان به ازای بده ۱۹۶۶ متر مکعب بر ثانیه [۳۷] -------- صفحهٔ بعد -------- زصاله/ ۵2۲۱ ۱۱) 0هصرل ۳۳۵‏ ححدسعسد ها 124 م۳ سس ها 1 اع) و۲۳۳۵ نا لک ۱۷ نا ) (ه ۱ شکل ۲۹-۳- مقایسه نیمرخ طولی سطح آب برای بده ۱۹۶۶ متر مکعب بر ثانیه در رودخانه 01۵7ع17 [۳۷] ۳-4-۹-۳ مدل 1۲11037 - داده‌های ورودی: ابعاد مساله و دقت آن (دوبعدی یا سه‌بعدی و دقت معمولی یا مرتبه دوم)» شبکه حل, نوع مدل شامل مدل‌های حل پایدار یا ناپایدار, مدل‌های آشفتگی (و ضرایب مربوط به هریک از آنها) نوع و مشخصات مواد مورد نظر (شامل جامد یا سیال بودن» چگالی, لزجت. ضریب هدایت حرارت و ...)» تعریف فازها و مواد مربوط به هریک و ضرایب مربوط به اندرکنش بین آنهاء شرایط مرزی شامل مرز جامد (و مشخصات مربوط همچون سرعت مرزء زبری» تشعشع و ...)» مرز سرعت ورودی (و مشخصات مربوط همچون مقدار و جهت سرعت ورودی و پارامترهای تلاطم بسته به نوع انتخاب در آن)» تقارن» خروجی» فشار ورودی» تعریف پارامترهای جانبی همچون مرزهای پریودیک. تعیین شرایط حل (شامل ضرایب زیرتخفیف, معادلات مورد نظر برای حل, طرح‌های موردنظر برای حل هریک از معادلات. شرایط اصلاح شبکه دینامیک و محدودیت‌های حلء شرایط آغازین و مقادیر پارامترهای مختلف در آن)» تعیین شرایط حل شامل گام زمانی» تعریف پارامترهای لازم برای گام متغیر و تعداد تکرار در هر گام زمانی - پارامترهای واسنجی: ترم‌های آشفتگی در مرزهاء ارتفاع زبری - داده‌های خروجی: نمایش خطوط هم تراز تمامی متغیرهاء بردارهای سرعت, مسیر حرکت درات فرضی, نمایش پارامترها در نمودارهای دوبعدی و سه‌بعدی - کاربرد: مدل فیزیکی آبگیری جانبی از قوس [۱۲] - هدف مطالعه: یافتن بهترین شرایط برای آبگیری از قوس ۱۸۰ درجه - مشخصات محدوده مورد مطالعه: مطالعه مرتبط با آزمایشات انجام شده بر روی فلوم ۱۸۰ درجه می‌باشد. مقطع عرضی - نتایج: شکل (۲۷-۳) نشانگر نحوه توزیع سرعت در نزدیکی سطح آب در راستای کانال اصلی و نیز آبگیر جانبی می‌باشد. معقولی بین نتایج مدل عددی و آزمایشگاهی وجود دارد. نتیجه بسیار مهمی که از کاربرد این نرم‌افزار حاصل شده» درک -------- صفحهٔ بعد -------- به‌طوری که در آبگیری از قوس رودخانه» محدوده گسترش صفحه تقسیم جریان» در سطح آب بیش‌تر از کف می‌باشد که توصیه‌ها: با توجه به نتایج» بهتر است که در ناحیه‌های شکل‌گیری ناحیه چرخشی از مدل آشفتگی ۷ با 0۵-ا استفاده شود. تجربه کاربران این نرم‌افزار نشان داده است کاربرد آن در شبیه‌سازی الگوی جریان حول سازه‌های رودخانه‌ای به منظور شناخت مکانیزم الگوی جریان بسیار سودمند است. اما شبیه‌سازی تغییرات سطح آزاد علیرغم ارائه نتایج نسبتا دقیق مستلزم صرف هزینه بسیار از نظر زمانی است. ایا ولاز کلحن , 455 -) ,۵-405 8۸0 ولج الا ۱ قل 0.5 کیت ,هت 15 < مط یم 10 00 مععمعلن 7 0 ححعچ , 5۳۲-041 مها 60 |۴(۵۵۲۱۲۳۱۵۳1۵ ۰ ما5 (۷۸۵۵۵۱ ۲۵۱۷ ,۷۵۴) ۳۳۵/6۵۱ ۸ م40 ۹ مان جروج 3 ۹ ۹ 1 40 0 شکل ۲۷-۳- مقایسه نتایج حاصل از مدل عددی ]۳110۲ با نتایج آزمایشگاهی [۱۲] 4-4-۹-۳ مدل (۲1.0۱۷31 - داده‌های ورودی: زمان شبیه‌سازی» تعداد سیالات (شامل یک یا دو سیال)» حالت جریان (تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر) لزجت سیال» هندسه یا شبکه مورد استفاده» شرایط مرزی (فشار ثابت. سرعت ثابت» مرز خروجی, دیوار» تقارن و مرز - پارامتر واسنجی: ارتفاع زبری خطوط جریان - کاربرد: مدل فیزیکی سد مخزنی تالوار [۱۳]| - هدف مطالعه: شبیه‌سازی حوضجه آرامش سد مخزنی تالوار - مشخصات محدوده مورد مطالعه: این سد در جنوب غربی شهرستان زنجان احداث شده است. سد از نوع خاکی با هسته رسی بوده که ارتفاع تاج آن از کف رودخانه ۷۷ متر و حجم مخزن آن در تراز نرمال بهره‌برداری حدود ۵۰۰ میلیون متر مکصب نتایج: نتایج خروجی مدل به‌صورت گرافیکی شامل بردارهای سرعت. تراز سطح آزاد جریان و فشار ارائه شده است. مقایسه نتایج سرعت اندازه‌گیری شده و شبیه‌سازی شده در ابتدای پرش و ورودی حوضجه آرامش نشان می‌دهد که اختلاف آزها از حدود ۰/۵ متر بر ثانیه تجاوز نمی‌کند. شکل (۳ - ۲۸) نمونه‌ای از نتایج خروجی را نشان می‌دهد. -------- صفحهٔ بعد -------- فصل سوم - مدل‌سازی ریاضی ال 300 0191366)۲3( ۴ ۰۰۰۵۰۰ 0۲۷9163 وی شکل ۲۸-۳ - مقایسه نتایج عددی و فیزیکی نیمرخ سطح آزاد جریان برای بده ‎۱3/٩‏ ۳۱۸ [۱۳] ۵-2-۹-۳ مدل 12 ۲11۷1۸ - داده‌های ورودی * معادله انتقال رسوب مربوط روش برآورد نیمرخ سطح آب (روش استاندارد. روندیابی موج دینامیک)» دمای آب. هیدروگراف(های) ورودی جریان» مشخصات جریان ورودی و رسوب شاخه‌های انشعابی (حداکثر ‎٩‏ شاخه)» زمان شروع و پایان هیدروگراف و گام زمانی شبیه‌سازی * محدوده‌های با بستر ثابت» ضخامت لایه فرسایش‌پذیر» درصد ذرات رسوبی» ضرایب فرسایش سیلابدشت سمت چپ و راست تعیین شرایط عدم فرسایش در مقاطع و عمق لایه غیر قابل فرسایش * مقدار برداشت رسوب از مقاطع"» مشخصات چاله برداشت شامل ایستگاه محل برداشت. عمق چاله و شیب طرفین چاله ذوزنقه‌ای شکل - پارامترهای واسنجی: ضریب مانینگ, گام زمانی» ضخامت لایه فعال, معادله انتقال رسوب - داده‌های خروجی: تراز سطح آب» عرض جریان» عمق جریان» سرعت متوسط در هر مقطع عرضی» شیب خط انرژی» بده بار بستر برای هر محدوده دانه‌بندی» عدد فرود در هر مقطع, مقدار رسوب برداشت شده از هر مقطعء مقطع عرضی - کاربرد: شبیه‌سازی برداشست شن وماسه در رودخانه میناب [۱۴]| - هدف مطالعه: برآورد تاثیر برداشت شن و ماسه بر رفتار رودخانه - مشخصات محدوده مورد مطالعه: رودخانه میناب مهم‌ترین رودخانه استان هرمزگان بوده که حوضه آبریز آن دارای وسعتی در حدود ۱۰۵۱۹ کیلومتر مربع است. متوسط بده رودخانه در دوره آماری ۳۶ ساله در حدود ۱۰/۸ مترمکعب بر ثانیه برآورد شده است. دانه‌بندی مواد بستر در بالادست به‌صورت بستر شنی و در انتهای بازه به‌صورت مواد ریزدانه شامل رس و سیلت و ماسه ریز می‌باشد. 1] -------- صفحهٔ بعد -------- ۳۰( راهنما ی کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه - ننتایج: در شکل (۲۹-۲) نمونه‌ای از نتایج به‌دست آمده از کاربرد مدل آرائه شده است. - توصیه‌ها: تحربه کاربران این نرم‌افزار نشان می‌دهد نوع معادله رسوب انتخابی تاثیر زیادی بر نتایج مدل دارد. 1-4-۹-۳ مدل 051۸153 - داده‌های ورودی: ابعاد مساله (شامل تعداد لوله‌های جریان» کلاس رسوبات. تعداد لایه‌های بستر)» شرایط حل شامل هیدرولیک جریان (پایدارء ناپایدار با موج یکنواخت یا دینامیک)» روش حل انتقال رسوبات (پایدار و ناپایدار و ضرایب مربوط)» شرایط فرسایش :ات0۲ ۱ ۱ نلال زج اجه : ۱ ۱ ۱ 16 ۹ ۳ ای سوه ۵ ۱ ِ کح [غ جح لزید 1003 تلد «جمنند مه ۸۵ که عححمن ۵ ههد 1[ جح ناد 21000 ملد جمنند جمزه ۸۵ هه ععجم اجه شکل ۲۹-۳- تاثیر گودال برداشست شن و ماسه بر نیمرخ طولی بستر [۱۶] راست» تعیین شرایط عدم فرسایش در مقاطع و عمق لایه غیر قابل فرسایش - مشخصات مقاطعء فاصله بین مقاطع» محدوده‌های غیرفعال هر مقطع برای جریان,ء محدوده‌های غیرفعال پایدار جریان,؛ محدوده‌های خشک جریان, محدوده‌های بلوک شده افت آنرژی در هر مقطع و توزیع ضریب مانینگ در مقاطع مرزی انتقال رسوب در بالادست (شامل اتصال, فرمولاسیون» مقدار رسوب در مقابل بده جریان یا زمان)» توزیع ذرات رسوب ورودی» تعداد و مشخصات رسوبات در میانه بازه و مشخصات بستر (شامل ضخامت. دانه‌بندی, محدوده دانه‌بندی درات) - شرط مرزی بالادست (شامل تغییرات تراز یا جریان در زمان و یا محل اتصال). شرط مرزی پایین دست (شامل اتصال, بده - اشل, تغییرات بده در زمان» سرریزء عمق نرمال, بده - اشل با ضرایب خاص) و شرایط مرزی میانی (شامل بده - اشل» تغییرات بده در زمان» سرریز» عمق نرمال, پل و دریچه شعاعی) تنش برشی بسترء دانه‌بندی مقاطعء حجم مصالح در رودخانه‌های فرعی, ححجم تجمعی مصالح در محرای اصلی و - کاربرد: پیش‌بینی روند فرسایش و رسوب‌گذاری در رودخانه کارون در محدوده شهر اهواز [۱۵] -------- صفحهٔ بعد -------- - هدف مطالعه: بررسی روند رسوب‌گذاری رودخانه کارون و تغییرات ریخت‌شناسی در محدوده شهر اهواز در حد فاصل بین شدید در مقطع اصلی رودخانه شده است. در شکل (۳۰-۲) وضعیت رودخانه کارون در محدوده شهر اهواز نشان داده شده شده است. رودخانه در این بازه به‌شدت پیجانرودی است. -_ نتایج: نتایج و سنجی و صحت‌سنجی رسوبی در شکل‌های (۳۱-۲) و (۳۲-۲) مشاهده می‌شود. شکا (۳۲-۳) شحه - توصبه‌ها: نتایج مدل نشان می‌دهد که استفاده از رابطه میر - پیتر در این رودخانه منجر به نتایج صحیحی نخواهد شدء در حالی * او هم 2 6 5 و ۳ 10000 20000 30000 40000 50000 0191366 )۲۳( شکل ۳۱-۳- واسنجی هیدرولیکی مدل ریاضی 6057۸1۹5 [۱۵] -------- صفحهٔ بعد -------- 20 سار وم ۳ <ه۸ 12 18 او ی ۹ 16 پپت/ ۱ 14 ِ 1 نع عُ 9 پم ۸ : 12 عِ /٩ | ۷۵00]1979(‏ ۵/۶ بر هم ۱ زا (۷۵0)1996 ۸-۰ گر اراس / 10 8 0 ام ار که و کی ۵۰ ۸ یه : ۳ ن ۵-۰-۷ جههک را ۹ ی [10113[61 هرن ی ای ۸6۲5-06 نج ی هت ۳ 6 0 ۰۰۰۸۰۰۰۳00101 4 600 500 400 300 200 100 0 ) ۱۹1۵۲۵۱0191366 شکل ۳۲-۳- واسنجی روابط رسوبی مختلف برای مقطع عرضی ایستگاه اهواز [ ۱۵] ۷-2-۹-۳ مدل 1۳:۲6] -_ داده‌های ورودی: * تعداد تکرار برای محاسبه بار رسوب در هر گام زمانی» روش محاسبه تغییرات بستر» سرعت سقوط چگالی ذرات. روش محاسبه تنش برشی بسترء مشخصات رسوبات چسبنده (شامل چگالی, آستانه رسوب‌گذاری» ضریب تحکیم و انتقال آنها و سایر مشخصات) محدودیت‌های بستر متحرک شدگی جریان) * شرایط مرزی (هیدروگراف ورودی جریان» مقدار رسوب ورودی» مشخصات جریان ورودی و رسوب شاخه‌های - داده‌های خروجی: تراز سطح آب» عمق جریان» سرعت متوسط در هر مقطع عرضی, بار بستر به‌صورت تجمعی برای - کاربرد: انتقال رسوب در رودخانه کارون در محدوده شهر گتوند [۲۰]| - هدف: بررسی هیدرولیک جریان و تغییرات سطح مقطع - مشخصات محدوده مورد مطالعه: این مکان, بازه‌ای از رودخانه کارون در محدوده شهر گتوند می‌باشد که از پایین دست سد تنظیمی گتوند شروع شده و تا انتهای شهر ادامه دارد. در شکل (۳ - ۲۲۳) محدوده مورد نظر نشان داده شده است. طول این بازه از رودخانه ۴/۳ کیلومتر می‌باشد. رودخانه کارون در این بازه دارای بستر شنی با مصالح درشت دانه است. -------- صفحهٔ بعد -------- فصل سوم - مدل‌سازی ریاضی ۱۳۳ زا نتایج: نتایج نیمرخ سطح آب که در کنار نیمرخ بستر ترسیم شده‌اند (شکل ۳۴-۳ جمت مقایسه نتایج شبیه‌سازی حاصل از این نرم‌افزار و نرم‌افزار ۸5 - 1113۴ ارائه شده است. ۸-4-۹-۳ مدل 11۳۲-۲۸۹ - مدل جریان * داده‌های ورودی: داده‌های هندسی (مقاطع عرضی, طول بازه‌هاء ضرایب افت انرژی, اطلاعات اتصالات. اطلاعات سازه‌های هیدرولیکی (مانند پل‌هاء ابگذرهاء سرریزها و غیره)» ضریب زبری در مجرای اصلی و سیلابدشت‌ها.ء رژیم جریان (زیر بحرانی» فوق بحرانی و مختلط)» شرایط مرزی (تراز سطح آب» عمق بحرانی» عمق نرمال, منحنی بده - اشل)» زمان شبیه‌سازی» تحلیل جریان پایدار یا جریان پایدار یا ناپایدار ۰. ۰ ۰ .۰ ۰ ی ۰. ۰ ۰ ات ۰ ی ۱ * پارامترهای واسنجی: ضریب زبری در مجرای اصلی و سیلابدشت‌هاء ضرایب بازشدگی و جمع‌شدگی جریان * داده‌های خروجی: نیمرخ سطح آب» سرعت جریان» شیب خط انرژی» سطح جریان» عرض بالای جریان» عدد فرود جریان و هم ی اک و اه > ی و ب- 2۱۳۶ که دصر ان پر مه ۳ هر ارو یار اراد واه رای وس ی ای که ارو سا اسر سد تتظیمی گلوند (ابتدای بازم) شکل ۳۳-۲- موقعیت بازه مطالعاتی سد تنظیمی کتوند و شهر گتوند 8 ۳۷۵۹10۵ 200 00۱۳۵۵110۵ -۱ -------- صفحهٔ بعد -------- صحت سنجی نتایج سطح آب در بده 69۷۳۰۰۶) (بدون رسوب ورودی) ۱ 239 229 ٩۸ 8۸ #8 ۶۸‏ م۸ م۸ 06 ع 88 و و موم ۶*8 موم ما 219 60 ده 199 139 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 2 51311000 ۰ شکل ۳۶-۳- مقایسه نتایج به‌دست آمده از مدل‌های 6 - 11116 و 11۸5 - ۲116 می‌دهد.ء به طوری که با جایگزینی مقاطع ذوزنقه‌ای شکل در بیست کیلومتر انتهایی بازه ملائانی - اهوازء ظرفیت آبدهی کانال به‌خوبی افزایش یافته و استفاده از خاکریزهای طولی به ارتفاع ۲ متر در ۱۰ کیلومتر آبتدایی و به ارتفاع ۱ متر در ۲۰ کیلومتر انتهایی از غرقابی شدن سواحل کناری در مواقع سیلابی جلوگیری به عمل می‌آورد. نتایج در شکل‌های (۳۵-۳) و (۳۶-۳) نشان داده شده است. ۰ توصیه‌ها: محدوده ضریب ربری ۲... _ ۳... برای این گونه رودخانه‌ها مناسب می‌باشد. قاتا ی 6 3 وکا اگم و رود سوت 2 سفق چگ ده سک 71۳۲72۸ 5و ع 8 ج 073 که 13۳0۳ 986۵ 3-0 جس 03 ۸۹0 ۲1۳۲۳۳ شکل ۳۵-۳- واسنجی مدل 3۸5 - 11:۲ با سیلاب دی ماه ۱۳۷۷ [۱۹] -------- صفحهٔ بعد -------- فقصل سوم - مدل‌سازی ریاضی ۱۳ نج با - ی آهواز وروت راز همست شکل ۳۹-۳- صحت‌سنجی هیدروگراف مشاهده‌ای و محاسباتی توسط مدل 13۸5 - 111۳7۳ دی ما۱۳۷۹۵ [۱۹] ۹-4-۹-۳ مدل ۷11161: 11 - مدل جریان * داده‌های ورودی: مقادیر اولیه تراز آب و بده جریان» اطلاعات باد (ضریب اصطکاک)» ضریب زبری بستر و سیلابدشت (ضریب مانینگ یا شزی)» تقریب موج» محاسبه موازنه دماء مشخصات لایه‌بندی (تعداد لایه‌ها)» ضریب لزجت آشفتگی» ضرایب پخش و انتقال, زمان و گام شبیه‌سازی * داده‌های خروجی: سرعت. بده جریان» عدد فرود» شیب تراز آب» شیب تراز انرژی» تنش برشی بستر - مدل رسوب * داده‌های ورودی: قطر متوسط ذرات رسوب در بازه‌های مختلف و انحراف معیار آنهاء نوع رابطه مورد استفاده برای شبیه‌سازی بار بسترء بار معلق و یا بار کل با ضرایب آنهاء اعماق لایه‌های فعال و غیر فعال ۰ پارامتر واسنجی: ضریب زبری, تخلخل * داده‌های خروجی: تغییرات بستر و غلظت رسوبات در هر نقطه گرهی کاربرد: مطالعه و طراحی پارکینگ قایق‌های اسکله سجافی هندیجان [۱۷] ٩‏ هدف مطالعه: شبیه‌سازی جریان رودخانه در ناحیه بین باغ بند و پاسگاه ژاندارمری سجافی * مشخصات محدوده مورد مطالعه: موقعیت محل اجرای این پروژه در نزدیکی بندر سجافی واقع در استان خوزستان و در نزدیکی مصب رودخانه زهره بوده و فاصله آن تا بندر سجافی حدود ۱ کیلومتر است. با توجه به شرایط خاص منطقه و پیچیدگی‌های مربوط به رودخانه جزر و مدی زهره» مطالعات و بررسی‌های خاصی در منطقه طرح انجام شده است. -------- صفحهٔ بعد -------- ۱۳ راهنما یکاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه * نتایج: براساس نتایج به‌دست آمده در حالت عادی, بیش‌ترین تراز آب مربوط به زمان بالا بودن تراز جزر ومدی و در حدود ۱/۸ متر نسبت به تراز مبنا و بیش‌ترین سرعت مربوط به پایین بودن تراز جزر و مدی و در حدود ۰/۲۵متر بر ثانیه می‌باشد. در حالت سیلابی و بالا بودن تراز جزر و مدی بیش‌ترین تراز آب حدود ۳ متر نسبت به تراز مینا و بیش‌ترین سرعت مربوط به شرایط پایین بودن تراز آب و ۴ متر بر ثانیه می‌باشد. با توجه به نتایج مدل برای سیلاب ۵ ساله تراز آب در محدوده پیشنهادی پهلوگاه‌هاء لزوم در نظر گرفتن تهمیداتی برای جلوگیری از غرقابی شدن بخش‌های حساس در زمان وقوع سیلاب وجود دارد. با توجه به سرعت‌های حاصل از شبیه‌سازی و مقایسه با سرعت‌های مجاز برای پهلوگیری» این نتیجه به‌دست می‌آید که در حالت جریان متوسط رودخانه» شرایط امنی برای پهلوگیری وجود دارد. درحالی که در شرایط سیلابی سرعت موجود جریان به مراتنب بیش از سرعت مجاز برای * توصیه‌ها: براساس نتایج حاصل از واسنحی ضریب زبری برای این منطقه ۰/۰۲۵ می‌باشد. در مدل هیدرودینامیک گام زمانی به‌کار رفته تاثیر زیادی بر دقت نتایج دارد. کاربرد این نرم‌افزار در موارد دیگر نشان می‌دهد که در فرآیندهای پخش و انتقال» ضریب پخش طولی به شدت به سرعت جریان وابسته است و برای جریان با بده‌های کم ( ۶۱۹/۹ - ۴) ضریب پخش طولی بین ‎/٩(‏ *۱ ۱۰ - ۴) می‌باشد [۱۸] ۱۰-2-۹-۳- مدل ۷11121 - مدل هیدرودینامیک * داده‌های ورودی: هیدروگرافی» زمان شبیه‌سازی,» شرایط اولیه و شرایط مرزی» چشمه و چاه اعماق تری و خشکی و تراز اولیه سطح آب * پارامترهای واسنجی: مقاومت بستر (ضریب مانینگ یا ضریب شزی) و ضریب لزجت گردابه‌ای * داده‌های خروجی: تراز سطح آب» شار جریان و مولفه‌های سرعت - مدل رسوب غیرچسبنده * داده‌های ورودی: مشخصات جریان (سرعت و تراز سطح آب) و مشخصات رسوب بستر (پارامتر شیلدز بحرانی, قطر متوسط مصالحء چگالی رسوبات. دمای آب» تخلخل, درجه یکنواختی رسوبات) * داده‌های خروجی: میزان غلظت رسوب و تغییرات بستر در نقاط مختلف - مدل رسوب چسبنده * داده‌های ورودی: مشخصات جریان» زمان شبیه‌سازی انتقال رسوب, تعداد لایه‌ها یا قسمت‌های دانه‌بندی رسوبات. شرایط اولیه و مرزی» سرعت سقوط ذرات» مشخصات لایه‌ها و چگالی لایه بستر *پارامترهای واسنجی: ضرایب پخش در دو جهت و زبری بستر * داده‌های خروجی: ضخامت لایه‌هاء نرخ رسوب‌گذاری» نرخ فرسایش, تنش برشی بستر و تغییرات ضخامت بستر * _کاربرد: روندیابی جریان در رودخانه جزر و مدی زهره [۱۹] -------- صفحهٔ بعد -------- به مساحت ۱۶۰۳۳ کیلومتر مربع می‌باشد. جزرومد دریا در دهانه این رودخانه تقریبا نیم روزی با متوسط جزرومد ۷ مر و میانگین حداکثر ۲/۷ متر می‌باشد. میانگین بده در نزدیک‌ترین ایستگاه هیدرومتری به دربا ۸۸/۵ متر این نتایج را می‌توان در مواردی نظیر طراحی سازه‌های دریایی استفاده کرد. همان گونه که ملاحظه می‌شود تطابق خوبی بین نتایج شبیه‌سازی و داده‌های اندازه‌گیری شده وجود دارد. ات ان ۱ ۱ ۱ ۱ ۱ [(۳۵۸۵۷| :0090۳۷۵۱ سا اد دک که رک هک رک رود دک ام 3 ۳ ۳ ۱ ( 0 ۱ پدرم ۱ 1 از مس سا ۸ ی ۱ اد ۱ ۱ ۱ ۱۲ ۱ ۱ ۱ 1 ار ان 0 او ۱ 1 ۱ [ ۱ 1 ۱ را ۲ ال ۱ 1 ِ و و۲۳ چرس سر - 52 1 1 ۱ ۱ ( " ۱ 1 نت سا ی لس 5 ۹ ۱ را اس ۱ ۱ ْ ۱ ۱ ۱ ۱ صرع 130 02 1100 هت ۱2 0525 لت 022 ی شکل ۳۷-۲ - مقایسه مقادیر عمق متوسط جریان مشاهداتی و شبیه‌سازی شده در وسط بازه [۱۹] ۱۱-2-۹-۳- مدل 5۱158 - مدل جریان (مدل 8۱4۸2) شرایط اولیه. شرایط مرزی بالادست و پایین دست (جریان موازی» بده یا سرعت جریان» تراز سطح آبء منحنی بده - اشل)» تعداد تکرارها و درصد خطای محازء اطلاعات خشک و تر شدن المان‌ها * پارامتر واسنجی: ضریب زبری و ضریب لزجت گردابی -------- صفحهٔ بعد -------- از تا ان اه ۵ ۵288100 [۹ ۳( 0اه 62۶3 سحته * داده‌های خروجی: نیمرخ سطح آب» سرعت جریان * کاربرد: مطالعه فرآیند پخش و انتقال در رودخانه اتاباسکا کانادا [۱۸] ۹ هدف مطالعه: شبیه‌سازی پخش و انتقال ماده رنگی در بازه‌ای از رودخانه اتاباسکا کانادا ۹ مشخصات محدوده مورد مطالعه: این رودخانه از رشته کوه آلبرتای کانادا سرچشمه می‌گیرد. بده رودخانه در بازه وسیعی تغییر می‌کند. بده رودخانه در هنگام آزمایش ۳۶۳/۶ متر مکعب بر ثانیه و جریان رودخانه پایدار بوده است. ۹ نتایج: نمونه‌ای از نتایج در شکل‌های (۲۳۹-۲) و (۴۰-۲) نشان داده شده است. همان گونه که ملاحظه می‌شود نتایج شبیه‌سازی حاصل از 5۸15 تقریبا در تمامی مسیرء اندکی از مقادیر اندازه‌گیری شده کم‌تر است. همین موضوع سبب شده است که حداکثر غلظت در نتایج شبیه‌سازی شده با یک تاخیر زمانی نسبت به نتایج اندازه‌ گیری شده انتقال یاید. * توصیه‌ها: این مطالعه نشان می‌دهد. ترم انتقال به زبری کف و ترم پخش به ضریب پخش رودخانه بسیار وابسته است. لذا لازم است در تعیین آنها دقت لازم مبذول گردد. در مسایل عملی که به‌دست آوردن سریع و اولیه وضعیت انتقال و پخش آلودگی در اولویت می‌باشد.ء استفاده از مدل‌های دو بعدی به دلیل حجم زیاد داده‌های مورد نیاز توصیه نمی‌شود. استفاده از مدل‌های یک بعدی به‌جای مدل‌های دو بعدی تاثیر زیادی در میزان حداکثر غلظت متوسط -------- صفحهٔ بعد -------- 25 ۱۲۹۵5۲۹۵ + ات را رت 1 2 رمهههشم -. تا > ۵ چم 1 3 ۹ ام ره 4 - 9 و 1 0.5 َ [ه 0 22000 20000 18000 16000 14000 12000 1000 2006 6000 3006 2000 0 0051320 شکل۳۹-۳- مقایسه سرعت حاصل از مدل ۸۷11۳۳1:11با مقادیر سرعت متوسط حاصل از مدل 5۸/5 [۱۸] ۱۳-24-۹-۳- مدل 5511۷1 - مدل جریان شبیه‌سازی» ضریب زیری بستر و دیواره» تعیین نوع مدل آشفتگی * پارامتر واسنجی: ضریب زبری بستر و دیواره * داده‌های خروجی: تراز سطح آب. سرعت جریان و شار جریان 03 2 020 2ع تا 3 0 69 3عر60 جعها سم 6 0103 0202 713 سس : 3 0 0 0-2 3 0-91 1ح سس ٍ 5 3 وال 0,02 د مت ۰ سا از رم ما 3 5 ۱۲135۵ 1 یر گ ۰ عم ماه 2 ما 7/7 ۱ س هه » ه اه ۱ ۳ 55 5 45 4 35 3 25 (( 1۱۳۹۵ شکل ۶۰-۲ مقایسه مقادیر غلظت اندازه گیری شده و نتایج مدل [۱۸] - مدل رسوب فعال» زاویه ایستایی ذرات و شرایط مرزی (رسوب وزنی ورودی) پارامتر واسنجی: ضریب زبری -------- صفحهٔ بعد -------- * داده‌های خروجی: تغییرات تراز بستر و سطح مقطع جدید * کاربرد: آبگیر رودخانه کاپونگا در تانزانیا [۳۶] * هدف مطالعه: پیش‌بینی توزیع رسوب معلق در جریان وارد شونده به آبگیر ه مشخصات محدوده مورد مطالعه: رودخانه کاپونگا از رودخانه 1۵/۵ 0۲6۵1 که بده آن در فصل بارش ۱۵ تا ۲۰ متر مکعب بر ثانیه است» سرچشمه می‌گیرد و در برخی سال‌ها حداکثر بده سیلاب آن به ۲۰۰ متر مکعب بر ثانیه می‌رسد. بستر رودخانه متشکل از شن» ماسه و قلوه سنگ است.ء اما بیش‌تر بار رسوبی را ماسه ریز و ای تشکیل می‌دهد. ۹ ننتایج: نتایج مدل‌سازی عددی نشان داده است مدل 55118 به ازای مقادیر مختلف بده رودخانه» نسبت عملکرد آبگیر را با میانگین خطای ۸/۱۴ نسبت به نتایج آزمایشگاهی پیش‌بینی نموده است. نتایج نشان داده است استفاده از طرح مرتبه دوم منفصل‌سازی خطا را تا ۸./ کم نموده است. از طرفی دو برابر نمودن تعداد نقاط شبکه (در جهات افقی) تنها ۸۳/ در کاهش خطای نتایج مدل عددی موثر بوده است. به‌طور کلی کاربرد شبکه ریز با طرح انفصال مرتبه دوم منجر به بهبود دقت نتایج مدل عددی شده است. آزمایش حساسیت به روش محاسبه زیری موثر نشان داده است که رابطه مورد استفاده برای محاسبه زبری استفاده در نتایج مدل عددی تاثیر عمده‌ای نداشته است. اما رابطه ‎[٩1[1‏ ۷۵۵ از رابطه دیگر بهتر بوده است. توصیه‌ها: تجربه کاربران این نرم‌افزار نشان می‌دهد این مدل در هندسه‌های پیچیده دارای مشکل همگرایی است و پارامترهای زیادی براساس تجربه کاربر باید تغییر یابد تا مدل به همگرایی برسد. زمان اجرای این مدل از مشکلات دیگری است که کاربر را در مرحله واسنجی با مشکل روبرو می‌سازد. |] - 4 -------- صفحهٔ بعد -------- منابع و مراجع )۱۳ منابع و مراجع راهبردی رییس جمهورء (۱۳۷۸) نظارت راهبردی رییس جمهور» (۱۳۸۵) رییس‌جمهور» (۱۳۸۰) ۴- شفاعی بجستان» م» «مبانی و کاربرد مدل‌های فیزیکی - هیدرولیکی»» انتشارات دانشگاه شهید چمران اهوازء (۱۳۸۴) ۵- مقیمان, م» «محاسبات عددی - کامپیوتری انتقال حرارت و حرکت سیالات»» انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد.ء (۱۳۸۲) ۶- حیدری نژاده ق. «مدل‌های فیزیکی و هیدرولیکی»» دانشگاه شهید چمران اهوازء (۱۳۷۶) -٩‏ زراتی» ا.ر» «نقش عوامل هیدرولیکی در طراحی پل‌ها»» ترجمه دانشگاه هرمزگان, (۱۳۸۱) (۱۳۸۰) ۱- غلامی, »«تعیین فاصله بهینه برداشت مصالح رودخانه‌ای از پل‌ها جهت کاهش خسارات ناشی از تخریب سازه پل‌ها» طرح تحقیقات کاربردی» شرکت مدیریت منابع آب ایرانء (۱۳۸۳) ۳- صفرزاده |ء ۱۳۸۳. «شبیه‌سازی عددی الگوی جریان در آبگیری جانبی از قوس ۱۸۰ درجه»» پایان‌نامه کارشناسی ارشد.ء دانشگاه تربیت مدرس. ۳- حسینی سهی» س.م.» ۳۴ «شبیه‌سازی هیدرولیکی جریان در حوضجه آرامش با استفاده از نرم افزار ۷۷ -(31» دانشگاه صنعتی امیر کبیر» (۱۳۷۸) اهواز با استفاده از مدل ریاضی 057۸48» چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران دانشگاه تهران» (۱۳۸۷) ۶- سمیعی, ت.» محمودیان شوشتری»م» «اصلاح رودخانه کارون در بازه ملاثانی تا اهواز»» هفتمین سمینار بین‌المللی م‌هندسی ۷- «مطالعه و طراحی پارکینگ قایق‌های اسکله سجافی هندیجان»» جهاد تحقیقات آب و انرژی» (۱۳۸۷) -------- صفحهٔ بعد -------- ۱۳۳ راهنما یکاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه ۸- زرگر م «مقایسه کاربردی مدل‌های ۸11۳۳۱۱ و 5۸/15 در شبیه‌سازی عددی پخش و انتقال غلظت در رودخانه‌ها» پایان‌نامه کارشناسی آرشد.ء دانشگاه تربیت مدرس(۱۳۸۳) ۹- کرمی خانیکی» ع» دهقانی»م» غریب رضاء م.ر » «بررسی کارایی نرم افزار [2 ۲110 در مدل‌سازی جریان‌های جزر و مدی مصب رودخانه‌هاء مطالعه موردی (مصب رودخانه زهره)»» پنجمین کنفرانس هیدرولیک. دانشگاه شهید باهنر کرمان(۱۳۸۴) ۰- مشکاتی, ه. «شبیه‌سازی انتقال رسوب در محدوده شهر گتوند با استفاده از مدل 6-ع1۳]|» (۱۳۸۴) ۰ 1۵۱۶ ۷۵۳ 1995 ۷ با و۳۱۵۳ بط بلاد1370ظ بط ۳۲7۵۵۵ -[2 ۳۵160۵ ,مش مه ماک مخاها ۳۵۵ ول 560110121100 ان [۵ ۵ هام۵0 .1999 بر شا 200 0 600 .۷0 م7202 بل 7۳0 -22 ۰ ,بواال ,7 .80 ,125 ۷۵1۰ بتان)ک۸ ب.ع ۵ ۲۵۵۵|۱۶ آ0 لداع 0 0 ل۵ دعام ۳۳۱۳۵ :۳۳۸۷۵۱۵۵ - ع دا معط عزا۵۵ ۲۵ ددع۰0 ۱981۰ .ل ما 620 ۳۰ م30۷۵ -23 ۰ ۳11۵۶ ,101105 ]م۸ 40 0۲عع0ع: ۱0001108 زا1۵۵۵ .2000 با,اط۵ ۷۷ ۵00 ۳۲ باوطامط با ما۸ بط ۳۵۳۵۰ -24 ۳۳۵0105 ۰ ,۳۳۵۱۹ ۶ 10107 بر ۸۱۷۵۳ ۵ 10 2007.0 ۷/۰ ۷۵۶ -25 - 11۵1 ۵ 1۵ 016 2 ۵1 110۷۷ ان داعل۵ ۱۵ [ ۷۵۲۵۵ ۱۵ ۲۳۵۹ ماه - عانک .2002 ۷۵۱۵۰ ما ۳۵۳۵۶ -26 ۰ ,۳۵۱۵۲۱8 او معا ۳۵1۵۵ ک ۲۶۵۵۵006 - 11۳۵ اممصدط ۵ ۸۵۸1|۷۵ 20 1۳۵۹0۵۳1۵110۵ 500161 ان کمنددط/ ۳ .۱985 سس کلمسر۹۵ا ۵۵۵ ۵00 .لبط بعلد0) -27 ۰ ۳۵۹۱۵۲۵ ۷۷:۱۷ ,۳۲۵1۵ 51۳۵ 1 1 0271ع1 1۵1082۷ 200 کعزا ۷۵۵۵ 11۷۱۵۱ ,۵۳۵۱10۳۵6 2002 بط ۸.۸ ما0 -28 ۰ 2000 ع6 ‎٩10‏ آ0 01۹1 1021۵0 1۳6 ,8 6021 ها 110 00 200 ۷۵۲۵۵6۵ .۳ 370 |۲1۵۵ جرا کح امش ۵۳ط 1 ده کاع00 ما۳۵ 1993 ۷ ,1۹0۵0 -29 ۰ ۵101۳۵ ۱۷۵۵۵۲۳۵۵۰ 1 ,461 ۲ م۲ ۷۷۵۷۵ 200 001 0۷ 1۵۹0 01001 19891۵0006 معا بصززگا ۷۵۵ -30 ۹۱113۱ ۳1۷۵۳۲۳ او عدزااعل0 آه ماک 01 - ۳31۳۵۵ 1986 ایک بااعل۸ 200 ۷۰ کیک ,۷۷/۵۵۵ -ا3 ۰ ۷۱۹۵15۹001 0۲ 1101 1۳6 1۵110 نک ۱۷۵۲ 0 0 وگ 10 30 ۳۵ ۵۲ ‎ ۳۲۵۵‏ کعدد 0۳0 2اه 0060 10 ۵۹۵0۵1100 ۹۲۵16 1۵۳ 1100 1020 - ۵0 1۳۵ ,1950 شا مصلعا۳۵۹ -32 0۰ 00۹6۳۷۵۵۱ آزمک معسا از ۸ انا کنا] 1026 0 جناعااظ اهاط 1 110/۹ 1.6۰ ۷۷/۵۵۱1210۵ ۰ .لب ۵۵15 200 همه بجع ۸ نامک نیک ۱9/3 ما۷۷ ,6انط ۷۷ ۵00 ۳۰ انش -33 ۰ - |2041 م0 ,99 |۷۵ ,۸50 .1۷ 6 ,۳۵۳۵ ۳۵۵ ۵ 0۵110 ۵ 1300000 ۸ 1995 ۷۷ |۵۵۱۵ ۲.۴۰ بای ۷ 34 ۷۵10۵۰ ۷۵1۲۵ ۳۱۱۱۵ م۵ ۲1۵۵00۲۵11۳۳۵0 ۷۷۵۳۳۹۵0 ۲۵۵۵۵ 115۳۳ 2000 که بل هام00 +35 02,۰[ ۱۵0-14 تعاس۲ 110۵100 ۷۷/۵۹۳۱۵100 بکعا ش۲1۵0 ۳۳۸ مخعندها 1 ]0 0000121100 1 - 3 .2005 بط ما۸ 200 ۱.۴۵۰ ما0 .۱ .ل مینک له عطا ۳ -36 ۰ - | 00 اب ,158 ۷۰ ۹۷۵۵82000 ۷۷۵۵۲ ۰ ۱۵۵ ۳۵۱6۳ ۵ ۲۳۵۹۵0۵۲ 6 ۷11۹00112605 ۷6۳۰[ ۵۱۵۵6 مهد م۸ 1100 ک۵۳0 ۱ ان ما۳ ,۱9/۵ ۷۷۳۹۵ +37 ۰ اه ‎0۲0٩‏ و۸ کلا ,۲1-76-17 -------- صفحهٔ بعد -------- ۱۳۳ 1۰ 0۲210۷ ها ۲1۵۵16 .(1980) 11010۳ ۳۵ ۵۲ ام بکن] ۳۸۱۵۵00 که هط -386 ۲۲۰ ,160۷6۲ ,5۹ 15] 3102-۳01 ]۸0 ۷ ]1051۳۸ 0۳ ۱۵۲۳۵6 ۰۵۷1۱/۳۱۸ ,2008 ,۹ا0ظ رد۸ -39 و 1۹0016 17۳۳ بع ۳۵00 از دز دنحعط 7 ۱/۹۴ ۸1۷۳۳۹۰ 1۵ 1۳۸۵۳۹۳۵۵ 5۳1۱/۳۲۷۲ هار (۹ ۱۱1۱ آدرس اینترنتی مدل‌های هیدرودینامیک و رسوب 0 0۲۲ ۳۹/۳۲/۲ ۰1۲۵/۳۸۵۲ 1۵://۷۷۷ 3 نمهب۸0 -4(0 1 .63_52 1۷ ع160/2 ۷/5۹ 0ع خع ۵.۹ ۳://۹ :۵۳۸۵0 ‎٩4۱- 0 ]ما8 -42 0[ ۰6016195 ۳۲۵://۷۷۷۷ :000۳۱۵ -د43 40 7028 0 0 جع 10/1 ع ذ |۰0 ۵://۳۳ 000۳۵ 44 5825.11 _ ۹/10/۵1۷5 ۹5/ ۵۰۹۵۹۵0۷ ۲۵://۹ :۷۷۳۹ - 030 -45 |1۳ .۷3_52 ۹/110/231 5/ ۵۰۹۵2۹80۷ 1۵://۹ :10۸۳]0 -46 ٩47-۳۳ 1 ]65_88 31۷ 600/2 ۷/5۹/11 0عدع 2.۹ 1://۹ :0۲105 -48 [5.11ع۹_ ۸/10/21۷3 ۹/ ۵۰۹۵۹۰۵20۷ 1۵://۹ :۳۳۵۷ -4 [ 5.1111 3/1ع]/ع 2 ۵011۷۷/ ۵1۰۹۵۹۰20۷ 10://۷ ۳ :2107 - ۳۳۹۷۷۵۹ -50 -|5۱ 7 ]۳7۳۷ -52 [ ۷121.۲ 0/110 ۵2.30۹.601 3۳0://0 :۳7۷1۸12 -53 [5.1ع58_ ۷۵ ۹/10/۵۳01 5/ ۰۹۵۵۰۵0۷ 1۵://۹۵ :۳۵۵۳۳۲ 54 ۰111 83123/100 / 0061/813۹ 01/1 1۹/6011 ۰۵۳۰۵0۷/0 ۲1://۷۷۷ ۳ :6051۸۹53 -55 [ ۰13 06.21132 ۷۷۷۷۷۰1166۰۹۵ :11۳006 -56 ۰.11 .۷۷۷۷۷/۰۲1 :۲1۳۳-۳۸۹ -57 ۵ نز210 111۷۳ -56 0 -509 7 ۱11۴۳۱۱ -60 7 :۱11۳۴۳2۱ -6۱ 4کک دع 7 فا 1/۲ رو ددع0 //:۲۵ :۳۹۸۵2 -62 0 6 ۵ -س-63 0 500660 -64 7 1 -65 1۷3_05825۰11 60/2763 820۷/5۹/1 ۵://۹۵۰۹۵۹ :1۳۲ -66 6۹5_15825111 ۹/160/21۷ ۵۰۵2580/5 ۲://۹ :۷/۹5۳0 -67 - آدرس اینترنتی مدل‌های کیفیت آب |31 2۵107 06/۵/۵0 ۵16016 ۰۵۵0/۷۷ 10://۷۷۷ ۳ :1020 ه۸نآ۸0 -68 |0۷۰1 - 8206161/2۷ 601/8 [ 2۵06/00 ۰۵۷۵۲۵۵/۵ ۳0://۷۷۷ :0۷۷۷۵ - ]۸۱۷ -69 [ 11117 (ع0 0061۹/110 1[1/611 ۰۷/۵۵۰۵۱۷۰۲ 10://۷۷۷۷۷ ۳ :1004 - اهنآ تلع -70 11 .0613/1067 1ع/۰۲۱1 ۰۷۷۵۰۵12 10://۷۷۷۷۷ ۳ : 11 - نآ۸نآ0) - 0۳ -|[7 007.1 13/1ع0 1 1ع/۰[1 ۰۷۷۵۰۵۲۲۵ ۲10://۷۷۷۷۷ :۷1 ]ها -ناهلنآ0 0 -72 |1117 007 5/11 1ع00 ۰۲۳11/611 ۰۷/۵۹۰۵11۱۷ 10://۷۷۷۷۷۷ ۳ :۷۷/2 - ناه۸لآ0) - 0 -73 -------- صفحهٔ بعد -------- ۱۳ راهنما یکاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه [ 1651.11 1/000/0۷ 1۹01 0011111/0 111/ ۰۵۷۷۲۰۵۷۵۲۰۵ ۲۲۵://۷۷۷۷۷۷ ۳ :10۳۹۵ -74 |۰۵ 007 1۹/1ع۵ ۰۲۱1/۵1 ۰۷۷۵۰۵۳۲۷ ۲۲۵://۷۷۷۷۷۷ ۳ :۳۹۸۵۸۵۹ -75 76- ۲۳5 - 0: 10://۷/۷۷۷۷ ۰۷۷۲۵ - 11۳0۵206211112 ۰111/۹011 2۳/1007. 11[ 77-15۳۳: ۱۵://۷۷۷۷۷۷ ۰0۵۰۵20۷ /021 01/011/005. 11| [اط۰[ | عا(/101101 1/00[ ۵۹۵11۵0/۵ ۲۵://۷۷۷۷۷ :]۱1۳۵۱ -78 را .1۵۵015 - ۵/۵۲۶۵ ,/۰۵۵ ۵۱۰۱۵ ۱۵://۹۵ :۲0۵۵ -79 ۹1۹/05500011 5/0 ۰۵0۰20۷/0 1110://۷۷۷۷۷] اهنآ -80 ۲۱ ۹/۲۵4۰ ۵/۲۵ ۰11/۹0۵1۷ ۵۱6۹۰۵ ۵://۲۵ :۳۸۱۸4 -ا۱ 62- ۳۸۵/۸۵۱۱: ۱۵://۲۸ ۵۵۵۰۷۷۵۰۵۳۷ ۰۱1/۹۵ ۷۵۳۵/۵۹/۲۳۵۱ ۱۰] ۲[ | .31۷5202 2/ ۷/53/1160 0ع خع ۵ ۳۵://۹ :5۲1۵023 -83 121۰11 - ۵۳۵ ۲۹۲/۲/ ۰۲۵۵۲۰۹۵۹۰۵20۷ ۲۵://۷۷۷۷۷ ۳ :1۳۵۳ اک -84 [ 2111110 1/5۷ع ۵0/100 ۵۹۰۵/۵۵/۵10۵ ۳۲۵://۷۷ :۹۱۷۷/۸۵ -65 86- 5۷/۱۹: 11110://۷۷/۷۷ ۰۵1۱1۰0 .۵/۹۷۷۲۱13۱ ۰1۲۳| 7- 1۷/۵۵۵: ۳ 1۲://۷۷۷۷۷ ۰۷۷۵۰۵۷ ۰۱۱1/۵1 0۵01۹/100 ۰1| 88- ۷۷/۸۹۳۲: ۲۵://۷/۷۷۷۷ ۰۵1۰۵۲۵/۷۷ ۵۹00۷/102 1111 [ 89- ۷۷۵۹۳۹: ۲۵://۷۷۷۷۷۷۰۷۷۲۵ - 11۳6۰۹۵06211۷ ۰۲۳11/۹011۷/ ۵۵/1۱0۳۰1۲1 -------- صفحهٔ بعد -------- امور نظام فنی معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی رییس جمهورء با گذشت بیش از سی سال فعالیت تحقیقاتی و مطالعاتی خودء افزون بر پانصد عنوان نشریه تخصصی - فنی» در قالب آیین‌نامه» ضابطهء معیار» دستورالعملء مشخصات فنی عمومی و مقاله, به‌صورت تالیف و ترجمه, تهیه و ابلاغ کرده است. نشریه حاضر در راستای موارد یاد شده تهیه شده» تا در راه نیل به توسعه و گسترش علوم در کشور و بهبود فعالیت‌های عمرانی به کار برده شود. فهرست نشریات منتشر شده در سال‌های اخیر در سایت اینترنتی1367217121071.1۳ قابل دستیابی می‌باشد. -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- 2 که ۳۳۵۵۵/۱1۲ 1512۳ 53 ف20 ۳12۶ ۹۳۵۵۶1 ۵۳ ۲۳۹۱۲ ۷1۵ ۲و ۸001121101 ۲۵۳ مزاع لمنای) ۷12111612112 200 |[2مز۲۲۶ 8 11۲6۲ 10 ۷100615 ۳0. 4 71 0۴ ۱۷111۹1۲۷ 0 51۳3182 1۵۲ 160۷ ا0 011166 [2ع11عع 1 200 ۳۵16۲1۵ ۵1 5۲۵۲ 5 16012 01 102716۲ 7 ل ۷۷۵۱2۳۲ 1۵۳۲ 0116113 ۳۳/۵( ی33ی3[(02[ 2012 -------- صفحهٔ بعد -------- -------- صفحهٔ بعد -------- این نشریه با عنوان «راهنمای کاربرد مدل‌های ریاضی و فیزیکی در مطالعات مهندسی و ساماندهی رودخانه» با هدف آشنایی با مبانی مدل‌سازی فیزیکی و ریاضی و اصول کاربرد آنها در مباحث مرتبط با مهندسی رودخانسه و اراسه رهنمودها و دستورالعمل‌های لازم برای طراحی و به‌کارگیری صحیح مدل‌های فیزیکی و توسعه یا بهره‌برداری مناسب از مدل‌های ریاضی تهیه شده است. در این محموعه پس از ارائه کلیات مدل‌سازی فیزیکی به مسایل خاص مرتبط با مدل‌های رودخانه‌ای پرداخته شده است. در ادامه ضمن آرائه کلیات مدل‌سازی ریاضی» ویزژگی های مدل‌های ریاضشی موجود در زمینه مهندسی رودخانه» محدودیت‌ها و موارد کاربرد و اصول کلی برای انتخاب مدل مناسب ارائه شده است.