عنوان پایان‌نامه
شبیه‌سازی ۳ بعدی الگوی جریان و رسوب در تقاطع آبراهه‌ها با استفاده از نرم افزار Flow-۳D
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی-سازه های آبی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 6289;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 67518
- تاریخ دفاع
- ۰۴ بهمن ۱۳۹۳
- دانشجو
- مرضیه سروری
- استاد راهنما
- ابراهیم امیری تکلدانی
- چکیده
- به دلیل پیچیدگی¬های هیدرولیکی محل تلاقی شاخه¬های فرعی با رودخانه اصلی و تغییرات ریخت¬شناسی حاصل از آن، مطالعه ویژگی¬های این مکان از جنبه¬های رسوب¬گذاری، فرسایش و ملاحظات زیست¬محیطیجالب¬توجه است. تاکنون مطالعات متعددی برای شناخت ویژگی¬ها و رفتارهای جریان در این پدیده انجام‌شده¬است. ولیکن به دلیل مشکلات مطالعات صحرایی، اکثر این مطالعات به¬صورت آزمایشگاهی بوده¬اند و درعین‌حال به دلیل محدودیت¬های آزمایشگاهی، امکان بررسی شرایط مختلف وجود نداشته¬است. درنتیجه لزوم استفاده از مدل¬های عددی مناسب که بتواند شرایط جریان در منطقه تلاقیدوشاخه را شناسایی و فرآیندهای حاصل ازجمله رسوب¬گذاری و فرسایش را برآورد نماید، حائز اهمیت است. در این تحقیق ویژگی¬ها و کار¬آیی مدل عددیFLOW-3Dبه‌عنوانیک مدل سه¬بعدی، برای شبیه¬سازی الگوی جریان، فرسایش و رسوب‌گذاری در محل تلاقی شاخه¬های فرعی با رودخانه اصلی موردمطالعهقرارگرفته¬است. برای واسنجی مدل عددی، از نتایج یک مدل آزمایشگاهی که دربرگیرنده محل تلاقییک کانال فرعی به عرض 15/0 متر و به طول 9/4 متر و شیب 5/0% با یک کانال اصلی به عرض 5/0 متر و طول 5/8 متر با زاویه90درجه است استفاده شده¬است. در این حالت الگوی جریان در محدوده اتصال شاخه فرعی با شاخه اصلی در شرایط مدل¬سازی بدون تزریق رسوب موردبررسی قرار گرفت. نتایج نشان¬داد نیم¬رخ سطح آب در محدوده شاخه فرعی با شاخه اصلی با متوسط خطای مطلق02/3 در¬صد نسبت به مدل آزمایشگاهی قادر به پیش-بینی الگوی جریان می¬باشد. همچنین نتایجمدل¬سازی عددی نشان می¬دهد که با افزایش دبی کانال فرعی حداکثر عمق رسوب‌گذاری در کانال اصلی کاهش می¬یابد، پتانسیل انتقال رسوب افزایش‌یافته و در مقابل ارتفاع قله رسوبی ایجاد¬شده در محل تلاقی کاهش می¬یابد و درنتیجه میزان پهنه (طول و عرض) رسوب‌گذاریدر کانال اصلی در سمت ساحلی که کانال فرعی به آن وارد می¬شود افزایش می¬یابد. مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی نشان داد که مدل مذکور با خطایی در حدود 6/2 و 16 درصد به ترتیب قادر به پیش-بینی حداکثر ارتفاع و عرض پهنه رسوب‌گذاری در محل تلاقی است. در مقابل، بستر کانال اصلی متمایل به کناره، افزایش عمق فرسایش را تجربه می¬نماید و این اختلاف بین نتایج مدل عددی و آزمایشگاهی در حدود 32 درصد است. ارزیابی نهاییانجام‌شده از نتایج مدل عددی در مقایسه با نتایج مدل آزمایشگاهی حاکی از دقت نسبتاًخوب مدل FLOW-3D در تحلیل شرایط واقعی تغییرات ریخت¬شناسیبستر کانال اصلی و فرعی در محل تلاقی است.
- Abstract
- Due to the hydraulic complexity in confluences, specially when tributaries discharged to the main river, the study of features of this location such as sedimentation, erosion, and environmental considerations are interesting. Till now Many investigations to understand the properties and behavior of these phenomena performed. ever, due to laboratory limitations, it is not possible to experimentally investigate a wide range of different flow patterns as well. As a result, using appropriate numerical models that can detect and process the flow conditions in the confluence of the two branches and also estimates both sedimentation and erosion processes, is of highly valuable. In this study the characteristics and performance of FLOW-3D numerical model as a 3D model to simulate flow patterns, erosion and sedimentation at the confluence with the main river branches have been studied and its application to predict the future conditions is investigated. To calibrate the model, the results of an experimental model that encompasses a 90 degrees confluence of a tributary channel having a width of 0.15 meters, a slope 0.5%, and a length of 4.9 meters, with a main channel having a width of 0.5 meters, and a length of 8.5 meters. In this case, the flow pattern within the branch junction with the main branch in case of non-injection precipitation was used. Compared the results of the 3D model to the results of the laboratory one, an error of 3.02 percent, on average, is found indicating that the numerical model can be used to predict the flow pattern in confluences with high accuracy. The results of 3D model also show that by increasing the flow discharged from tributary to the main river, the maximum sedimentation depth in main channel and the highest sediment peak are decreased while the sediment transport potential is increase. As a result the sedimentation area in the main channel as well as in lateral channel is increased. Moreover, the comparison between the numerical results and the labrotary results showed that the maximum sedimentation height and area in the confluence can be modeled the with 2.63 and 16 percent errors. The error of the prediction of erosion depth of the main canal bed close to the river bank, is estimated 32 percent, as well. As a result, it is found that the 3D model can be used as a fair tool on prediction of the morphological conditions at the location of confluences.
