دبی جریان و شیب خط انرژی در کانال های مرکب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده فنی دانشگاه ارومیه

چکیده

به منظور بررسی ساختار و رفتار هیدرولیکی جریان در رودخانه­ها و کانال­های مرکب، دبی و شیب خط انرژی اهمیت بالایی دارند. با تقسیم مقطع عرضی این کانال­ها به زیر ناحیه­های آن یعنی کانال اصلی و بسترهای سیلابی، دبی جریان به صورت جداگانه در هر زیر ناحیه قابل تعیین است و آنگاه دبی کل مقطع از مجموع آنها بدست می­آید. این روش به روش کانال تقسیم شده (DCM) معروف است. روش دیگری نیز به روش کانال ساده (SCM) موسوم است. روش­های متعددی بر مبنای روش تقسیم­بندی در مقطع کانال توسعه یافته­اند که از مهم­ترین آنها روش مدل تبادل دبی (EDM) می­باشد. این روش با در نظر گرفتن تأثیر انتقال مومنتم از میان سطح مشترک بین کانال اصلی و بستر سیلابی (سطح اندرکنش) توسعه داده شده است. در این تحقیق، محاسبات دبی و شیب خط انرژی برای سری آزمایش¬های مؤسسه FCF انگلستان و سایرین، با به کارگیری روش­های EDM، DCM و SCM و با برنامه­سازی رایانه­ای به زبان C++ انجام پذیرفت. نتایج حاصل نشان داد که در مقایسه با سایر روش­ها، روش EDM دارای کمترین خطای نسبی برای محاسبه دبی (در ترسیم نمودار دبی-اشل) است. همچنین نتایج محاسبه شیب خط انرژی به روش EDM و نرم افزار HEC-RAS نشان می دهد که روش EDM دارای کمترین خطای نسبی برای ترسیم شیب خط انرژی است. دو معادله ساده خطی برای عمق­های نسبی کمتر از 15/0 و برای عمق­های نسبی بیشتر از آن ارائه شد. بدین ترتیب، روش EDM را به میزان قابل توجهی حدود 36% برای محاسبه دبی جریان و 34% برای محاسبه شیب خط انرژی بهبود بخشیده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Flow Discharge and Energy Grade-line in Compound Channels

نویسندگان [English]

  • A Asgari
  • M Mohammadi
  • M Manafpur
چکیده [English]

In order to explore the structural and hydraulics behavior of rivers and compound channels, discharge and energy grade-line are very important. Dividing a cross sectional shape of those channels to its subsections, e.g. main channel and floodplains, flow discharge is computed for each section and then flow discharge is determined for the whole section. This method is called as Divided Channel Method (DCM) and there is another method called as Simple Channel Method (SCM). On the basis of dividing channel method, some other methods are also developed, where the important one is the method of Exchange Discharge Model (EDM). The method of EDM is developed by using the effects of momentum transfer on the interaction surface between main channel and floodplain. In this research, the flow discharge and energy grade-line are computed for the data collected from the Flood Channel Facility (FCF) in England and elsewhere applying SCM, DCM and EDM methods, in which a C++ computer programing was used. The results show that the EDM method gives lower relative errors compared with the other methods (for establishing stage-discharge curves). Also, using EDM method and HEC-RAS software, the results for computing energy grade-line (e.g.l.), the method of EDM reveals lower relative errors for establishing e.g.l. curves. Two simple linear equations are presented for relative depths including lower and upper than 0.15. It therefore gives dramatic welfare results about 36% for estimating flow discharge and 34% for estimating energy grade-line.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Compound channel
  • Energy Grade-line
  • Exchange Discharge Model
  • Momentum Transfer
  • Stage-Discharge
محمدی م.، 1386. هیدرولیک جریان در کانال­ها و رودخانه­ها، (ترجمه، چاپ دوم)، انتشارات دانشگاه ارومیه.
عسگری آ.، 1389. بررسی رفتار هیدرولیکی جریان در کانال­های مرکب، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه ارومیه.
Ackers P, 1993. Stage-discharge functions for two-stage channels: The impact of new research. Journal of Institute Water and Environmental Management 7 (1): 52-61.
Bousmar D, Scherer R and Zech Y, 1998. One-dimensional unsteady flow computation in channels with floodplains. Pp. 205-215. Computational Fluid Mechanics Publications. Southamptom. UK.
Bousmar D and Zech Y, 1999. Momentum transfer for practical flow computation in compound channels. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 125 (7): 696-706
Bousmar D and Zech Y, 2001. Periodic turbulent structures modeling in a symmetric compound channel. Pp. 244-249. Proc. 29th Congress of IAHR, Tsinghua University Press. Beijing, China.
Bousmar D and Zech Y, 2002. Periodic turbulent structures in compound channels. Pp. 177-185.  Conference Proceeding Book River Flow. University of Luvain La Nau, Belgium.
Knight DW, Demetriou JP and Hamed ME, 1983. Hydraulic analysis of channels with floodplains. Pp. 129-144. Proceedings Ins. Conf. on Hydraulic Aspects of Floods and Flood Controls. British Hydromechanics Research Association (BHRA). September, London.
Sellin RHJ, 1964. A labratoary investigation into the interaction between the flow in the channel of the river and that over its floodplain. La Houille Blanche 7: 793-802.
Yuen YHK, 1989. A study of boundary shear stress, flow resistance and momentum transfer in open channels with simple and compound trapezoidal cross-section. PhD Thesis. University of Birmingham, England.