بررسی کارایی مدل عددی CCHE2D در مدل‌سازی جریان و رسوب (مطالعه موردی: رودخانه کارون)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه سازه‌های آبی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، خوزستان، ایران.

2 گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، خوزستان، ایران.

3 گروه مهندسی آب ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، خوزستان، ایران.

4 گروه پژوهش‌های کاربردی سازمان آب و برق خوزستان، اهواز، ایران.

چکیده

با توجه به پیچیدگی پدیده‌های هیدرولیکی و رسوبی در رودخانه‌ها، امکان حل معادلات حاکم به روش‌های تحلیلی ممکن نیست و معمولاً از روش‌های عددی استفاده می‌شود. هدف از مطالعه حاضر شبیه‌سازی هیدرولیک جریان و رسوب با نرم‌افزارCCHE2D در رودخانه کارون در بازه ملاثانی تا فارسیات است. در این مطالعه تأثیر ابعاد مش‌بندی و مدل‌های مختلف تلاطم بر دقت مدل‌سازی هیدرودینامیک جریان و نیز اثر معادلات مختلف رسوب بر روی تغییرات بستر رودخانه با استفاده از مدل CCHE2D موردبررسی قرار گرفته شده است. محدوده طرح موردمطالعه حدود 110 کیلومتر بوده که سه ایستگاه هیدرومتری در این بازه از رودخانه کارون قرارگرفته‌اند. ایستگاه‌های ملاثانی و فارسیات به‌عنوان شرایط مرزی در بالادست و پایین‌دست در نظر گرفته شدند و ایستگاه اهواز به‌عنوان ایستگاه شاهد جهت صحت‌سنجی مدل مورداستفاده قرار گرفت. شبیه‌سازی‌های صورت گرفته با استفاده از مدل CCHE2D نشان می‌دهد که توزیع لزجت گردابی در مئاندرها شدت بیشتری داشته که می‌تواند بر روند فرسایشی قوس خارجی، اثر مستقیم داشته باشد. بر اساس بررسی‌های انجام‌شده، حداکثر فرسایش و رسوب‌گذاری صورت گرفته در بالادست ایستگاه هیدرومتری اهواز و در محدوده‌های مئاندری رودخانه است. شدت فرسایش در بازه پایین‌دست ایستگاه اهواز به طرز چشمگیری کاهش داشته است. یکی از مهم‌ترین دلایل این مسئله کم بودن شیب بستر رودخانه در پایین‌دست رودخانه است. روند محاسبات، توزیع و الگوی پارامترهای جریان و رسوب توسط مدل CCHE2D از دقت قابل قبولی برخوردار است و می‌توان از این مدل برای سایر فرآیندها ازجمله تغییرات مسیر رودخانه و جابجایی مئاندرها، تحلیل جریان و فرسایش در پای سازه‌ها و ... استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


اکبری، شهلا. (1395). ارزیابی دقت روش‌های معمول تعیین حریم رودخانه‌ها با استفاده از مدل‌های دوبعدی. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران. https://ganj. randoc.ac.ir/#/articles/ace7be3bfe14a6611572ab18c26ab2b7
آرمان، علی.، فتاحی، پریا.، و ظهیری، جواد. (1396). شبیه‌سازی الگوی جریان و رسوب با حضور سری آبشکن­ها در قوس 90 درجه ملایم با استفاده از مدل CCHE2D. پژوهش‌های حفاظت آب و خاک (علوم کشاورزی و منابع طبیعی)، 24(3)، 39-21.  https://doi.org/10.22069/jwfst.2017.12018.2654
ظهیری، جواد.، و آشناور، مهران. (1398). مدل­سازی دوبعدی هیدرولیک جریان در رودخانه کارون. نشریه علوم آب و خاک دانشگاه صنعتی اصفهان، ۲۳(۴)، ۳۳۱-۳۴۴. http://dx.doi.org/10.47176/jwss.23.4.36151
محجوب، امیر.، عباس‌نیا، امیرحسین.، و کیلانه‌ئی، فواد. (1395). کاربرد مدل‌های عددی در شبیه‌سازی رفتار رودخانه‌های مشرف به مسیر راه. فصلنامه جاده، 24(89)، 277-291. https://road.bhrc.ac.ir/article_50954.html
نیکنام، ابوذر.، خسروی، غلام­رضا.، نوحه‌گر، احمد.، و حلی‌ساز، ارشک. (1397). مدل‌‌سازی تغییرات ریخت‌شناسی رودخانه‌‌ی کر با استفاده از مدل CCHE2D در پیچان‌‌رودهای سراب سد درودزن. پژوهش‌های آبخیزداری، 31(4)، 83-69.                                        https://doi.org/10.22092/wmej.2018.100548.1000
Adamsson, A., Stovin, V., & Bergdahi, L. (2003). Bed shear stress boundary condition for storage tank sedimentation. Journal of Environmental Engineering, 129(7), 651-658.                        https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(2003)129:7(651)
Akbari, Sh. (2016). Investigation of accuracy of tradional methods in river terrain assessment utilizing 2D models. Master Thesis, Civil Engineering College, Zanjan Univerity, Zanjan, Iran.                                 https://ganj.irandoc.ac.ir/#/articles/ace7be3bfe14a6611572ab18c26ab2b7 [In Persian]
Arman, A., Fattahi, P., & Zahiri, J. (2017). Simulation of flow and sediment pattern with spurdikes series in a 90-degree mild bend using CCHE2D model. Journal of Water and Soil Conservation, 24(3), 21-39. https://doi.org/10.22069/jwfst.2017.12018.2654 [In Persian]
Das, A., & Biswal, S. K. (2023). Numerical Modeling of Flow Pattern at a Right-angled River Bend Using CCHE2D Model. Scientific Research Communications, 3(1). https://doi.org/10.52460/src.2023.005
Dewals, B., Kitsikoudis, V., Mejía-Morales, M. A., Archambeau, P., Mignot, E., Proust, S., ... & Paquier, A. (2023). Can the 2D shallow water equations model flow intrusion into buildings during urban floods? Journal of Hydrology, 619, 129231. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129231
Feng, D., Tan, Z., & He, Q. (2023). Physics‐Informed Neural Networks of the Saint‐Venant Equations for Downscaling a Large‐Scale River Model. Water Resources Research, 59(2), e2022WR033168. https://doi.org/10.1029/2022WR033168
Kordi, H., Amini, R., Zahiri, A., & Kordi, E. (2015). Improved Shiono and Knight method for overflow modeling. Journal of HydraulicEngineering, ASCE, 20(12), 1-10.                                    https://doi.org/10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001239
Le, G. S., & Nguyen, H. T. T. (2023). Study on the Change of Riverbed of Hau River at Chau Phu District, a Giang Province by 1D2D3D Combined Numerical Model. In The International Conference on Sustainable Civil Engineering and Architecture. Singapore: Springer Nature Singapore, 1928-1938. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-99-7434-4_208
Liu, B.C., Ma, J., Luo, L., Bai, Y., Wang, S., & Zhang, J. (2010). Two-dimensional LDV measurement, modeling, and optimal design of rectangular primary settling tanks. Journal of Environmental Engineering, 136(5), 501-507. https://doi.org/10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0000186
Mahjoob, A., Abbasnia, A., & Kilanehei, F. (2016). Applying Numerical Models to Simulate the Behavior of Rivers in the Vicinity of Road. Road, 24(89), 277-291. https://road.bhrc.ac.ir/article_50954.html [In Persian]
Nassar, M. A. (2011). Multi-parametric sensitivity analysis of CCHE2D for channel flow simulations in Nile River. Journal of hydro-environment research, 5(3), 187-195.                             https://doi.org/10.1016/j.jher.2010.12.002
Niknam, A., Khosravi, G., Nohegar, A., & Holisaz, A. (2018). Simulation of the Kor River Morphological Changes Using the CCHE2D Model (Case Study: Meanders Upstream the Dorudzan Dam). Watershed Management Research, 31(4), 69-83. https://doi.org/10.22092/wmej.2018.100548.1000 [In Persian].
Salmasi, F., Ayaseh, A., Dalir, A. H., & Arvanaghi, H. (2020). Flow pattern study in Beshar River and its two straight and meander reaches using CCHE2D model. Applied Water Science, 10(1), 1-15. https://doi.org/10.1007/s13201-019-1107-5
Sammarraee, M.A., Chan, A., Salim, S.M., & Mahabaleswar, U.S. (2009). Large-eddy simulations of particle sedimentation in a longitudinal sedimentation basin of a water treatment plant. Part I: Particle settling performance. Chemical Engineering Journal, 152, 307-314.                              https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.04.062
Shahidan, N. F., Hasan, Z. A., Abdullah, M. Z., & Ghani, A. A. (2012). Mathematical modelling of flow and sediment pattern at Ijok Intake, Ijok River, Perak, Malaysia. International Journal of Modelling and Simulation, 32(3), 165-170. http://dx.doi.org/10.2316/Journal.205.2012.3.205-5595
Valizadeh, R., Arman, A., & Ghobadian, R. (2023). The effect of the pipe angle and protective inclined apron on the scouring and sedimentation pattern around a semi-buried pipe in a 90° mild bend. Ocean Engineering, 286, 115711. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2023.115711
Wang, X., Yang, L., Sun, Y., Song, L., Zhang, M., & Cao, Y. (2008), Three-dimensional simulation on the water flow field and suspended solids concentration in the rectangular sedimentation tank. Journal of Environmental Engineering, 134(11), 902-911.                                                       http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-  9372(2008)134:11(902)
Zahiri, J., & Ashnavar, M. (2019). Two-dimensional hydraulic modeling of Karun River. JWSS-Isfahan University of Technology, 23(4), 331-344. http://dx.doi.org/10.47176/jwss.23.4.36151 [In Persian].
Zhang, Y. (2006). CCHE-GUI-Graphical users’ interface for NCCHE model user’s manual. Version 3.0 Technical Report No. NCCHE-TR-2006-02. National Center for Computational Hydroscience and Engineering, University of Mississippi, Oxford. https://www.ncche.olemiss.edu/cche-model-graphic-user-interface/
Zhang, Y., & Tayfur, G. (2024). Sediment transport modelling in densly populated urban areas due to earthfill dam break. Journal of Ecohydraulics, 1-24. https://doi.org/10.1080/24705357.2024.2363765
Zhang, Y., Al-Hamdan, M. Z., Bingner, R. L., Chao, X., Langendoen, E., O'Reilly, A. M., & Vieira, D. A. (2024). Application of 1D model for overland flow simulations on 2D complex domains. Advances in Water Resources, 188, 104711. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2024.104711