شبيه سازي عددي پخشيدگي رسوب بستر با قابليت مدل سازي سطوح خشك با استفاده از حل كننده ريمن تقويت شده

Numerical simulation of bedload sediment transport with ability to model dry interfaces using an augmented Riemann solver

روش هاي عددي مختلفي براي حل سيستم هاي مورفوديناميك توسعه يافته است كه در ميان اين روش ها، در سال هاي اخير روش حجم محدود به طور گسترده اي مورداستفاده قرار گرفته است. در اين پژوهش يك روش حجم محدود كارآمد براي شبيه سازي انتقال رسوب بستر در نزديكي سطوح خشك، ارائه مي شود. معادلات حاكم بر انتقال رسوب در كانال ها و رودخانه ها شامل معادلات آب كم عمق و اكسنر مي باشند. با در نظر گرفتن يك سرعت نوين براي امواج ريمن، معادلات آب كم عمق و اكسنر توسط روش جفت شده ضعيف بر اساس حل كننده ريمن تقويت شده، حل مي شوند. در اين روش ابتدا معادله اكسنر حل مي گردد و سپس تغييرات بستر به روز شده با همان ساختار ريمن، به عنوان عبارت منبع در معادلات آب كم عمق استفاده مي شود. حل كننده ريمن تقويت شده بر اساس تجزيه اي از بردار تقويت شده شامل عمق جريان، اندازه حركت، شار اندازه حركت و تراز بستر مي باشد. مدل عددي ارائه شده ابتدا براي شبيه سازي شكست سد بر روي بستر متحرك به كار گرفته شد. سپس مسئله شكست سد ناشي از روگذري جريان در نظر گرفته شد و داده هاي محاسبه شده با نتايج آزمايشگاهي مقايسه گرديد. نتايج عددي حاصل بيانگر آن است كه روش جفت شده ضعيف كه بر مبناي روش ريمن تقويت شده، توسعه يافته است، قابليت مدل سازي انتقال رسوب در نزديكي سطوح خشك با دقت بالا را دارا مي باشد و در نمونه هاي آزمايشي تطابق بسيار خوبي با داده آزمايشگاهي دارد.

Various numerical methods have been developed for solving morphodynamic systems, among which the finite-volume method has been widely employed in recent years. This paper presents an efficient finite volume technique for simulation of bedload sediment transport near dry interfaces. The equations governing sediment transport in channels and rivers comprise the shallow water equations and Exner equation. By considering a novel velocity for Riemann waves, shallow water and Exner equations are solved using a weakly-coupled scheme based on an augmented Riemann solver. In this approach the morphodynamic equation is first solved and the updated bedload changes with the same Riemann structure are used as a source term within the shallow water equations. Augmented Riemann solver is based on a decomposition of an augmented vector—the depth, momentum as well as momentum flux and bottom surface. The proposed numerical model is first used for the simulation dam break flow over a mobile bed. Then, dam failure due to over-topping flow is considered and the computed results are compared with the experimental data.These numerical results indicate that the defined weakly coupled method developed based on an augmented Riemann technique is able to be used for modelling bedload sediment transport near dry interfaces with highly accurate and exhibits a very good agreement with the experimental data for test cases.