مدل عددي نيمه‌ضمني رونديابي هيدروليكي سيلاب (مطالعه موردي: بازه ليقوان تا هروي ليقوان‌چاي، تبريز)

Semi-Implicit Numerical Models of Flood Hydraulic Routing (A Case Study: Lighvan-Hervi Reach of Lighvan-Chai, Tabriz

رونديابي جريان رودخانه به عنوان يكي از موضوعات مهم در مهندسي هيدروليك مطرح بوده است. موضوع اصلي مقاله حاضر، حل كامل معادلات سنت ونانت با استفاده از الگوي عددي نيمه ضمني اختلاف محدود همراه با برقراري اصل بقاي انرژي در نقاط ناپيوسته ميدان جريان است. در اين مدل عددي با دقت مرتبه اول، از روش محدود كننده شار به منظور برقراري شرط tvd و همچنين از الگوي upwind براي گسسته سازي عبارت جابه جايي در معادله مومنتوم استفاده شده است. به كمك سه تابع ارزيابي عملكرد ضريب همبستگي، مجموع مربعات خطا و ضريب ناش ساتكليف، نحوه كاركرد مدل عددي در رونديابي سيل در ليقوان چاي، حد فاصل ايستگاه ليقوان تا ايستگاه هروي با بيست مقطع عرضي بررسي شد. ضريب زبري مانينگ به عنوان پارامتر انجام فرايند واسنجي و صحت سنجي اين مدل برابر با 0.028 تعيين شد. در نهايت مقايسه اي بين نتايج حاصل از مدل عددي نيمه ضمني با مدل هيدرولوژيكي ماسكينگهام غير خطي در همين بازه رودخانه صورت پذيرفت. مقادير توابع ارزيابي عملكرد مدل نيمه ضمني بيشتر از مدل هيدرولوژيكي به دست آمدند. نتايج نشان داد اين مدل، ضمن داشتن راندمان محاسباتي بالا و نيز رفع محدوديت گام زماني محاسبات براي برقراري شرط پايداري حل، از دقت بسيار زيادي براي پيش بيني خصوصيات هيدروديناميكي رودخانه برخوردار است.

River flow routing has been a significant issue in hydraulic engineering. The main goal of this research work was solving Saint-Venant equations by using the semi-implicit finite difference scheme and considering energy conservation principle at the discontinuous points of flow field. In this model, with the first order accuracy, the flux limiter scheme and Upwind for the scheme are used for the satisfaction of TVD condition and discretization of the advection phrase in the momentum equation, respectively. By using three assessment functions including Nash-.Sutcliffe, sum square error and correlation coefficient, the performance of the model was evaluated for flood routing through Lighvan-Chai River between Lighvan and Hervi hydrometric stations with the application of twenty cross-sections. Manning roughness coefficient as a parameter for calibration and verification processes was determined to be 0.028. Finally, a comparison was made between nonlinear Muskingham hydrological method and the presented model through the same river reach. The amount of assessment functions for the semi-implicit model was calculated to be more than the hydrological one. The results showed that the presented model not only had high calculative efficiency and no limitation in time step calculation, but also displayed more accuracy for the hydrodynamic characteristics of flow.