استخراج رابطه دبي-اشل مقاطع مركب چندسيلابدشتي با مدلهاي يك بعدي و دوبعدي

سابقه و هدف سيل پديده‌اي است كه در طي آن جريان آب، مقطع اصلي رودخانه را پر نموده و وارد دشت‌هاي سيلابي مي‌شود. در بعضي از رودخانه‌هاي طبيعي و نيز كانال‌هاي مصنوعي در شهرها ممكن است بيش از يك دشت سيلاب در طرفين مقطع اصلي وجود داشته باشد كه به اين مقاطع، كانال مركب چند‌سيلابدشتي گفته مي‌شود. در اين مقاطع با وقوع سيلاب و پر شدن مقطع اصلي، ابتدا دشت سيلاب اول فعال شده و سپس با سرريز شدن اين دشت سيلابي، دشت سيلاب دوم بلافاصله وارد عمل مي‌شود. يكي از جنبه‌هاي هيدروليكي اين مقاطع، رابطه دبي-اشل است كه به ازاء هر عمق جريان دلخواه، دبي مشخصي را برآورد نموده و ابزار مهمي در طراحي و ساماندهي رودخانه‌ها در زمان سيلاب است. در اين مقاله، روش‌هاي يك‌بعدي تجزيه تبادلي و دوبعدي شيونو و نايت كه قبلاً براي محاسبه دبي جريان در مقاطع مركب پيشنهاد شده‌اند، براي مقاطع مركب چندسيلابدشتي توسعه داده شدند.مواد و روش‌هادر مدل يك‌بعدي، ابتدا با استفاده از قانون دوم نيوتن و دخالت تنش‌هاي برشي ظاهري در مرز تماس مقطع اصلي و دشت سيلابي اول و نيز دشت سيلابي اول با دوم، يك دستگاه معادله خطي براي برآورد همزمان سرعت‌هاي متوسط جريان در بخش‌هاي مختلف اين مقاطع استخراج شد. از معادله هاتوف و همكاران براي دخالت تنش‌هاي برشي ظاهري در مرزهاي تماس استفاده شد. ضرايب انتقال مومنتوم در اين روش با استفاده از داده‌هاي آزمايشگاهي سينگ (2021) در يك مقطع مركب مستطيلي و به كمك الگوريتم بهينه‌سازي گراديان كاهشي تعميم‌يافته، واسنجي شدند. براي استخراج مدل شبه دوبعدي شيونو و نايت، ابتدا با انتگرال‌گيري در عمق از معادلات ناوير-استوكس، يك معادله ديفرانسيلي بر حسب تنش برشي بدست آمد و سپس با اعمال فرض‌هاي ساده براي تنش‌هاي رينولدزي و نيز جريان‌هاي ثانويه، معادله ساده‌تري بر حسب سرعت متوسط در عمق ارائه شد. اين معادله به كمك روش تفاضل‌هاي محدود حل شد.يافته‌هانتايج مدل يك‌بعدي تبادل دبي نشان داد كه اين روش با ميانگين و حداكثر خطاي حدود 2.6 و 5.7 درصد، كارايي مناسبي در تخمين دبي كل جريان دارد. اين در حالي است كه روش تجزيه قائم مقطع مركب كه هم‌اكنون كاربرد گسترده‌اي در نرم‌افزارهاي مهندسي آب دارد، با ميانگين خطاي 9.1 درصد و حداكثر خطاي 17.4 درصد، نتايج قابل اعتمادي ارائه نمي‌كند. نتايج حل عددي مدل شبه دوبعدي شيونو و نايت نشان داد كه مطابقت خوبي بين پروفيل‌هاي توزيع عرضي سرعت مشاهداتي و محاسباتي برقرار است. همچنين مشخص شد كه اثر لزجت گردابه‌اي و نيز جريان‌هاي ثانويه در اين كانال قابل توجه بوده و بايد درنظر گرفته شوند. ميانگين و حداكثر خطاي اين مدل در تخمين دبي كل جريان به‌ترتيب 2.4 و 4.1 درصد بدست آمد.نتيجه‌گيرينتايج هر دو مدل يك و دوبعدي پيشنهادي اين تحقيق نشان داد كه اين مدل‌ها قابليت مناسبي براي تخمين دبي كل و نيز دبي‌هاي جزئي در مقاطع مركب چندسيلابدشتي دارند. بررسي‌ها نشان داد كه مرز تماس مقطع اصلي با دشت سيلابي اول از نظر شدت تلاطم و نيز قدرت جريان‌هاي ثانويه قويتر از مرز تماس دشت سيلابي اول و دوم مي‌باشد.