بررسی تاثیر ضریب شکل مخزن بر امواج ناشی از شکست سد با استفاده از روش‌های پرش قورباغه و لکس در مختصات منحنی‌الخط

سابقه و هدف پیش‌بینی مولفه‌های هیدرولیکی عمق و سرعت به دلیل تاثیرگذار بودن در شدت فاجعه شکست سد، برای مهندسین هیدرولیک همواره حائز اهمیت بوده است. در گذشته تحقیقات بسیاری به جهت بررسی و پیش‌بینی خصوصیات هیدرولیکی امواج ناشی از شکست سد با استفاده از روش‌های عددی انجام پذیرفته است. لزوم انجام این تحقیق، نیاز به گسترش دامنه پژوهش‌ها در حل عددی عوامل تاثیرگذار در پدیده شکست سد می‌باشد. در این تحقیق مدل کامپیوتری جامع در مختصات منحنی‌الخط برای انتقال فضای فیزیکی غیرمستطیلی به فضای محاسباتی توسعه داده شده است که با استفاده از روش تفاضل محدود صریح و استفاده هم‌زمان از الگوریتم‌های پرش قورباغه و لکس بر روی مش جابه‌جاشده معادلات حاکم بر آب‌های کم-عمق در مسئله شکست سد را حل می‌نماید. این عمل با افزایش تعداد نقاط درگیر در محاسبات و ایجاد ارتباط بیشتر بین آنها باعث می‌شود گرادیان‌های تیز هندسی و هیدرولیکی هموار شده و احتمال رخ دادن نوسان و عدم همگرایی کمتر شود. مواد و روش‌ها در این تحقیق معادله‌های مورد نظر، معادله‌های حاکم بر آب‌های کم‌عمق می‌باشند که با توجه به عدم توانایی سیستم مختصات کارتزین در انعکاس مرزهای نامنظم دامنه فیزیکی، در سیستم مختصات منحنی‌الخط بر روی شبکه جابه‌جا شده منفصل شده‌اند. روش‌ منفصل‌سازی، روش صریح می‌باشد که به صورت همزمان از الگوریتم های پرش قورباغه‌ای و لکس بهره می‌جوید. یافته‌ها به منظور صحت‌سنجی مدل حاضر، مقایسه نتایج آن با انداره‌گیری‌های آزمایشگاهی یا با نتایج سایر مدل‌های عددی توسط محققان قبلی برای چندین مورد ارایه شده است. از جمله این موارد شکست ایده‌ال در کانال با عمق پایاب است که در این حالت نتایج دبی و عمق آب برای شکست سد در کانال افقی به طول 100 متر با دقت بالا شبیه‌سازی شده است. هم‌چنین شبیه-سازی شکست سد با مخزن ذوزنقه‌ای با قاعده بزرگ 04/2 متر، قاعده کوچک 51/0 متر و ارتفاع 02/2 متر در کانال با بستر خشک صورت گرفته است و نتایج مدل برای دبی و عمق با همخوانی خوب با نتایج آزمایشگاهی ارائه شده است. شکست جزئی نامتقارن سد در بستر تراز جمله دیگر موارد بررسی شده در این تحقیق است که شبیه‌سازی شکست نامتقارن در مخزن با طول و عرض یک متر برای سه حالت ضریب شکل مختلف 1، 25/1 و 5/1 انجام گرفته است. هیدروگراف دبی و اشل برای حالات مختلف شبیه‌سازی شده است با افزایش ضریب شکل مقادیر دبی و تراز سطح آب به دلیل افزایش حجم مخزن افزایش یافته است. نتیجه‌گیری در این تحقیق مدل کامپیوتری در سیستم مختصات منحنی‌الخط با در نظر گرفتن معادلات آب‌های کم‌عمق و استفاده از روش‌های پرش‌قورباغه و لکس به‌صورت هم‌زمان برای پدیده شکست سد ارائه شده است. در شبیه‌سازی شکست ایده‌آل بر روی بستر با عمق پایاب مدل حاضر توانایی تقریب حل تحلیلی را با دقت بالا دارد. در شبیه‌سازی شکست در مخزن ذوزنقه‌ای بر روی بستر خشک نتایج مدل عددی حاضر با نتایج آزمایشگاهی هم‌خواهنی لازم را دارد. هم‌چنین در بررسی هدف اصلی تحقیق به بررسی نتایج مدل عددی حاضر برای شبیه‌سازی شکست جزئی نامتقارن سد با ضرایب شکل مختلف مخزن در بستر خشک پرداخته شده است که مشاهده گردید تراز سطح آب با تغییر ضرایب شکل در پی تغییر شکل دیواره‌های مخزن، نسبت به مخزن ساده افزایش پیدا می‌کند. هم‌چنین مقدار دبی در واحد عرض برای مخزن با ضریب شکل بزرگتر نسبت به مخزن با ضریب شکل کمتر مقداری بیشتر است.