شبیه‏سازی عددی الگوی جریان در بازه‏ای از پیچان‏رود طبیعی؛ مطالعه موردی رودخانه خشکه‏رود فارسان

چکیده این پایان‏نامه سعی دارد مزیت و اهمیت یک مدل عددی را به منظور پیش‏بینی و پایش فرایندهای حاکم بر جریان رودخانه‏ها که نوع تکامل‏یافته ژئومورفولوژی آبرفتی- سیلابی اند، نشان دهد. با توجه به اهمیت سرعت جریان آب و نیروهای تنش برشی بر فرسایش کناره‏های رودخانه، از یک مدل عددی دو بعدی تحت عنوان cche2d برای شبیه‏سازی الگوی جریان در بازه‏ای از پیچان‏رود طبیعی (رودخانه خشکه رود فارسان در 30 کیلومتری غرب شهرکرد) استفاده شد. الگوریتم و پارامترهای مختلفی برای جریان آب در یک مدل دینامیک محاسباتی بکار گرفته می شوند تا هدف شبیه‏سازی سه بعدی جریان آب را محقق سازند. با این هدف، به صورت آزمایشی به شبیه‏سازی الگوی جریان آب در بازه ای از یک پیچان‏رود طبیعی پرداخته شد و تغییرات الگوی جریان را در یک کانال مئاندری با یک خم بارز 180 درجه و رژیم جریان پایدار ارزیابی گردید. در این بررسی پس از نقشه برداری دقیق، نقشه های توپوگرافی با مقیاس مناسب از محدوده مورد مطالعه بدست آمد و سپس هندسه مدل و شبکه محاسباتی با ابعاد مختلف تهیه، و در نهایت بر اساس مشخصات اندازه گیری شده جریان رودخانه، مدل هیدرودینامیک دو بعدی متوسط عمق، اجرا و نتایجی همچون توزیع عمق و سرعت جریان در خم رودخانه استخراج گردید. در پایان، از دو معیار آماری r.m.s.e و m.a.p.e، داده های حاصل از شبیه‏سازی مدل عددی را در مقابل داده‏های مشاهده‏ای، مقایسه شد که خطای مدل برای پارامترهای سرعت، عمق و شیب انرژی با شاخص r.m.s.e به ترتیب 0334/0، 136/0 و 1 10*4 و با شاخص m.a.p.e به ترتیب 873/2، 254/10 و 67/3 درصد بود. نتایج بیانگر دقت بالا و خطای ناچیز مدل در پیش بینی پارامترهای جریان می باشد. به دلیل دقت بالای مدل و حجم پارامترهای ورودی دخیل در آن، نتایج ارزیابی مدل به خوبی با تخمین ها و شواهد تایید شدند و پارامترهای حاصله از پیش‏بینی مدل، تطابق خوبی با پارامترهای اندازه‏گیری شده در مقاطع طبیعی نشان می‏دهد. لذا، مدل cche2dاز قابلیت خوبی جهت پیش بینی مشخصات جریان در رودخانه های پیچان برخوردار است. بنابراین، بهره‏گیری از مدل‏های دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) برای مدل سازی جریان آب، ما را یک گام به پیش‏بینی های کلی‏تر برای فرایندهای حاکم بر جریان در رودخانه‏های پیچان‏رودی نزدیک‏تر می کند. با این وجود همیشه یک‏سری محدودیت ها و موارد غیر قابل پیش‏بینی در محاسبه دقیق پارامترهای شیب سطح آب و زبری رسوبات آبرفتی کناره‏ها و کف رودخانه برای انجام مدل‏سازی جریان توربولانس وجود دارند که شاید در آینده‏ای نه چندان دور مورد تحقیق و پژوهش قرار گیرد.