شبیه سازی جریان یک بعدی پایدار و ناپایدار در رودخانه ها (مطالعه موردی : رودخانه دانوب)

کاربرد مدل های ریاضی در طرح های مهندسی رودخانه اجتناب ناپذیر است. مدل یک بعدی hec-ras، با بهره گیری از حداقل اطلاعات صحرائی و حجم محاسباتی اندک، کاربرد گسترده ای در مطالعات تعیین بستر و ساماندهی رودخانه ای ایران دارد. هدف اصلی در تحقیق حاضر، ارزیابی کاربرد مدل hec-ras برای شرایط جریان پایدار و ناپایدار، در یک رودخانه بزرگ (رودخانه دانوب)، با داده های شاهد بوده است. تحلیل حساسیت مدل به داده های ورودی و تنظیمات مدل، از اهداف دیگر این بررسی بوده است. نتایج مدل همچنین با نتایج مشابه از مدل مورفودینامیکی و یک بعدی rubarbe، در شرایط یکسان (هندسی و هیدرولیکی) مقایسه گردیده است. رودخانه دانوب به طول 2860 کیلومتر و سطح حوزه آبریز 817000 کیلومترمربع، بعد از رود ولگا بزرگ ترین رودخانه اروپا است. این رودخانه از black forest در آلمان سرچشمه گرفته و بعد از عبور از 10 کشور اروپایی در نهایت به black sea وارد می¬شود. بازه مورد مطالعه، حدود 42 کیلومتر از رودخانه دانوب، در پایین¬دست سد hpp در اسلواکی می¬باشد. در شرایط جریان پایدار مدل hec-ras برای نه شرایط مختلف جریان (891 تا 9125 متر مکعب بر ثانیه) اجرا شد. پارامترهای مشترک جریان (تراز سطح آب، عرض سطح آب، سرعت متوسط، عدد فرود و تنش برشی متوسط) مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج مدل در بخش تراز سطح آب تطابق خوبی با داده های شاهد داشته است. با افزایش دبی، ارتفاع سطح آب در مقاطع پایین¬دست به میزان بیشتری نسبت به مقاطع بالادست افزایش یافته است. در 20 کیلومتر پایین¬دست بازه، سرعت متوسط جریان به میزان قابل توجهی کمتر از نیمه¬ی بالادست بازه می¬باشد. بیشترین تغییرات عدد فرود در دبی 891 متر مکعب بر ثانیه می¬باشد؛ که از 0/09 تا 0/24 تغییر می کند. بیشترین مقدار تنش برشی در بازه پایین دست است. در شرایط جریان ناپایدار، مدل hec-ras برای سه سناریو جریان سیلابی ورودی به بازه (هیدرو گراف 30 روزه و 160 روزه، و 14 ساله) اجرا گردید. ارتفاع سطح آب برای هیدرو گراف 14 ساله به میزان قابل توجهی بالاتر از دو حالت دیگر می¬باشد. برای سه شرایط فوق، تغییرات عرض سطح آب تا حد زیادی تطابق دارد. پروفیل سطح آب شبیه سازی شده با مدل hec-ras در هفت شرایط مختلف جریان پایدار (891 تا 9125 متر مکعب بر ثانیه)، با نتایج مشابه از مدل rubarbe؛ و با تراز سطح آب مشاهداتی در طول بازه، مقایسه گردید. برای پروفیل سطح آب، تطابق قابل قبولی وجود دارد. بیشترین تطابق در دبی 891 مترمکعب بر ثانیه است. در این بررسی، حساسیت مدل hec-ras به هفت عامل: (1) شرایط اولیه جریان پایدار و ناپایدار در بالادست؛ (2) شرایط مرزی پائین و بالادست؛ (3) نوع رژیم جریان؛ (4) تراکم مقاطع عرضی؛ (5) نواحی جریان موثر؛ (6) ضریب زبری؛ و (7) ضرائب تبدیل جریان، بررسی گردید. برای هر یک از هفت عامل، متوسط خطای نسبی برآورد پارامترهای مشترک جریان، نسبت به شرایط مرسوم مدل¬سازی مقایسه و ارزیابی گردیده است. بیشترین حساسیت مدل در انتخاب شیب بازه برای شرایط مرزی جریان نرمال می¬باشد. از میان پارامترهای جریان نیز، بهترین تطابق در ارتفاع سطح آب است. براساس مقایسه تراز سطح آب با ارتفاع سواحل مجرای اصلی رودخانه، جریان مقطع پر در طول بازه رودخانه دانوب در اسلواکی، معادل دبی 2000 مترمکعب بر ثانیه ارزیابی گردیده؛ که بعنوان بده آستانه سیلاب رودخانه در نظر گرفته می شود. نتایج کاربرد دو مدلhec-ras و rubarbe، نیز بده جریان 2000 مترمکعب بر ثانیه را تائید می نماید.