صنعتي اصفهان لي مهندسي عمران، دانشگاهبين الملكنگره نهمين

1391ماه ارديبهشت 19-21

١

آناليز جامع پارامترهاي موثر بر حركت موج سيالب با استفاده از

هاي غيردائمي حل عددي كامل معاالت حاكم بر جريان

2عليرضا حسين نژاد دوين، 1رضا براتي

هاي هيدروليكي)(زمينه سازه مهندسي آب- دانشجوي دكتري مهندسي عمران -1

سيستان و بلوچستان دانشگاهديار استا -2

R88Barati@gmail.com

خالصه

مدل موج باشند. بالياي طبيعي مي ترينمعمولها از سيالب گردد.هاي طبيعي استفاده ميسازي پديدههاي محيطي براي شبيهاز مدل موارددر اغلب

با اين وجود تاكنون تحقيق هاي است.بيني رفتار سيالبترين روش براي پيشهاي معادله اندازه حركت كاملتمامي ترمديناميكي با در نظر گرفتن

تحليل جامع تغيير پارامترهاي موثر جامعي براي بررسي اثرات تغيير پارامترهاي ورودي بر روي نتايج خروجي صورت نگرفته است. در مطالعه حاضر

اثرات خطاي پارامترهاي ورودي بر دهد كه صورت گرفته است. نتايج نشان ميكاربرد ميداني و آزمايشات عددي از طريق در روش موج ديناميكي

هاي خاص نظير مقادير كمتر ضريب زبري و يا مقادير بزرگتر شيب كف براي مشخصات هيدروگراف روي نتايج خروجي در بعضي موقعيت

روگراف و يا زمان تا اوج براي مشخصات كانال، مقادير بزرگتر ضريب زبري و يا شيب كف براي گام طراحي، مقادير بزرگتر فاكتور شكل هيد

باشد.مكاني و مقادير كوچكتر ضريب زبري و يا مقادير بزرگتر شيب كف براي گام زماني و پارامتر وزني، بيشتر مي

آزمايشات عددي. الگوي ضمني، الگوي صريح، روش مشخصات، موج سينماتيكي،كلمات كليدي:

مقدمه .1

هيدروليكي هاي آينده و تغييرات محيط را بر روي پاسخ هاي مديريتيهاي محيطي اثرات فعاليتتوانند با استفاده از مدلمي مديريت منابع آبمهندسين

تواند به صورت توان به رونديابي سيالب كه ميهاي موجود در زمينه مديريت منابع آب مياز مهمترين فعاليت محيط بررسي كنند.و هيدرولوژيكي

هرگاه معادله اندازه حركت به صورت كامل، يعني با هاي هيدروليكي در ميان روشهاي هيدروليكي و هيدرلوژيكي صورت پذيرد، اشاره نمود. روش

استفاده گردد، مدل مورد استفاده شده به صورت مدل هاي گراديان فشار، شتاب، ثقل و مقاومت جريان، در شبيه سازي سيالبدر نظر گرفتن تمامي ترم

براي مدل كردن روش موج ديناميكي هاي تفاضل محدود، المان محدود و روش مشخصات هاي متفاوتي از قبيل روشروش .]1[باشدموج ديناميكي مي

مطالعات . با اين وجود ]6و 5، 4[ اندگذشته مد نظر قرار گرفته هاي متفاوتي از اين مدل در تحقيقات. همچنيين جنبه]3و 2[اندمورد استفاده قرار گرفته

اهميت بررسي اثرات صورت گرفته است.نسبت به تغيير پارامترهاي ورودي ميكي اندكي بر روي بررسي حساسيت نتايج خروجي مدل موج دينا

توان تغييرات هاي ميبا انجام چنين بررسي. ]7[تاكيد شده استاي براي مديريت منابع آب به صورت گسترده بر روي نتايج خروجي پارامترهاي ورودي

ها به مهندسين امكان دريافتن اهميت اين بررسي. به عبارت ديگر ]8[خروجي مدل را به صورت كمي و كيفي به منايع مختلف تغييرات تخصيص داد

. ]9[دهد متغيرها و اثرات خطاهاي پارامترهاي ورودي را مي

در سپس ل موج ديناميكي پرداخته شده است. ابتدا به بررسي سه الگوي عددي براي شبيه سازي جريان سيالب با كمك مددر تحقيق حاضر

اثرات تغيير ضريب زبري، شيب كف، هيدروگراف ورودي، ابعاد شبكه محاسباتي و پارامتر وزني براي بررسي آزمايش عددي 1200در حدود مجموع

به عنوان معيار ارزيابي از فروكش اوج اند.مورد بررسي قرار گرفته نتايج خروجيهاي اينرسي و گراديان فشار بر اثرات ترم . در انتها نيزانجام شده است

اهميت مطالعه صورت گرفته در اين است كه نه تنها اثرات هر پارامتر ورودي بر روي نتايج سيالب و تاخير زماني اوج سيالب استفاده شده است.

مورد كنكاش قرار گرفته است.با تغيير ديگر پارامترها بر روي نتايج خروجي حث قرار گرفته است بلكه شدت اثرات تغيير هر پارامتر خروجي مورد ب

صنعتي اصفهان لي مهندسي عمران، دانشگاهبين الملكنگره نهمين

1391ماه ارديبهشت 19-21

٢

معادالت حاكم .2

به ترتيب توسط باشند كه معروف مي ،معادله پيوستگي و معادله اندازه حركت ،ونانتمعادالت سنت هاي متغير تدريجي بهجريانمعادالت حاكم بر

گردند. ) بيان مي2) و (1روابط (

Q A0

x t

∂ ∂+ =

∂ ∂ (1)

2

0 f

Q Q ygA S gAS 0

t x A x

∂ ∂ ∂ + + − + = ∂ ∂ ∂ (2)

Sfشيب كف رودخانه و S0عمق جريان، yشتاب گرانش، gمتغير زمان، tمسافت در طول كانال، xسطح مقطع جريان، Aدبي، Qكه در اين روابط

.گردد) محاسبه مي 3شيب اصطكاكي از رابطه ( زماني كه از رابطه مانينگ براي بيان مقاومت جريان استفاده شود، شيب اصطكاكي هستند.2

f 4 3

n V VS

R=

(3)

باشند.محيط مرطوب مي Pشعاع هيدروليكي و R=A/Pسرعت جريان، V=Q/Aضريب زبري مانينگ، nكه در آن

، صريح و روش مشخصاتضمني هايالگوي .3

وابسته استفاده در طرح هاي تفاضل محدود ضمني، مقادير در مراحل زماني معلوم و مجهول در تقريب مشتقات مكاني و زماني و همچنين در متغيرهاي

اند:مشتقات جزئي و ضرايب به صورت زير تقريب زده شده كه در آنباشدهاي رايج تفاضل محدود ضمني مياند. روش پريسمن از جمله روششده

( ) ( )( )n 1 n 1 n n

i 1 i i 1 i

1 1D D D 1 D D

2 2

+ ++ += θ + + − θ +

(4)

( ) ( )( )n 1 n 1 n n

i 1 i i 1 iD D 1 D DD

x x x

+ ++ +θ − − θ −∂

= +∂ ∆ ∆

(5)

( ) ( )n 1 n 1 n n

i i 1 i i 1D D D DD

t 2 t

+ ++ ++ − +∂

=∂ ∆

(6)

باشد. در مشتقات جزئي مي عموميپارامتر Dپارامتر وزني و θ، هاي مكاني و زمانينديسبه ترتيب ا nو iگام زماني، t∆گام مكاني، x∆در اين روابط

.]10[ شودمنجر به شماي جعبه مي =θ 5/0منجر به شماي كامالً ضمني و =θ 1پايدار است. فاكتور وزني بدون قيد 1تا 5/0بين θاين روش براي

ان در هر گره شبكه محاسباتي بدستمعادالت جبري صريح براي تعيين شرايط جري هاي تفاضل محدود صريح،در طرحاز سوي ديگر

اند:مشتقات جزئي و ضرايب به صورت زير تقريب زده شده كه در آن هاي تفاضل محدود صريح استآيند. شماي الكس از جمله طرحمي

( )n n

i 1 i 1

1D D D

2− += +

(7)

( )n n

i 1 i 1D DD

x 2 x

+ −−∂=

∂ ∆ (8)

( )n 1 n n

i i 1 i 1D 0.5 D DD

t t

+− +− +∂

=∂ ∆

(9)

معادالت مشخصات براي جريان استفاده نمود. در اين روش، روش مشخصاتتوان از عالوه بر موارد فوق براي مدل كردن روش موج ديناميكي مي

غيردائمي به صورت زير است:

0 f

V V g V V(V c) (V c) g(S S )

t x c t x

∂ ∂ ∂ ∂ + + + + + = − ∂ ∂ ∂ ∂ (10)

0 f

V V g V V(V c) (V c) g(S S )

t x c t x

∂ ∂ ∂ ∂ + − − + − = − ∂ ∂ ∂ ∂ (11)

cكه در اين روابط gA T= توان به فرم تفاضل محدود تبديل نمود. به اين ترتيـب كـه در معادلـه نخسـت از اين معادالت را مي است. سرعت موج

dx dt V c= dx(يعني مشخصه مثبت) و در معادله دوم از+ dt V c= . استفاده نمائيم x-t(يعني مشخصه منفي) در صفحه −

صنعتي اصفهان لي مهندسي عمران، دانشگاهبين الملكنگره نهمين

1391ماه ارديبهشت 19-21

٣

از شرط كورانت به عنوان قيد هاي زمانيها در همه گامبراي همه گرهروش مشخصات و همچنين در مانند شماي الكسالگوهاي صريح در

شود.) استفاده مي12داري مطابق رابطه (پاي

xt

V c

∆∆ ≤

m (12)

cكه در اين رابطه gD= وD باشد. عمق هيدروليكي مي

حاكمفرم تفاضل محدود معادالت پيوستگي و اندازه حركتبا جايگذاري مشتقات و ضرايب در معادالت هاي ارائه شده در تمامي الگو

به صورت دائمي به عنوان شرط آغازين جريان باشد كه براي كامل شدن دستگاه معادالت شرايط آغازين و دو شرط مرزي الزم مي حاصل خواهد شد.

دستبه عنوان شرط مرزي پايينمنحني دبي اشل يك به يك و هيدروگراف باالدست به عنوان شرط مرزي باالدست و همچنين در نظر گرفته شده است

دستگاه الگوي ضمني در اين است كه سازيمدل مشكلدهد كه نشان مي هاي ضمني، صريح و روش مشخصاتالگويمقايسه بين . انداستفاده شده

ندارند. از سوي ديگر چنين نيازيدو روش ديگر باشند در حاليكه هاي تكراري مانند نيوتن رافسون قابل حل ميمعادالت حاصل با استفاده از تكنيك

شماها از باشد. در اين تر از شماهاي تفاضل محدود ضمني ميبه مراتب سخت و مشخصات مدل كردن شرايط مرزي در شماهاي تفاضل محدود صريح

آمده است. ]1[تر حل سه الگو در توضيحات كامل .گرددمعادالت مشخصه مثبت و منفي به ترتيب در پايين دست و باالدست استفاده مي

ميدانيبا شرايط هامدل سازيمقايسه نتايج شبيه .4

به مدل با شرايط واقعي پديده مورد بحث هماهنگي دارد يا خير.بررسي شود كه بايست سازي يكي پديده طبيعي ميقبل از استفاده يك مدل براي شبيه

سازي و همچنين انتخاب بهترين مدل موج ديناميكي (از ميان الگوهاي تفاضل محدود صريح الكس و هاي ميداني و نتايج مدلمنظور مقايسه مشاهده

اي از رودخانه كارون استان خوزستان استفاده شده است. بازه مورد هاي بازهضمني پريسمن و روش مشخصات) براي انجام آزمايشات عددي، از داده

هاي مالثاني تا حد فاصل ايستگاه 00011/0و شيب بستر 025/0متر، ضريب زبري مانينگ 5/276كيلومتر، عرض سطح آب 5/60نظر داراي طولي برابر

هاي ورودي و رونديابي شده به كمك خانه استفاده شده است. هيدروگرافپيكه و چندپيكه اين رودباشد. براي ارزيابي از دو سيالب تكاهواز مي

سازي اين دو اند.با توجه به نتايج شبيهنشان داده شده 2و 1هاي هاي تك و چند پيكه به ترتيب در شكلهاي مختلف موج ديناميكي براي سيالبمدل

ها تهيه شده از هماهنگي مناسبي با مقادير شود كه مدلرباز و كارون مشاهده ميهاي دارلينگ، سهاي رودخانهسيالب و هشت سيالب ديگر براي بازه

شود كه سه الگوي پريسمن، الكس و مشخصات از . همچنين مشاهده مي]3[ باشندمشاهداتي در محدوده وسيعي از پارامترهاي ورودي برخوردار مي

بيني دهد الگوي پريسمن، با توجه به قابليت تغيير پارامتر وزني، در پيشتر نشان ميدقيقهاي لحاظ دقت در سطح تقريباً برابري قرار دارند ولي بررسي

نمايد. بعالوه با توجه به اينكه در اين روش نيازي به كنترل شرط كورانت كه موجب زياد شدن زمان انجام موثرتر عمل مي مقدار دبي اوج هيدروگراف

هاي الكس و مشخصات در باشد و همچنين پايداري باالتر الگوي پريسمن نسبت به روشگردد، نميي ميمحاسبات به دليل افزايش تعداد گام زمان

آزمايشات عددي براي بررسي تحليلي پارامترهاي موثر بر حركت موج سيالب از روش پريسمن استفاده شده است.

مقادير مشاهداتي با پيكه رودخانه كارونسازي هيدروگراف تكشبيهمقايسه نتايج - 1شكل

صنعتي اصفهان لي مهندسي عمران، دانشگاهبين الملكنگره نهمين

1391ماه ارديبهشت 19-21

٤

با مقادير مشاهداتي پيكه رودخانه كارونچندسازي هيدروگراف شبيهمقايسه نتايج - 2 شكل

آزمايشات عددي .5

بايست نحوه پاسخ مدل نسبت به تغيير پارامترهاي ورودي به درسـتي مـورد بررسـي قـرار هاي محيطي ميسازي پديدههنگام استفاده از يك مدل براي شبيه

آزمايش رونديابي بر اساس تركيب مشخصات متفـاوت كانـال (شـيب بسـتر و ضـريب زبـري)، مشخصـات متفـاوت 1200بيش از در تحقيق حاضر گيرد.

وت در جريان (زمان تا اوج و فاكتور شكل هيدروگراف)، مشخصات متفاوت مدل (گام زماني، گام مكاني و پارامتر وزني) و معادلـه انـدازه حركـت متفـا

به عنوان شرط مرزي باالدست از هيدروگراف توليد شـده توسـط توزيـع كيلومتر اجرا شده است. 30متر و طول 50نال با مقطع مستطيلي به عرض يك كا

.)، استفاده شده است13( رابطهچهار پارامتري پيرسن نوع سه، 1

p1

base p b

p

(1 t T )tQ(t) Q (Q Q )( ) exp

T 1

γ−−

− = + γ −

(13)

دهند. فاكتور شكل هيدروگراف ورودي را نشان مي γپارامتر زمان و tزمان تا اوج، Tpدبي اوج، Qpدبي پايه، Qbدر اين رابطه

، 02/0 ، محـدوده ضـريب زبـري مانينـگ شـامل (m/km)3، 2، 1، 8/0، 5/0، 4/0، 2/0، 1/0در آزمايشات عددي محـدوده شـيب بسـتر شـامل

03/0 ،04/0 ،05/0 ،06/0(s/m1/3) 20، 15، 5، محدوده زمان تا اوج هيدروگراف ورودي شامل (h) 05/1هيدروگراف شـامل ، محدود پارامتر شكل ،

و محـدوده (km) 5، 3، 5/2، 2، 5/1، 1، 5/0، محـدوده گـام مكـاني شـامل (s) 1800، 1500، 900، 600، 300، محدوده گام زماني شامل (-)5/1، 25/1

متر مكعـب بـر ثانيـه در نظـر 500و 100دبي پايه و دبي اوج به ترتيب اند. همچنين در نظر گرفته شده (-) 1، 9/0، 8/0، 7/0، 6/0، 5/0پارامتر وزني شامل

له اندازه حركت عالوه بر معادله ممنتم به صورت كامل از معادله ساده شده موج سـينماتيكي (بـدون هاي معادبراي بررسي اثرات ترمبعالوه اند. گرفته شده

هاي اينرسي و گراديان فشار) نيز استفاده شده است.ترم

و بحثنتايج .6

بـر اسـاس تغييـرات آنهـا در دنيـاي واقعـي محدوده تغيير پارامترها در آزمايشات عددي براي اهداف مختلـف و پيش از بررسي نتايج شايان ذكر است كه

هـاي ورودي متفـاوت، متغيـر در براي توليـد هيـدروگراف ضريب شكل هيدروگرافدو پارامتر زمان تا اوج و اند. به عنوان نمونه مورد استفاده قرار گرفته

عـالوه بـر پهـن شـدن هيـدروگراف ورودي بـازوي Tpايش همچنين با افز .گرددتر ميهيدروگراف ورودي پهن و كشيده γاند. با افزايش نظر گرفته شده

تواند انتقال دهنـده اثـرات عـواملي همچـون مسـاحت حـوزه، شـكل حـوزه، مورفولـوژي گردد. تغييرات اين دو پارامتر ميتر ميباالروندي آن نيز طوالني

هـاي كـوچكتر تر نسبت بـه حـوزه هاي بزرگف در حوزهرودخانه، خاك و پوشش گياهي و شدت و مدت بارندگي باشد. به عنوان مثال شكل هيدروگرا

باشد و يا اينكه هر اندازه مدت بارندگي بيشتر باشد با توجه به اشباع شدن خاك و افزايش سهم روانـاب هيـدروگراف شـكلي كشـيده تر ميتر و پخكشيده

هـاي مت اصطكاكي جريـان اسـت در دنيـاي واقعـي داراي عـدم قطعيـت تعيين ضريب زبري مانينگ كه بيان كننده مقاو كند.با پايه زماني طوالني پيدا مي

باشد. بنابراين تعيين مقدار مناسب ضـريب زبـري و بررسـي اثـرات باشد. به عنوان نمونه تغيير فصل از جمله عوامل موثر بر مقدار اين پارامتر ميفراواني مي

باشـد. بـه علـت ان كننده اثرات نيروي ثقل بر روي شبيه سازي جريان غير دائمـي مـي باشد. پارامتر شيب كف بيآن بر روي نتايج خروجي امري روشن مي

صنعتي اصفهان لي مهندسي عمران، دانشگاهبين الملكنگره نهمين

1391ماه ارديبهشت 19-21

٥

هـا دارد. همچنـين يكـي سازي سيالبباشد. بنابراين مقدار شيب كف نقش اساسي در شبيههاي باز ميسطح آزاد نيروي ثقل عامل محركه در جريان كانال

باشـد. از ايـن رو مي θمناسب ابعاد شبكه محاسباتي و پارامترهاي وابسته به مدل مانند پارامتر وزني هاي عددي تعيين مقاديراز مراحل مهم استفاده از روش

هـاي مختلـف باشد. بعالوه بررسي اثرات تغيير پارامترها با در نظـر گـرفتن تـرم هاي مدل حائز اهميت ميبررسي اثرات تغيير اين پارامترها بر روي خروجي

ان قابل توجه باشد. بنابراين از مدل ساده شده موج سـينماتيكي نيـز در آزمايشـات اسـتفاده شـده اسـت. از طـرف ديگـر بعضـي تومعادله اندازه حركت مي

اند. همچنين پارامترهـاي نظيـر عـرض بسـتر و شوند در اين مطالعه تغيير داده نشدهپارامترها مانند دبي اوج و طول بازه كه بر اساس هدف پروژه انتخاب مي

اند.. لذا پارامترهاي اخير در مطالعه حاضر تغيير داده نشده]3[ هاي پيشين اثرات ناچيزي بر روي نتايج خروجي دارندمطابق پژوهش دبي پايه

هـا بـه ترتيـب بـراي كنتـرل ) استفاده شده است. اين معيـار 15، (رابطه η، تاخير -2 و )14، (رابطه ε، فروكش -1 هايبراي ارزيابي نتايج از معيار

. اندباشند، در نظر گرفته شدهزمان تا اوج كه از جمله پارامترهاي اساسي مديريت سيالب مي و اوج دبي

( ) po

pi

Q% (1 ) 100

Qε = − ×

(14)

( ) pi

po

T% (1 ) 100

Tη = − ×

(15)

خروجـي و ورودي هاي به ترتيب زمان تا اوج هيدروگراف Tpiو Tpoو هاي خروجي و وروديبه ترتيب دبي اوج هيدروگرافQpiو Qpoدر اين روابط

كند، در حاليكـه تـاخير و كشيده شدن هيدروگراف سيالب در حين انتشار آن به سمت پايين دست اشاره ميپايين افتادگي دبي اوج بهفروكش باشند. مي

ت ديگر به عنوان معيار ارزيـابي گردد. از سوي ديگر اين معيارها در تحقيقاهاي پايين دست نسبت به باالدست بر ميبه تعويق زمان تا اوج در هيدروگراف

.]11[ اندعملكرد مدل رونديابي سيالب مورد استفاده قرار گرفته

3هـاي براي تغييرات پارامترهاي ضريب زبري، شيب كف، زمان تا اوج و فاكتور شكل هيدروگراف در شكلنتايج حاصل از آزمايشات عددي

باشـد تـا معيـار دهد كه بيشتر اثرات تغيير پارامترها بر روي معيار فـروكش مـي ور كلي نتايج نشان ميبه ط .آزمايش عددي) 360(نتايج ارائه شده است 4و

باشد. به اين ترتيـب كـه دهد كه اثرات تغييرات ضريب زبري و شيب كف بر روي معيارهاي فروكش و تاخير عكس هم ميمينتايج نشان همچنين تاخير.

كـه يابند. به عبـارت ديگـر هيـدروگراف خروجـي زمـاني افزايش مي ،ضريب زبري و يا كاهش دادن شيب كف فروكش و تاخير سيالب با افزايش دادن

شايان ذكر اسـت كـه نتـايج آزمايشـات عـددي بـا باشد.داراي حالت تيز تري مي ،شودشود و يا ضريب زبري كاهش داده ميميشيب كف افزايش داده

اثرات تغييرات فاكتور شكل هيدروگراف و زمـان تـا اوج از طرف ديگر نتايج حاكي از آن است كه باشد.ميهاي طبيعي سازگار نتايج حاصل از رودخانه

گـردد در حـالي كـه در ارتبـاط بـا معيـار باشند. به اين ترتيب كه اين معيار با افزايش دو پارامتر اخير دچار كاهش مـي در ارتباط با معيار فروكش مشابه مي

باشد. به اين ترتيب كه معيار تاخير با افزايش فـاكتور شـكل ارامترهاي فاكتور شكل هيدروگراف و زمان تا اوج مخالف يكديگر ميتاخير اثرات تغييرات پ

گردد.هيدروگراف و يا كاهش زمان تا اوج هيدروگراف ورودي دچار افزايش مي

بـر ايـن اسـاس كنـد. نتايج خروجي با تغيير ديگر پارامترها تغيير ميدهد كه شدت اثرات تغيير هر پارامتر بر روي تر نشان ميدقيق تجزيه و تحليل

بر روي معيارهاي فروكش و تاخيربراي مقادير بزرگتر فاكتور شكل هيدروگراف و زمان تا اوج افـزايش و يا شيب كف اثرات تغيير ضريب زبري مانينگ

انينگ و شيب كف (مشخصات كانال) زمـاني كـه فـاكتور شـكل هيـدروگراف و به عبارت ديگر حساسيت نتايج نسبت به تغييرات ضريب زبري ميابد. مي

بـه ايـن صـورت براي نمونه گردد. مفهوم فيزيكي اين تغييرات در دنياي واقعيشوند، زيادتر ميزمان تا اوج (مشخصات حوضه و سيالب) افزايش داده مي

هـاي تـر نسـبت بـه حوضـه هـاي طـوالني تـر و يـا بـارش هـاي وسـيع براي حوضهحساسيت نتايج نسبت به تغيير ضريب زبري مانينگ و شيب كف است كه

بـر روي نتـايج خروجـي در و شـيب كـف بـه عبـارت ديگـر خطـاي تخمـين ضـريب زبـري مانينـگ باشـد. تر، بيشتر مـي هاي كوتاهتر و يا بارشكوچك

تالش بيشتري بـراي بايست ميهاي خروجي دارد. بنابراين در چنين موقعيتتراثرات بيشتري بر روي نتايج هاي طوالنيتر و يا براي بارشهاي وسيعحوضه

شايان ذكر است كـه اثـرات تغييـر ضريب زبري و شيب كف در هنگام استفاده از روش موج ديناميكي صورت پذيرد. پارامترهاي كاهش خطا در تخمين

باشد و بر اساس مقدار زمان تا اوج و فـاكتور شـكل هيـدروگراف نمي ضريب زبري بر روي شيب كف و بر عكس از روند كلي و جهت داري برخوردار

گردد.گاه با افزايش و گاه با كاهش روبرو مي

افزايش شيب كف و يا كـاهش ضـريب زبـري مانينـگ، افـزايش زمان تا اوج بر روي نتايج خروجي باو فاكتور شكل هيدروگرافاثرات تغيير

يج نسبت به تغييرات فاكتور شكل هيدروگراف و زمان تـا اوج (مشخصـات حوضـه و سـيالب) هنگـامي كـه ضـريب به عبارت ديگر حساسيت نتا يابد.مي

تـوان نتيجـه گرفـت كـه خطاهـاي ناشـي از يابـد. بـه ايـن ترتيـب مـي شود، افزايش مـي شيب كف افزايش داده ميشود و يا زبري مانينگ كاهش داده مي

هـاي توليـد هيـدروگراف واحـد مصـنوعي نظيـر روش اشـنايدر، روش سـازمان حفاظـت خـاك تفاده از روشتوانند با اسهاي طراحي كه ميهيدروگراف

تـري دارنـد. عـالوه بـر هاي با شيب تندتر ويا با مقدار كمتر زبري بستر، اثرات قابل توجهتوليد گردند، بر روي نتايج خروجي براي رودخانه و غيره آمريكا

صنعتي اصفهان لي مهندسي عمران، دانشگاهبين الملكنگره نهمين

1391ماه ارديبهشت 19-21

٦

باشد. به اين ترتيب كـه حساسـيت نتـايج نسـبت بـه تغييـر وگراف بر روي زمان تا اوج و بر عكس به صورت مستقيم مياين اثرات تغيير فاكتور شكل هيدر

يابد و برعكس.افزايش ميزمان تا اوج با افزايش فاكتور شكل هيدروگراف

ارائـه شـده اسـت. 1 معيار فروكش در جـدول براي تغييرات گام زماني بر روي نتايج حاصل از آزمايشات عددي به عنوان نمونه و برا ي اختصار

آزمـايش عـددي). نتـايج نشـان 500شود (حـدود نتايج براي گام مكاني و پارامتر وزني براي معيارهاي فروكش و تاخير فقط به صورت توصيفي ارائه مي

ت اثـر قابـل تـوجهي در ارتبـاط بـا معيـار تـاخير نـدارد. دهد تغييرات گام مكاني اثراتي هرچند اندك بر روي معيار فروكش دارد درحاليكه اين تغييـرا مي

هـاي بـا شـيب يابد در حالي كه ايـن معيـار بـراي كانـال هاي با شيب تندتر افزايش ميشود معيار فروكش براي كانالزماني كه گام مكاني افزايش داده مي

ر اكثر موارد به صورت يكه رابطه درجه دوم ضـريب همبسـتگي نزديـك يابد. شايان ذكر است كه رابطه معيار فروكش و گام مكاني دتر كاهش ميماليم

دهد كه تغييرات گام زماني اثرات قابل توجهي در ارتباط با هر دو معيار ارزيابي بر روي نتايج از خـود نشـان باشد. از طرف ديگر نتايج نشان ميبه يك مي

يابـد. در مقابـل روكش در همه موارد بار رابطه خطي بـا ضـريب همبسـتگي بـاال افـزايش مـي شود، معيار فدهد. هنگامي كه گام زماني افزايش داده ميمي

تغييرات پارامتر وزني اثرات قابل تـوجهي در ارتبـاط بـا در حاليكهكند. عالوه بر اين موارد، رابطه بين گام زماني و معيار تاخير از روند خاصي پيروي نمي

باشـد. بـه عبـارت ديگـر معيـار بطه بين معيار فروكش و فاكتور وزني مشـابه رابطـه معيـار فـروكش و گـام زمـاني مـي را ،دهدمعيار تاخير از خود نشان نمي

يابد.فروكش با افزايش فاكتور وزني به صورت رابطه خطي با ضريب همبستگي برابر يك افزايش مي

شكل هيدروگراف بر معيار فروكش سيالبفاكتور و ، زمان تا اوجكف، ضريب زبريشيب اثرات تغيير پارامترهاي- 3 شكل

تاخير سيالبشكل هيدروگراف بر معيار فاكتور و ، زمان تا اوجكف، ضريب زبريشيب اثرات تغيير پارامترهاي- 4 شكل

صنعتي اصفهان لي مهندسي عمران، دانشگاهبين الملكنگره نهمين

1391ماه ارديبهشت 19-21

٨

گيرينتيجه .7

هاي تفاضل محدود پريسمن و الكس و روش مشخصات، حاضر ابتدا پس از بررسي ميداني شماهاي مختلف روش موج ديناميكي شامل روشدر تحقيق

وابسته به هايو ترم طي يك سري آزمايشات عددي براي بررسي تحليلي اثرات پارامترهاالگو روش تفاضل محدود ضمني پريسمن به عنوان كاراترين

اثرات تغيير براي بررسي آزمايش عددي 1200 در حدود مورد استفاده قرار گرفته است. در مجموع و معادله ممنتم، مدل عددي ،بازه مشخصات سيالب،

تاثير همزمان تغيير اين پارامترها شده است. همچنين انجامهيدروگراف ورودي، گام مكاني، گام زماني و پارامتر وزني شكل ضريب زبري، شيب كف،

اند. طبق هاي اينرسي و گراديان فشار بر پارامترهاي اساسي مديريت سيالب مورد بررسي قرار گرفتهاثرات ترم هم مد نظر قرار گرفته است. بعالوهبر روي

ه در هاي ده حادثه سيالب رخ دادسازي هيدروگرافسازي در اين كانال مصنوعي با نتايج شبيهحاصل از شبيهكلي هاي صورت گرفته نتايج بررسي

بنابراين نتايج آزمايشات قابل .]3[ باشدباشند، مشابه ميهاي سرباز، كارون و دارلينگ كه البته در محدوده كوچكتر از پارامترهاي ورودي ميرودخانه

-رتبهدهد كه كانال نشان مينتايج در ارتباط با حساسيت نتايج نسبت به تغيير مشخصات حوضه، سيالب و تحليل باشد.هاي طبيعي ميتعميم به رودخانه

ت بندي اهميت پارامترها براي معيار فروكش به صورت فاكتور شكل هيدروگراف، زمان تا اوج، ضريب زبري و شيب كف و براي معيار تاخير به صور

همزمان در نظر گرفته شود اگر اثرات دو معيار فروكش و تاخير به صورت باشد.زمان تا اوج، ضريب زبري، شيب كف و فاكتور شكل هيدروگراف مي

توان گفت اثرات عوامل وابسته به شكل هيدروگراف (فاكتور شكل هيدروگراف و شود. به اين ترتيب ميبندي به صورت حالت اول تكرار مياين رتبه

باشد.روي نتايج خروجي، بيشتر ميبر (شيب كف و زبري مانينگ) نسبت به اثرات عوامل وابسته به مشخصات هندسه و سطح بستر رودخانهزمان تا اوج)

بندي اهميت پارامترها به صورت فاكتور وزني، گام زماني و گام مكاني است.همچنين در ارتباط با پارامترهاي وابسته به مدل موج ديناميكي رتبه

مراجع .8

"،به كمك شماهاي صريح، ضمني و روش مشخصاتحل عددي رونديابي موج ديناميكي سيالب "). 1389( ،ا. ،غ.، و وحدت ،ر.، اكبري ،براتي .١

نهمين كنفرانس هيدروليك ايران. دانشگاه تربيت مدرس. تهران.

2. Akbari, G.H. Nezhad, A.H. and Barati, R., (2011), “Developing a model for analysis of uncertainties in prediction of floods,” Journal of Advanced Research, doi:10.1016/j.jare.2011.04.004 (in press).

3. Akbari, G.H. and Barati, R., (2011), “Comprehensive analysis of flooding in ignored catchments,” accepted for publication in ICE - Water Management, England (in press).

4. Venutelli, M., (2002), “Stability and accuracy of weighted four-point implicit finite difference schemes for open channel flow,” Journal of Hydraulic Engineering, 128 (3), 281-288.

5. Venutelli, M., (2011), “Analysis of dynamic wave model for unsteady flow in an open channel,” Journal of Hydraulic Engineering, 137 (9), 1072-1078.

6. Zhang, Y., (2005), “Simulation of open channel network flows using finite element approach,” Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 10 (5), 467–478.

7. American Society of Civil Engineers (ASCE), (2008), “Comments of the American Society of Civil Engineers on the proposed revisions to the economic and environmental principles and guidelines for

water and related land resources implementation studies,” Washington, DC.

8. Refsgaard, J.C., van der Sluijs, J.P., Højberg, A.L., and Vanrolleghem, P.A., (2007), “Uncertainty in the environmental modelling process — A framework and guidance,” Environmental Modelling & Software, 22 (11), 1543-1556.

9. U.S. Environmental Protection Agency (USEPA), (2003), “Draft guidance on the development, evaluation, and applications of regulatory environmental models,” The Council for Regulatory Environmental Modeling.

10. Akan, A.O., (2006), “Open Channel Hydraulics,” Elsevier.

11. Perumal, M., and Sahoo, B., (2007), “Volume conservation controversy of the variable parameter Muskingum–Cunge method,” Journal of Hydrologic Engineering, 134(4), 475–485.

12. Moramarco, T. Pandolfo, C., and Singh, V.P., (2008), “Accuracy of kinematic wave approximation for flood routing. II. Unsteady analysis,” Journal of Hydrologic Engineering, 13 (11), 1089-1096.