مدل سازی عددی-آزمایشگاهی پروفیل طولی سطح آب در محیط های متخلخل درشت دانه

مصالح سنگدانه ای، از مصالح پرکاربرد در ساخت سازه های آبی بوده و به دلیل هزینه کم و سازگار بودن با محیط زیست، معمولا مورد استفاده مهندسان و طراحان سازه های آبی، قرار می گیرد. این نوع مصالح اغلب در بدنه سد های سنگریزه ای برای کاهش آثار سیلاب در پایین دست رودخانه ها و زه کش های سنگی استفاده می شود. در این پژوهش، با استفاده از دو قطر سنگدانه و چهار دبی عبوری و دو طول محیط متخلخل، اقدام به به برداشت پروفیل های طولی جریان به صورت آزمایشگاهی شد. سپس با استفاده از معادله جریان متغیر تدریجی در کانال های روباز و روش های عددی اویلر، اویلر اصلاح و رانگ کوتا مرتبه ۴ اقدام به مدل سازی پروفیل طولی جریان و مقایسه با داده های آزمایشگاهی برداشت شده گردید. در این پژوهش، از معادله سرعت منفذی ویلکینز برای محاسبه شیب خط انرژی در حل معادله متغیر تدریجی استفاده گردید. در نهایت مشاهده شد که روش رانگ کوتا مرتبه ۴ که با دقت مرتبه ۴، نسبت به دو روش دیگر، تخمین بهتری با متوسط R۲ برابر با ۹/۰ و RMSE برابر با ۱۹/۱ سانتی متر برای تخمین پروفیل طولی جریان ارائه داد. علاوه بر این، سایر پارامتر های آماری همانند شاخص حداکثر خطا، میانگین قدر مطلق خطا، ضریب باقی مانده جرمی و شاخص کفایت نیز برای هر سه روش محاسبه و مشاهده شد که پارامتر های آماری مربوط به روش رانگ کوتا مرتبه ۴ دارای مقادیر بهتری نسبت به دو روش دیگر بود.

کلیدواژه ها:

پروفیل طولی ، معادله جریان متغیر تدریجی ، محیط متخلخل درشت دانه ، مدل سازی عددی