بررسی تاثیر ضریب شکل مخزن بر امواج ناشی از شکست سد با استفاده از روش های پرش قورباغه و لکس در مختصات منحنی الخط

سابقه و هدف پیش بینی مولفه های 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 پیش بینی خصوصیات هیدرولیکی امواج ناشی از شکست سد با استفاده از روش های عددی انجام پذیرفته است. لزوم انجام این تحقیق، نیاز به گسترش دامنه پژوهش ها در حل عددی عوامل تاثیرگذار در پدیده شکست سد می باشد. در این تحقیق مدل کامپیوتری جامع در مختصات منحنی الخط برای انتقال فضای فیزیکی غیرمستطیلی به فضای محاسباتی توسعه داده شده است که با استفاده از روش تفاضل محدود صریح و استفاده هم زمان از الگوریتم های پرش قورباغه و لکس بر روی مش جابه جاشده معادلات حاکم بر آب های کم-عمق در مسئله شکست سد را حل می نماید. این عمل با افزایش تعداد نقاط درگیر در محاسبات و ایجاد ارتباط بیشتر بین آنها باعث می شود گرادیان های تیز هندسی و هیدرولیکی هموار شده و احتمال رخ دادن نوسان و عدم همگرایی کمتر شود. مواد و روش ها در این تحقیق معادله های مورد نظر، معادله های حاکم بر آب های کم عمق می باشند که با توجه به عدم توانایی سیستم مختصات کارتزین در انعکاس مرزهای نامنظم دامنه فیزیکی، در سیستم مختصات منحنی الخط بر روی شبکه جابه جا شده منفصل شده اند. روش منفصل سازی، روش صریح می باشد که به صورت همزمان از الگوریتم های پرش قورباغه ای و لکس بهره می جوید. یافته ها به منظور صحت سنجی مدل حاضر، مقایسه نتایج آن با انداره گیری های آزمایشگاهی یا با نتایج سایر مدل های عددی توسط محققان قبلی برای چندین مورد ارایه شده است. از جمله این موارد شکست ایده ال 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 شبیه سازی شده است. هم چنین شبیه-سازی شکست سد با مخزن ذوزنقه ای 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 شبیه سازی 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 شبیه سازی شده است با افزایش ضریب شکل مقادیر دبی و تراز سطح آب به دلیل افزایش حجم مخزن افزایش یافته است. نتیجه گیری در این تحقیق مدل کامپیوتری در سیستم مختصات منحنی الخط با در نظر گرفتن معادلات آب های کم عمق و استفاده از روش های پرش قورباغه و لکس به صورت هم زمان برای پدیده شکست سد ارائه شده است. در شبیه سازی شکست ایده آل بر روی بستر با عمق پایاب مدل حاضر توانایی تقریب حل تحلیلی را با دقت بالا دارد. در شبیه سازی شکست در مخزن ذوزنقه ای بر روی بستر خشک نتایج مدل عددی حاضر با نتایج آزمایشگاهی هم خواهنی لازم را دارد. هم چنین در بررسی هدف اصلی تحقیق به بررسی نتایج مدل عددی حاضر برای شبیه سازی 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 دیواره های مخزن، نسبت به مخزن ساده افزایش پیدا می کند. هم چنین مقدار دبی در واحد عرض برای مخزن با ضریب شکل بزرگتر نسبت به مخزن با ضریب شکل کمتر مقداری بیشتر است.

کلیدواژه ها:

شکست سد ، روش عددی پرش قورباعه و لکس ، مختصات منحنی الخط ، ضریب شکل مخزن