مدل‌‌سازی تغییرات ریخت‌شناسی رودخانه‌‌ی کر با استفاده از مدل CCHE2D (در پیچان‌‌رودهای سراب سد درودزن)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشگاه هرمزگان

2 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

3 استاد دانشکده‌‌ی محیط زیست، دانشگاه تهران

4 استادیار گروه علوم و مهندسی آبخیزداری، دانشگاه هرمزگان

چکیده

دگرگونی ریخت‌شناسی رودخانه‌‌ها به آسیب‌‌های جدی شامل تغییرات عرض و تصویر افقی آب‌راه، فرسایش و رسوب‌گذاری بستر و سواحل، خرابی سازه‌‌ها و ازدست‌رفتن زمین‌‌های باارزش منجر می‌‌شود. در این پژوهش از یک مدل عددی دوبعدی به نام CCHE2D، برای مدل‌‌سازی اثر الگوی جریان بر تغییرات رودخانه در بازه‌‌ای از پیچان‌رود طبیعی رود کر، حد فاصل پل عباس‌آباد و سد درودزن استان فارس بهره گرفته‌شده است. در این بررسی با بهره‌‌‌وری از نقشه‌‌های پستی‌وبلندی، هندسه‌ی مدل و شبکه‌ی محاسباتی با ابعاد مختلف تهیه شد و بر اساس مشخصات اندازه‎گیری‌شده‌ی جریان، مدل آب‌پویایی دوبعدی متوسط عمق، اجرا شد، و نتایجی همچون تغییرات عمق، سرعت جریان، جریان ثانویه و تنش برشی استخراج گردیدند. در پایان، با کاربرد دو معیار آماری RMSE و MAPE داده‎های حاصل از مدل‌سازی مدل عددی با داده‏های مشاهده‏ای مقایسه شدند. نتایج نشان دادند که این مدل در پیش‌بینى مقادیر فراسنج‌های جریان دقت مناسبی داشته و داده‌‌هاى مدل‌‌سازی‌شده به داده‌‌هاى حاصل از اندازه‌‌گیری صحرایی شباهت زیادی دارند. نتایج تغییرات الگوی جریان به‌عنوان یک شاخص مؤثر در پیش‌‌بینی رفتار هیدرولیکی و آب‌پویایی نشان می‌‌دهند با اصلاح مسیر و حذف پیچان‌رود در بازه‌‌های پیچان‌رودی رودخانه‌ی کر با تبدیل رودخانه از حالت پیچان‌رودی به مستقیم (حالت میان‌‌بری) از تخریب بیشتر زمین‌‌های کشاورزی جلوگیری می‌‌گردد، اما فرسایش کناره‌ها و کف بستر را افزون می‌کند که مستلزم هزینه‌ای به‌نسبت زیاد است. بهره‌گیری از مدل‌های پویای سیالات محاسباتی برای مدل‌سازی تغییرات رودخانه، محققان را یک گام به پیش‌بینی‌های کلی‌تر برای فرایندهای حاکم بر رودخانه‌های پیچان‌رودی نزدیک‌تر می‌کند. مدلCCHE2D  نیز از توانایی خوبی برای پیش‌‌بینی تغییرات رودخانه‌های پیچان‌رود برخوردار است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of the Kor River Morphological Changes Using the CCHE2D Model (Case Study: Meanders Upstream the Dorudzan Dam)

نویسندگان [English]

  • Abouzar Niknam 1
  • Gholamreza Khosravi 2
  • Ahmad Nohegar 3
  • Arashk Holisaz 4
1 MSc graduate Watershed Management, University of Hormozgan
2 PhD student Student Watershed Management Science and Engineering, University of Agriculture and Natural Resources, Gorgan
3 Professor of Environmental Engineering, Department of the Environment, Tehran University
4 Assistant Professor, Department of Watershed Management, University of Hormozgan
چکیده [English]

Morphological changes in rivers lead to serious damages, including changes in the width of the waterways, changes in the drainage plan, erosion and sedimentation of the bed and banks, structural failure and loss of valuable land. A two-dimensional numerical model called CCHE2D was used to simulate the effect of the flow pattern on the river bed changes in the reach of the natural floodplain of the Kor River between the Abbas Abad Bridge and the Dorudzan Bridge, the Province of Fars. The topographical maps of the study area, the geometry of the model, and the computational grid with different dimensions were prepared. Based on the measured flow parameters, a two-dimensional hydrodynamic model of the mean depth, performance and results such as the changes in depth, flow velocity, secondary flow and shear stress were extracted. Finally, two data sets of the RMSE and MAPE were compared using the numerical model simulation versus the collected data. The results showed that this model had a good accuracy in predicting the flow parameter values, ​​and the simulated data were similar to those obtained from field measurements. The results of changes in the flow pattern as an effective indicator in predicting the hydraulic behavior and hydrodynamics showed that by correcting the path and removing the bends in the clay meadows of the Kor River by straightening the meanders, the heavy erosion of meander most agricultural land will be prevented. It must be emphasized that straightening the waterway entails its lining with erosion-resisting materials. It can be seen that using the computational fluid dynamics for modeling the stream bed variations brings researchers closer to a more general predictions for governing the processes in riverine plains. Also, the CCHE2D model has a good ability to predict changes in meandering rivers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • meander
  • river morphology
  • roughness coefficient
  • simulation
  • the CCHE2D numerical model

Arman A, Zahiri J, Fattahi F. 2017. Simulation of Flow Pattern in 90 Degrees of the River with the Presence of a Split Series Using the CCHE2D Model, Journal of Water and Soil Conservation Studies, 24(3): 21–39. (In Persian).

Alizadeh A. 2006. Principles of Applied Hydrology, 19 th edition, Ferdowsi University of Mashhad. (In Persian).

Bambeichi S, Hosseini S, ghahreman B. 2010. Development of Regression Equations for Estimating Transmission Losses in Ephemeral Rivers of Ghara-Ghoom Catchment, Journal of Watershed Management Sciences and Engineering. 4 (11): 13–24. (In Persian).

Darvishzadeh F. 2017. Morphological study of Zohreh River using CCHE2D model, M.Sc.master's thesis, Shahrood University of Technology. (In Persian).

Faqih al-Islam Jahromi A, Mousavi Jahromi H. 2009. Numerical simulation of flow pattern and sediment flow around a spillway in a 180 degree arc by CCHE2D software, 8th international river engineering seminar, Shahid Chamran University of Ahvaz. (In Persian).

Ghaffari G, Soleimani G, Mosaedi A. 2006. Investigation of Channel Coastal Morphological Changes Using GIS (Babolrood Mazandaran). Geographical research. 57: 61–71. (In Persian).

Jia Y, Wang S. 2008. CCHE2D: A Two Dimensional Hydrodynamic and Sediment Transport Model for Unsteady Open Channel Flows Over Loose Bed. Technical Report CCHE TR-2, NCCHE, University of Mississippi.

Hasseb Fars Consultant Engineers. 2001. Exploratory Study on the Constructing of the Kor River in Fars province, Volume 2, Fars Regional Water Authority, Ministry of Energy.

Hasan Z, Ghani A, Zakaria N. 2007. Application of 2-D Modeling for Muda River Using CCHE2D, 2nd International Conference on managing River Basins.

Khosravi G. 2012. the numerical simulation of flow and sediment model CCHE2D (Case Study: meander downstream Minab) M.Sc.master's thesis, University of Hormozgan.

Nassar MA. 2011. Multi-parametric sensitivity analysis of CCHE2D for channel flow simulations in Nile River. Journal of Hydro-environment Research. 5 (3): 187–195.

Nohegar A, Jafarpoor A, Rostami M, Avand M. T. 2017. The Effect of Protective Structural Deflection on River Arc Using CCHE2D Model (Minab River Case Study), Echo hydrology Journal, 4(2): 615–626. (In Persian).

Taebi H, Shafahi Bajestani M. 2009. Numerical Simulation of flow by CCHE2D, Eighth International Seminar of River Engineering. (In Persian).

Telvari ER. 2004. Fundamentals of River Training and Engineering, Education Organization Soil Conservation and Watershed Management Research Institute. (In Persian).

Wu W, Wang S. 2008. Mathematical models for liquid-solid two-phase flow and Sediment, Int. J. Sediment Research. 15(3): 288–298.

Yamani M, Elmizade H, Maghsoodi M, Moghimi A, Nohegar A. 2011. Investigation of Pinnacle Change and Instability of Riverside Basin in the Northern Strait of Hormoz Strait. Quarterly Journal of Humanities. 70: 215. (In Persian).

Zhang Y, Jia Y.F. 2009. CCHE-MESH: 2D Structured Mesh Generator User’s Manual -Version 3.x, Technical Report No. NCCHE-TR-2009-01, Mississippi University, MS 38677.