مدل سازی یک بعدی و دو بعدی هیدرودینامیک جریان در رودخانه کارون

هیدرولیک جریان با تاثیر گذاشتن بر روی انتقال رسوبات و شکل آبراهه به عنوان مهمترین عامل تغییرات مرفولوژی رودخانه به حساب می­آید (Wang et al. 2018). بر همین اساس شبیه­سازی هیدرولیک جریان در رودخانه­ها از جمله موارد مهم در تمامی پروژه­های مهندسی رودخانه به­حساب می­آید. جهت مدل­سازی هیدرولیک جریان در رودخانه­ها مدل­های متعدد و متنوعی با فرضیات و روش­های عددی مختلف توسعه یافته و مورد استفاده قرار می­گیرد. روش­های نوین ارائه شده از تکنیک­های مختلفی از قبیل سنجش از دور، سیستم اطلاعات جغرافیایی و مدل­های هیدرولیکی و هیدرولوژیکی جهت مدل­سازی جریان رودخانه سود می­برند (Merkuryeva et al. 2015). جریان در رودخانه­ها معمولا از حالت یک بعدی تبعیت می­کند به همین دلیل اغلب مدل­های موجود از قبیل MIKE 11 و نسخه­های قدیمی HEC-RAS^[1] ازحل معادلات یک بعدی سنت ونانت جهت شبیه­سازی جریان در رودخانه­ها استفاده می­کنند. فرض یک بعدی بودن جریان در اغلب بازه­های رودخانه قابل توجیه بوده ولی در بخش­های خاصی از رودخانه مکانیزم جریان از شرایط دو بعدی و یا حتی سه بعدی تبعیت می­کند. در شرایط سیلابی، مکانیزم جریان از حالت یک بعدی خارج شده و جهت مدل سازی آن می­بایستی از مدل­های دو یا سه بعدی استفاده نمود. مدل­های سه بعدی در زمینه هیدرولیک رودخانه غالبا به صورت مدل­های پژوهشی بوده و هنوز به صورت کاربردی مورد استفاده قرار نگرفته­اند. از مهمترین دلایل این امر مدت زمان بسیار بالای این مدل­ها جهت شبیه­سازی سه بعدی جریان و گسترده بودن اطلاعات ورودی به این­گونه مدل­ها می­باشد. بر این اساس از این مدل­ها غالبا جهت شبیه­سازی موضعی استفاده می­گردد. دلیل استفاده از مدل­های یک بعدی، ساده بودن این مدل­ها و سرعت بالای اجرای آن­هاست که امروزه با توسعه روش­های عددی و افزایش سرعت پردازش رایانه­ها می­توان از مدل­های دو بعدی نیز در شبیه­سازی هیدرولیک جریان در رودخانه­ها بهره برد. یکی دیگر از مشکلات استفاده از مدل­های دو و سه بعدی، نیاز به نقشه ارتفاعی محدوده اطراف رودخانه می­باشد که می­تواند به شدت بر روی نتایج به­دست آمده از مدل عددی تاثیرگذار باشد. تهیه نقشه ارتفاعی شامل دو بخش است که بخش اول آن مربوط به دشت­های سیلابی رودخانه بوده که می­بایست توسط سیستم سنجش از راه دور و یا نقشه­های توپوگرافی موجود تهیه شود. بخش دوم نقشه ارتفاعی مربوط به توپوگرافی بستر رودخانه است که تهیه آن بسیار مشکل بوده و نیاز به تکنیک­های نوین سنجش از راه دور و یا اندازه­گیری در محل دارد (Lai et al. 2018). اغلب مدل­های ارائه شده در زمینه شبیه­سازی هیدرولیک جریان در رودخانه کارون به صورت یک بعدی بوده و با توجه به اینکه مکانیزم جریان در مواقع سیلابی از حالت دو بعدی تبعیت می­کند در این تحقیق سعی شده است تا مدل­سازی دو بعدی هیدرولیک جریان در رودخانه کارون صورت گیرد. بر این اساس از ترکیب مدل دو بعدی HEC-RAS و نقشه­های توپوگرافی و تصاویر ماهواره­ای، مدلی جامع جهت شبیه­سازی جریان در رودخانه کارون در محدوده مورد مطالعه ارائه خواهد شد. علاوه بر مدل دو بعدی از مدل یک بعدی نیز جهت نشان دادن محدودیت­های مدل­های یک بعدی در شبیه­سازی هیدرولیک جریان در رودخانه­ها استفاده خواهد شد.