تشخیص روابط هندسی-هیدرولیکی سطح مقطع رودخانه ها با استفاده از حل معکوس معادلات سنت-ونانت و کاربرد آن

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 گروه سازه های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس

2 هیات علمی/دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

تحقیق حاضر با ارائه یک مدل ریاضی، روابط هندسی-هیدرولیکی مستخرج از مقاطع عرضی یک رودخانه طبیعی، با استفاده از حل معکوس معادلات سنت-ونانت و بدون برداشت داده‌های پرهزینه مقاطع آن، مورد شناسایی قرار می‌دهد. این روابط می‌توانند به عنوان ورودی در انواع مدل‌های رودخانه مانند روندیابی هیدرولیکی، هیدرولیک رسوب، انتقال آلاینده و غیره، استفاده شوند. داده‌های تراز سطح آب نسبت به زمان به عنوان ورودی به مدل معکوس حاضر هستند. صحت عملکرد مدل ارائه شده با استفاده از دو مثال فرضی و واقعی، ارزیابی شده است. در هر دو مثال پس از شناسایی روابط مذکور و مقایسه با حالت واقعی، روندیابی سیل در رودخانه با استفاده از روابط شناسایی شده انجام شد و با روش‌های روندیابی هیدرولیکی و هیدرولوژیکی (ماسکینگام) مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج حاصل از این ارزیابی، توانایی مدل مذکور را در شناسایی روابط هیدرولیکی و به کار بردن آن‌ها در انواع مدل‌های شبیه‌سازی رودخانه، تأیید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Identification of River Geometric-Hydraulic Relationships Using Inverse Solution of the Saint-Venant Equations and application of it

نویسندگان [English]

  • soodeh Kalami 1
  • Mehdi Mazaheri 2
  • jamal mohammadvali samani 2
1 Graduate Student, Department of Water Structures, Tarbiat Modares University
2 Assistant Professor, Water Sciences Engineering Faculty, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

This article presents a novel method to identify geometric-hydraulic relationships in rivers. The method is based on inverse solution of the Saint-Venant equations and needs no field-surveyed data about the river cross-sections. Geometric-hydraulic relationships are extracted from cross-sections data and are important in many applications of river such as hydraulic flood routing modeling, sediment transport modeling, contaminant transport modeling, etc. Obtaining cross-sections data needs field survey which is difficult and extensive. In this article these relationships are expressed in terms of mathematical formulas between flow area, wetted perimeter and top width of the river as the dependent variables and water depth as the independent variable and are obtained by inverse problem method. An inverse problem is the process of calculating from a set of observations the causal factors that produced them. Inverse problems are some of the most important mathematical problems in science and mathematics because they tell us about parameters that we cannot directly observe or measurement of them is expensive and difficult. In this method, water level data records are used as an input of the inverse model and then by minimizing the corresponding objective function, the desired outputs will be estimated. The proposed model is validated using hypothetical and real test cases; and in each case the actual and identified geometric-hydraulic relationships are compared. Also application of the method is showed for the case of hydraulic flood routing in conditions where no information is available about river cross sections; and water level data records are used instead of river cross sections data. The results of the flood routing using this method are more accurate and versatile than the ordinary applicable hydrologic methods such as Muskingum. This implies the validity of the proposed inverse model; therefore it can be applied to identify the geometric-hydraulic relationships of rivers by means of easier measurable water level data records than the direct field surveying of the river cross sections.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Saint-Venant equations
  • Inverse model
  • Flow area
  • Wetted perimeter
  • Flow top width