کتاب شبیه‌سازی دوبعدی سیلاب در محیط مدل عددی HEC-RAS 5

کتاب شبیه‌سازی دوبعدی سیلاب در محیط مدل عددی HEC-RAS 5

کتاب شبیه‌سازی دوبعدی سیلاب در محیط مدل عددی HEC-RAS 5 :

انجام هرگونه فعالیت در رودخانه‌ها مستلزم شناخت قواعد حاکم بر رودخانه و پیش بینی عکس العمل رودخانه نسبت به آن است تا از پیامدهای زیان بار مربوطه جلوگیری شود.

شناخت یک فرآیند رودخانه‌ای با اندازه‌گیری پارامترهای هیدرولیکی در مقیاس واقعی معمولا دشوار می‌باشد. از سوی دیگر مدلسازی جریان و انتقال رسوب در رودخانه نیز امری کاملا پیچیده و مشکل می‌باشد، زیرا اطلاعاتی که برای پیش بینی تغییرات بستر به کار می‌رود اساسا دارای عدم قطعیت بوده و تئوری‌های به کار رفته نیز تجربی بوده و از حساسیت شدیدی نسبت به دامنه وسیعی از متغیرهای فیزیکی از خود نشان می‌دهند.

هزینه بر بودن تجهیزات آزمایشگاهی و محدودیت استفاده از ادوات آزمایشگاهی، باعث متمایل شدن محققین و مهندسین به سمت مدلسازی ریاضی و عددی برای شبیه سازی جریان و رسوب در رودخانه‌ها شده است.

در دهه‌های اخیر و با گسترش روز افزون تکنولوژی به ویژه در زمینه رایانه، انواع مدل‌های یک، دو و سه بعدی توسعه و در غالب بسته‌های تجاری و یا رایگان به بازار عرضه شده‌اند.

یکی از معروف ترین و درعین حال پرکاربردترین مدل‌های عددی در زمینه مهندسی هیدرولیک و مهندسی رودخانه در سه دهه اخیر مدل یک بعدی HEC-RAS بوده است.

محتوا کتاب شامل :

کتاب حاضر سعی بر این دارد تا با ارائه پروژه‌های کاربردی و نیز بررسی ساختار مدل دوبعدی HEC-RAS 5.01 ، نیازهای جامعه محققین در زمینه مدلسازی هیدرولیکی به ویژه در بخش دوبعدی  را تا حدود بسیار زیادی برطرف نماید.

هرچند همانند هر فعالیت حرفه‌ای، ضامن موفقیت هر شخص تلاش، پشتکار، و البته کنجکاوی در زوایای مختلف علمی و کاربردی یک زمینه تخصصی است.

نویسندگان  این کتاب تلاش نموده‌اند تا با در نظر داشتن ویژگی‌ها و نکات ریز، ویژگی‌های بارز حاضر را افزایش دهند :

• وحدت رویه ارائه مطالب
• بیان اهمیت مدلسازی عددی به ویژه در زمینه مدلسازی سیلاب
• تشریح اهمیت و ضرورت مدلسازی دو در مطالعات مهندسی رودخانه
• بیان مبانی علمی مربوط به مدلسازی عددی

فهرست مطالب کتاب شبیه‌سازی دوبعدی سیلاب در محیط مدل عددی HEC-RAS 5

فصل اول: ساختار مدل‌های عددی برای شبیه‌سازی جریان در رودخانه‌ها

۱-۱- مقدمه کتاب شبیه‌سازی دوبعدی سیلاب در محیط مدل عددی HEC-RAS 5

۱-۲- ضرورت مدلسازی و انواع مدل‌ها‌

۱-۳- مزایا و معایب شبیه‌سازی عددی- ریاضی

۱-۴- مدلسازی عددی

۱-۴-۱- مبانی مدلسازی عددی

۱-۴-۱-۱- شبکه‌بندی میدان محاسباتی

الف- شبکه‌بندی با سازمان

ب- شبکه‌بندی بی‌سازمان

ج- شبکه‌بندی کارتزین

۱-۴-۱-۲- نحوه در نظر گرفتن شرایط مرزی در حل میدان جریان

۱-۴-۱-۳- روش‌های مختلف حل معادلات حاکم

۱-۴-۱-۴- صحت‌سنجی

۱-۴-۱-۵- واسنجی

۱-۵- انواع مدل‌های عددی- ریاضی

۱-۵-۱- مدل‌های یک بعدی

۱-۵-۲- مدل‌های دوبعدی

۱-۵-۳- مدل‌های سه‌بعدی

۱-۶- مدل‌های رایانه‌ای توسعه یافته برای مدلسازی هیدرولیکی جریان

۱-۶-۱- مدل BRI-STARS

۱-۶-۲- مدل CCHE1D

۱-۶-۳- مدل CCHE2D

۱-۶-۴- مدل DELFT3D

۱-۶-۵- مدل WOLF

۱-۶-۶- مدل HEMAT1D

۱-۶-۷- مدل HEMAT2D

۱-۶-۸- مدل ISIS

۱-۶-۹- مدل MIKE11

۱-۶-۱۰- مدل MIKE21

۱-۶-۱۱- مدل MIKE3

۱-۶-۱۲- مدل SSIIM

۱-۶-۱۳- مدل SMS

۱-۶-۱۴- مدل HEC-RAS 4.1, 5.0

۱-۷- معیارهای انتخاب مدل عددی مناسب

۱-۸- پرسش‌ها و مسائل فصل اول

فصل دوم: بررسی ساختار و توانمندی‌های مدل دو بعدی HEC-RAS

۲-۱- مقدمه

۲-۲- مزایا و معایب مدلسازی دوبعدی جریان با HEC-RAS 5.0

۲-۳- توسعه و ساخت یک مدل زمینی برای استفاده در مدلسازي دوبعدی و نمایش خروجی‌ها

۲-۳-۱- پنجره RAS Mapper

۲-۳-۲- تنظیم سیستم مختصات جغرافیايی مدل هندسی سطح زمین

۲-۳-۳- فراخوانی داده‌‌ها و ساخت مدل هندسی سطح زمین

۲-۳-۴- اصلاح و بهبود مدل هندسی سطح زمین با استفاده از داده‌های مربوط به مقاطع عرضی

۲-۳-۵- تلفیق مدل هندسی کانال اصلی و محدوده سیلابدشت

۲-۴- ساخت یک مدل هندسی تركيبي یک بعدی و دوبعدی

۲-۴-۱- ساخت یک شبکه محاسباتی دوبعدی

۲-۴-۳- ایجاد جداول مربوط به خصوصیات هیدرولیکی سطوح دوبعدی

۲-۴-۴- اتصال سطوح دو بعدی جریان به بخش‌های یک‌بعدی

۲-۴-۵- شرايط مرزي خارجي سطح جريان دوبعدي

۲-۴-۶- شرايط اوليه سطح جريان دوبعدي

۲-۵- نحوه ساخت داده‌های رستری با فرمت Float در بستر GIS

۲-۶- پرسش‌ها و مسائل فصل دوم

فصل سوم: مثال‌های کاربردی از مدلسازی دوبعدی جریان در HEC-RAS (2D)

۳-۱- مقدمه

۳-۲- مثال ۱: مدلسازی یک بعدی کانال اصلی و دو بعدی سیلاب‌دشت

۳-۲-۱- تعریف پروژه

۳-۲-۲- بارگذاری آبراهه یک‌بعدی

۳-۲-۳- ترسیم ناحیه دو بعدی جریان

۳-۲-۴- ساخت شبکه محاسباتی

۳-۲-۵- استفاده از نقشه کاربری اراضی برای محاسبه ضریب مانینگ در ناحیه دوبعدی

۳-۲-۶- تعریف سازه جانبی واقع در ابتدای رودخانه

۳-۲-۷- تعریف دیواره سیلبند واقع در انتهای رودخانه

۳-۲-۸- وارد نمودن شرایط مرزی بالادست و پائیندست

۳-۲-۹- انجام تنظیم‌های مربوط به جریان غیرماندگار

۳-۲-۱۰- اجرای مدل

۳-۲-۱۱- مشاهده نتایج و تهیه خروجی‌های دو بعدی

۳-۳- مثال ۲: مدلسازی دوبعدی جریان در بالادست و یک‌بعدی در پائیندست

۳-۳-۱- تعریف پروژه

۳-۳-۲- بارگذاری آبراهه یک‌بعدی

۳-۳-۳- ترسیم ناحیه دوبعدی جریان

۳-۳-۴- ساخت شبکه محاسباتی

۳-۳-۵- استفاده از نقشه کاربری اراضی برای محاسبه ضریب مانینگ در ناحیه دوبعدی

۳-۳-۶- وارد نمودن شرایط مرزی بالادست و پائیندست

۳-۳-۷- انجام تنظیم‌های مربوط به جریان غیرماندگار

۳-۳-۸- اجرای مدل

۳-۳-۹- مشاهده نتایج و تهیه خروجی‌های دوبعدی

۳-۴- پرسش‌ها و مسائل فصل

فصل چهارم: روش‌های مختلف برآورد پارامترهای  شکست سد و سازه جانبی

۴-۱- مقدمه

۴-۲- معرفی پارامترهای موردنیاز برای تحليل شکست سد

۴-۲-۱-تنظیم پارامترهای موردنیاز شکست سد

۴-۲-۲- انتخاب روند نحوه پیشرفت شکست سد

۴-۲-۳- ترمیم ناحیه شکست

۴-۲-۴- محاسبه پارامترهای شکست سد

۴-۲-۴-۱- تعیين شکل ناحیه بازشدگی ناشی از شکست سد

۴-۲-۴-۲- کاربردی‌ترین روش‌ها برای تخمین پارامترهای شکست

۴-۳- توصیه‌ها و پیشنهادها

۴-۴- مثال کاربردی: نحوه برآورد پارامترهای شکست سد

۴-۵- پرسش‌ها و مسائل فصل چهارم

فصل پنجم: نحوه استخراج پارامترهای هندسی مدل HEC-RAS  با استفاده از …

۵-۱- مقدمه

۵-۲- تجهیزات رايانه‌اي موردنیاز

۵-۳- داده‌های موردنیاز

۵-۴- تعريف پروژه و شروع كار

۵-۴-۱- شروع کار با الحاقيه HEC-GeoRAS

۵-۴-۲- ایجاد لایه‌های RAS

۵-۴-۳- ایجاد خط مرکزی رودخانه (Stream Centerline)

۵-۴-۴- ترسیم خطوط سواحل (Bank Lines)

۵-۴-۵- ترسیم مسیرهای جریان (Flow Paths)

۵-۴-۶- ترسیم مقاطع عرضی (XSCutLines)

۵-۴-۷- ترسیم محل پل و یا کالورت

۵-۴-۸- ایجاد سطوح غیر موثر (Ineffective Areas)

۵-۴-۹- ایجاد موانع انسدادی (Obstructions)

۵-۴-۱۰-آماده‌سازی اطلاعات جهت انتقال به مدل HEC-RAS

۵-۵- وارد نمودن اطلاعات هندسی در مدل HEC-RAS

۵-۵-۱- وارد نمودن داده‌های پل

۵-۶- پرسش‌ها و مسائل فصل پنجم

فصل ششم: مبانی مدلسازی جریان غیرماندگار در مدل HEC-RAS

۶-۱- مقدمه

۶-۲- معادله پیوستگی

۶-۳- معادله اندازه حركت

۶-۴- نحوه کاربرد معادلات جریان غیرماندگار در مدل HEC-RAS

۶-۵- شمای حل تفاضل محدود ضمنی

۶-۵-۱- معادله پیوستگی

۶-۵-۲- معادله اندازه حرکت

۶-۵-۳- الگوی حل تفاضل محدود معادلات جريان غيرماندگار

۶-۶- نحوه ارزیابی صحت، پایداری و حساسیت مدل HEC-RAS در حالت غیرماندگار

۶-۶-۱- صحت مدل

۶-۶-۲- پایداری مدل

۶-۷- پرسش‌ها و مسائل فصل ششم

فصل هفتم: ارزیابی عملکرد مدل دو بعدی HEC-RAS در برابر  …

۷-۱- مقدمه

۷-۲- ساخت سه گزینه برای ارزیابی مدل

۷-۲-۱- گزینه اول- افت در قوس کانال

۷-۲-۲- خلاصه نتایج گزینه اول

۷-۲-۳- گزینه دوم- کانال دارای تنگ‌شدگی

۷-۲-۴- خلاصه نتایج گزینه دوم

۷-۲-۵- گزینه سوم- سرعت پخش سیل در یک سطح صاف و مسطح

۷-۲-۶- خلاصه نتایج گزینه سوم

۷-۳- پرسش‌ها و مسائل فصل هفتم

منابع و مآخذ کتاب شبیه‌سازی دوبعدی سیلاب در محیط مدل عددی HEC-RAS 5