مدلسازی دو بعدی یا یک بعدی؟ چگونه مدل HEC-RAS خود را بسازیم؟

از زمانی که نسخه پنجم HEC-RAS با امکان مدلسازی دو بعدی منتشر شد، سوالات زیادی برای کاربران پیش آمد که کدام یک از مدل‌های یک بعدی، دو بعدی و یا ترکیب این دو برای مدلسازی بهتر است؟ پاسخ ساده است، مثل باقی مسائل مهندسی باید گفت که بستگی دارد! خوشبختانه چند راهنما برای انتخاب بین آن‌ها وجود دارد :

1. 1. به طور سرانگشتی و خیلی ساده، اگر نسبت طول به عرض مسیر بزرگتر از ۳:۱ باشد، مدل یک بعدی کفایت می کند، در غیر این صورت نیاز به مدلسازی دوبعدی جریان است. ( منبع : Desktop Review of 2D Hydraulic Modelling Packages, UK Environment Agency, 2009). برای مثال اگر طول رودخانه ای ۱۰ کیلومتر باشد و عرض متوسط سیلابدشت آن ۱۰۰ متر باشد، نسبت طول به عرض برابر ۱۰۰ به ۱ بوده که بزرگتر از ۳ است و مدلسازی یک بعدی کفایت می کند. برای رودخانه‌ای به طول ۱ کیلومتر و عرض ۵۰۰ متر (برای مثال، مدلسازی بخشی از رودخانه جاجرود در محدوده ترقیان)، این نسبت معادل ۲ به ۱ است که در این صورت نیاز به مدلسازی دو بعدی جریان است.
2. برای مسائلی نظیر مدلسازی پل‌های باریک که موجب انبساط/انقباض‌های شدید در جریان می‌شوند، مدلسازی دو بعدی جریان راه حل مناسب‌تری است.
3. برای دانستن الگوی جریان در اطراف ساختمان‌ها یا عوارض مجزای دیگر، مدلسازی دو بعدی بهترین انتخاب است.
4. برای انیمیشن‌هایی که نحوه گسترش سیلاب را در یک مقیاس محلی به خوبی نمایش دهند نیاز به مدلسازی دوبعدی است. اگر تنها نمودار ارتفاع سطح آب مورد نیاز است، هر دو مدل یک بعدی و دو بعدی می‌تواند مناسب باشد.

چه زمانی سراغ مدلسازی یک بعدی در HEC-RAS برویم؟

در قسمت قبلی به طور خلاصه چند راهنما برای انتخاب بین مدلسازی یک بعدی و دو بعدی در هک رس ارائه دادیم. حالا به طور جزئی‌تر بررسی می‌کنیم که چه زمانی مدلسازی یک بعدی کفایت می‌کند و نیازی به مدلسازی دو بعدی نیست :

1. در مکان‌هایی که جریان احتمال و یا نیازی به گسترده شدن ندارد (برای مثال وقتی جریان رودخانه محدود به یک کانال است و الگوی آن به طور عمومی تنها در یک جهت گسترش می‌یابد).
2. در مکان‌هایی که جریان کانال اصلی رودخانه و سیلابدشت‌ها به خوبی از یکدیگر تفکیک شده و قابل تمیز دادن هستند. (برای مثال وقتی کانال اصلی رودخانه در بین شیب تند سواحل محصور و محدود شده است. عموماً این حالت در رودخانه‌های جوان و یا در مناطق کوهستانی قابل مشاهده است.)
3. وقتی تنها اطلاعات رقومی (ارتفاع/ایستگاه) در هر مقطع رودخانه در دسترس باشد (برای مثال توپوگرافی رودخانه به روش مقطع زنی برداشت شده باشد).

چه زمانی سراغ مدلسازی دو بعدی در HEC-RAS برویم؟

به طور کلی در حالات زیر بهتر است تا از مدلسازی دو بعدی استفاده شود :

1. هرجایی که انتظار می‌رود سیلاب دچار پخشیدگی شود.
2. در مناطق شهری
3. سیلابدشت‌های گسترده و عریض
4. در پایین‌دست سیل‌ بندهای شکسته
5. مطالعات مربوط به تالاب‌ها و مرداب‌ها
6. مطالعات مربوط به دریاچه‌ها و مصب‌ها
7. مطالعات مربوط به مخروط افکنه‌ها

و اما سایر نکات

مانند باقی مسائل، پیدا کردن یک پاسخ قطعی برای پرسش حاضر دشوار است. یک مدل می‌تواند فارغ از یک بعدی و یا دو بعدی بودن آن نتایج خوبی ارائه کند. تجربه کسی که مدلسازی می‌کند نیز نقش بسیار مهمی در این موضوع دارد. کسی که تجربه و مهارت کافی در مدلسازی یک بعدی جریان و استخراج نتایج یک بعدی و یا شبه دو بعدی از آن دارد در مدلسازی دو بعدی بهتر از فردی بدون تجربه عمل می‌کند و برعکس.

مدلسازی صرفاً دو بعدی مزایا و معایبی دارد. در وهله اول اگر از معادله پخشیدگی موج (Diffusion Wave) استفاده کنید، مدل پایدارتر و منسج‌تری نسبت به مدل یک بعدی و یا تلفیق یک بعدی و دو بعدی در حالت غیرماندگار خواهید داشت. حتی اگر از حالت فول مومنتوم (Full Momentum) استفاده کنید، اگر عدد کورانت را خوب تنظیم کرده باشید، نتایج آن بازهم پایدارتر خواهد بود.

برای چندین شاخه جریان با حلقه‌ها و اتصالات (Junction) متعدد مدل دو بعدی بهتر عمل خواهد کرد. خصوصاً اطراف محل اتصال شاخه‌ها و مکان‌هایی که جریان از شاخه‌ای به شاخه دیگر منتقل می‌شود. مزیت دیگری که این مورد دارد این است که شما را از برخی تنظیمات و تکنیک‌های مدلسازی مثل تنظیم نواحی جریان غیرفعال، تعیین محل گوره‌ها در هر مقطع عرضی، تنظیم زاویه مقاطع عرضی و …. بی‌نیاز می‌کند.

جنبه‌های منفی مدلسازی صرفاً دو بعدی

مانند هر پدیده دیگری، مدلسازی دو بعدی نیز جنبه‌های منفی خود را دارد که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره شده است :

1. زمان اجرای مدل. اگر مساحت ناحیه دو بعدی شما زیاد است و ابعاد مش‌ها(Mesh) به نسبت کوچک، به معنی تعداد بالای مش بوده که می‌تواند مدت زمان اجرای مدل را طولانی کند. وقتی از تعداد بالای مش صحبت می‌کنیم منظورمان عددی بین ۱۰۰ هزار تا ۱ میلیون مش و یا بیشتر است. برای حل این موضوع می‌توانید در نواحی که به جزئیات بیشتری احتیاج دارید، مدلسازی دو بعدی و برای بقیه نواحی، مدلسازی را یک بعدی انجام دهید.
2. گرفتن خروجی. گرفتن خروجی در نواحی دو بعدی اندکی محدودتر و زمان‌بر تر است. با این وجود، شما می‌توانید با صرف زمان و اندکی زحمت بیشتر، خروجی‌های لازم را استخراج کنید.
3. نمودار یادگیری. با توجه به این که مدلسازی دو بعدی نسبتاً تازه است، ممکن است برای یادگیری آن زمان زیادی صرف کنید و تلاش مضاعفی داشته باشید.
4. شاید کارفرما یا مشتری شما این را نخواهد و یا نپسندد. کارفرما یا مشتری خود را از مزایای مدلسازی دو بعدی آشنا کنید. یک باور عمومی درباره مدلسازی دو بعدی آن است که هزینه آن به مراتب بالاتر است. حتماً در این باره با مشتری و یا کارفرمای خود صحبت کنید.

نتیجه گیری

مانند هر مسئله مهندسی دیگری، انتخاب بین مدلسازی یک بعدی و دو بعدی بستگی به شرایط پروژه شما و خواسته شما از مدلسازی دارد. مهم‌تر از ابعاد مدلسازی، خواسته شما و نتایجی از آن است که به دنبال آن هستید. هم مدل یک بعدی و هم مدل دو بعدی می‌تواند بهترین نتایج را به دنبال داشته باشند به شرطی که به درستی برای شرایط مسئله شما تنظیم شوند.

برای دانلود HEC-RAS V6 و آخرین تغییرات آن مقاله روبرو را بخوانید : دانلود رایگان HEC-RAS ورژن ۶.۰ – ۲۵ ویژگی جدید در نسخه جدید هک رس

منبع

آموزش کاربردی مدلسازی دو بعدی رودخانه با نرم افزار HEC-RAS V6.1

کاملترین آموزش با جدیدترین ورژن هک رس

همین حالا شروع کنید
برای اولین بار در ایران