فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال دهم شماره 1 (بهار 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/03/23
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مقاله کامل
  • رضا پیشگر، سیدعلی ایوب زاده*، مجتبی صانعی، مسعود قدسیان صفحات 1-12

    روش های لایروبی سیفونی رسوبات برای حل مساله رسوبگذاری مخازن سدها به طور گسترده در دهه های اخیر مورد مطالعه قرار گرفته اند. این روش ها برخی معایب مانند صرف انرژی اضافی، توقف در بهره برداری مخزن، هدر رفت آب، تخلیه رسوب بیش از ظرفیت حمل پایین دست و غیره را ندارد. تخلیه سیفونی رسوبات توسط لوله مکش دفن شونده خودکار، از مهمترین روش های لایروبی سیفونی است که در آن بدون نیاز به انرژی اضافی و تنها با استفاده از انرژی پتانسیل ناشی از اختلاف تراز آب بالادست و پایین دست، رسوبات از طریق روزنه هایی که در قسمت تحتانی لوله مکش قرار گرفته اند، مکش می یابند و تخلیه می شوند. در این مطالعه، با استفاده از لوله مکش به قطر داخلی 61 میلی متر، تاثیر آرایش روزنه های تحتانی با قطر 16 و 30 میلی متر در سه فاصله متفاوت بین روزنه ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که آرایش روزنه ها تاثیر چشمگیری بر عملکرد روش دارد و در هر دو قطر روزنه تحتانی، هنگامی که روزنه ها تنها بر روی قسمت خم لوله مکش قرار گرفته اند، عملکرد روش دارای بیشترین مقدار است. همچنین فاصله بین روزنه ها بر کارایی روش تاثیرگذار است و نهایتا طرحی از روزنه ها که دارای قطر روزنه تحتانی30 میلی متر و فاصله بین روزنه ها برابر 90 میلی متر است (مجموعا پنج روزنه تحتانی در قسمت خم) با متوسط غلظت خروجی 41/3 درصد حجمی، دارای بهترین عملکرد است.

    کلیدواژگان: تخلیه، رسوبگذاری مخازن، روزنه تحتانی، غلظت، لایروبی سیفونی
  • حسین حمیدی فر، محمدحسین امید*، علیرضا کشاورزی صفحات 13-23

    یکی از عوامل تاثیرگذار بر هیدرولیک جریان و انتقال آلاینده در آبراهه ها، پوشش گیاهی سیلاب دشت ها می باشد. در این تحقیق، به بررسی آزمایشگاهی تاثیر استغراق پوشش گیاهی بر ضریب اختلاط عرضی آلودگی در یک کانال با مقطع مرکب نامتقارن پرداخته شد. آزمایش ها برای سه تراکم مختلف پوشش گیاهی و سه عمق نسبی (نسبت عمق جریان در سیلاب دشت به عمق جریان در کانال اصلی) مختلف انجام گردید. با استفاده از روش پردازش تصویر و در محیط نرم افزار مت لب، غلظت ردیاب در سه مقطع مختلف در پایین دست محل تزریق اندازه گیری شد. ضریب اختلاط عرضی با روش تبادل ممان استاندارد و با توجه به واریانس منحنی تغییرات غلظت ردیاب محاسبه گردید. نتایج نشان داد که ضریب اختلاط عرضی در حالت پوشش گیاهی غیرمستغرق تا 114 درصد نسبت به شرایط بدون پوشش گیاهی افزایش می یابد. این در حالی است که در مورد پوشش گیاهی مستغرق، میزان افزایش ضریب اختلاط عرضی در کانال اصلی و در سیلاب دشت به ترتیب 43 و 37 درصد می باشد. همچنین با افزایش عمق نسبی از 15/ 0 به 25/ 0، ضریب اختلاط عرضی تا 97 و 45 درصد در مورد پوشش گیاهی مستغرق و تا 91 و 42 درصد در مورد پوشش گیاهی غیرمستغرق به ترتیب در سیلاب دشت و در کانال اصلی افزایش می یابد. به ازای یک عمق نسبی مشخص، با افزایش تراکم پوشش گیاهی ضریب اختلاط عرضی در حالت پوشش گیاهی غیرمستغرق در مقایسه با پوشش گیاهی مستغرق افزایش بیشتری می یابد. همچنین با افزایش تراکم پوشش گیاهی، اختلاف بین مقادیر ضریب اختلاط عرضی در حالت پوشش گیاهی مستغرق و غیرمستغرق بیشتر می شود. به طور کلی نتایج نشان دهنده تاثیر قابل توجه پوشش گیاهی پهنه ی سیلابی بر ضریب اختلاط عرضی است.

    کلیدواژگان: ضریب اختلاط عرضی، پوشش گیاهی، کانال مرکب، روش پردازش تصویر، سیلاب دشت
  • ناصر گنجی خرم دل، فاطمه کیخایی، کورش محمدی، محمد جواد منعم صفحات 25-35
    توجه به پیچیدگی های محیط آب زیرزمینی و هزینه های قابل توجه روش های مرسوم پایش، ابداع فن آوری های نو و بهره گیری از روش های پیشرفته در این امر، کمک شایانی در بهبود شناخت سامانه های آب زیرزمینی کرده است. روش های معمول مورد استفاده نیازمند فرایندهای تکراری هستند و در یک مساله ترکیبی غیر خطی، قادر به اعمال جستجوی بهینه سراسری و آنالیز حساسیت تحت قیدهای مختلف نمی باشند. در این تحقیق از الگوریتم بهینه سازی گسسته اجزای جمعی به منظور حداقل نمودن فقدان داده کل در شبکه کاهش یافته یا بهینه شده استفاده گردید. به منظور بررسی قابلیت روش، الگوریتم بر روی یک شبکه پایش با تعداد 57 چاه مشاهده ای بکار گرفته شد. با کاهش تعداد چاه های شبکه تا 42 چاه، مقدار جذر میانگین مربع خطا اندازه گیری شد. با تعیین حد آستانه 3/0 برای خطا، شبکه بهینه با تعداد 45 چاه باقی مانده بدست آمد. مقایسه خطوط تراز سطح ایستابی حالات مختلف با شبکه اصلی نشان داد که حل های الگوریتم پیشنهادی موثر و مطلوب بوده و تنها در حالت 42 چاه باقی مانده، در برخی از خطوط تراز کمی انقطاع دیده شد. در مقایسه با الگوریتم ژنتیک، حل های حاصل از الگوریتم اجزای جمعی از راندمان بالاتری برخوردار بوده و دارای سرعت همگرایی سریعتری بود. از نظر مقایسه مقادیر RMSE و نیز مقایسه خطوط تراز تخمینی سطح ایستابی با خطوط تراز اصلی شبکه، دو الگوریتم قابل مقایسه بوده و توزیع چاه های مستعد حذف، موید این مطلب بود.
    کلیدواژگان: تراز آب زیرزمینی، پایش، الگوریتم اجزای جمعی گسسته، بهینه سازی
  • احسان جعفری ندوشن، احمد شکیبایی نیا، سید فرهاد موسوی، خسرو حسینی صفحات 37-52
    روش های نیمه ضمنی ذرات متحرک (MPS) و هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) از مشهورترین روش های ذرات بدون شبکه (لاگرانژی) هستند که توجه محققان را در مسائل کاربردی با تغییرشکل های بزرگ و ناپیوستگی جریان به خود جلب کرده اند. هدف از این پژوهش، توسعه و بهبود شبیه سازی جریان با مرزهای باز با استفاده از مدل جدید نیمه ضمنی ذرات متحرک با تراکم پذیری ضعیف (WCMPS) است. در بیشتر مطالعات انجام گرفته در زمینه روش های لاگرانژی، مدل های مورد نظر دارای شرایط مرزی بسته می باشند. لذا در این پژوهش، با به کارگیری روش بازیافت ذرات در مرزهای ورودی و خروجی، به توسعه و بهبود این مدل در شبیه سازی مدل های کاربردی با شرایط مرزی باز پرداخته شده و الگوریتم جدیدی برای شرایط مرزی ورودی و خروجی توسعه داده شده است. این الگوریتم نه تنها شرایط مرزهای ورودی و خروجی را بهبود می دهد، بلکه نوسانات فشار در مرزها را نیز کاهش می دهد. همچنین در این تحقیق برای پیش بینی بهتر سرعت در نزدیکی مرز، قانون لگاریتمی استاندارد دیوار برای ذرات سیال در مجاورت مرزهای جامد توسعه داده شده است. در ادامه، به منظور ارزیابی روش و مدل پیشنهادی برنامه نویسی شده با زبان C، مساله شناخته شده و پرکاربرد جریان روی بستر خمیده نامتقارن، و سرریز اوجی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسی ها و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که مدل پیشنهادی قابلیت و کارایی بالایی در مدل سازی جریان های با سطح آزاد با شرایط مرزی باز دارد.
    کلیدواژگان: جریان با سطح آزاد، روش نیمه ضمنی ذرات متحرک (MPS)، تراکم پذیری ضعیف، روش بازیافت ذرات، شرایط مرزی باز
  • یادداشت تحقیقاتی
  • مرضیه سروری، ابراهیم امیری تکلدانی، محمد رستمی صفحات 53-63
    به دلیل پیچیدگی های هیدرولیکی محل تلاقی شاخه های فرعی با رودخانه اصلی و تغییرات ریخت شناسی حاصله در آن، مطالعه ویژگی های این محل از جنبه های مختلف از جمله رسوب گذاری، فرسایش، و ملاحظات زیست محیطی مورد علاقه محققان مربوط می باشد. با اینکه مطالعات آزمایشگاهی متعددی در خصوص فرسایش و رسوب در محل تلاقی رودخانه ها صورت گرفته است، اما به دلیل وجود محدودیت های آزمایشگاهی و نیز عدم کاربرد مدل های عددی سه بعدی در سطح گسترده، امکان بررسی جامع این دو پدیده تاکنون میسر نشده است. به همین دلیل در این تحقیق ویژگی ها و کارآیی مدل عددی FLOW-3D به عنوان یک مدل سه بعدی، برای شبیه سازی الگوی جریان، فرسایش و رسوب گذاری در محل تلاقی شاخه های فرعی با رودخانه اصلی با استفاده از نتایج آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج آزمایشگاهی داده های حاصل از یک مدل فیزیکی به منظور کالیبراسیون و همچنین ارزیابی درستی مدل FLOW-3D مورد استفاده قرار گرفت. مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی نشان داد که مدل مذکور با متوسط خطایی حدود 3/6 درصد قادر به شبیه سازی حداکثر ارتفاع رسوبگذاری در محل تقاطع در کانال فرعی و با متوسط خطایی حدود 26 درصد قادر به شبیه سازی عمق فرسایش در ساحل راست کانال اصلی در گزینه های مختلف دبی جریان می باشد. همچنین مدل عددی با خطایی در حدود متوسط یک درصد نسبت به مدل آزمایشگاهی قادر به پیش بینی نیم رخ سطح آب در محل تلاقی در شرایط مدل سازی بدون تزریق رسوب می باشد.
    کلیدواژگان: تلاقی رودخانه، الگوی جریان و رسوب، رسوبگذاری، فرسایش، مدل FLOW، 3D
  • سمیه سلطانی گردفرامرزی، حسین افضلی مهر، الهام فاضل نجف آبادی صفحات 65-75
    برای مقابله با پدیده مخرب آب شستگی موضعی در اطراف پایه پل، باید عوامل ایجاد کننده آن را شناخت. دلیل اصلی ایجاد آب شستگی، تغییر الگوی جریان و ایجاد دو سیستم گردابی در اطراف پایه است که باعث تخریب بستر، ایجاد گرداب ها و آب شستگی و انتقال رسوب در اطراف پایه ها می شود. مطالعات نشان داده که انتقال رسوب در نزدیک بستر، به میزان زیادی به چهار واقعه پدیده ترکشی1 مرتبط می باشد. آنالیز کوادرانت روشی برای مطالعه این پدیده و ابزاری برای بررسی تنش های رینولدز ناشی از جریان های آشفته می باشد. در این مطالعه سرعت جریان با استفاده از دستگاه سرعت سنج صوتی اندازه گیری شد و با استفاده از آنالیز کوادرانت، سهم هر یک از رخدادهای چهارگانه پدیده ترکشی در چاله آبشستگی اطراف یک پایه استوانه ای در یک کانال آزمایشگاهی بررسی و تعیین گردید. نتایج نشان داد که رخداد غالب جریان رفت و برگشتی (Q4)، سپس جریان پس زنی (Q2)، بعد از آن جریان بیرونی (Q1) و به دنبال آن جریان درونی (Q3) در کل عمق جریان است، به جز در چند نقطه نزدیک سطح بستر و درون چاله آبشستگی که با افزایش عمق جریان سهم جریان پس زنی بیشتر و مهمتر از سهم جریان رفت و برگشتی می گردد. نکته دیگر، کاهش سهم جریان رفت و برگشتی و جریان پس زنی با دور شدن از سطح بستر و افزایش سهم رخدادهای ربع اول و سوم در تولید تنش رینولدز می باشد، بطوری که در نزدیک سطح آب سهم هر چهار رخداد تقریبا یکسان می شود. هم چنین مشخص شد که با دور شدن از پایه تغییری در سهم رخدادهای ترکشی ایجاد نمی شود.
    کلیدواژگان: آبشستگی، آنالیز کوادرانت، تنش رینولدز، آشفتگی، پایه پل
|
  • Sayed Ali Ayyoubzadeh, Mojtaba Saneie, Masoud Ghodsian, Reza Pishgar Pages 1-12

    The reservoir sediment siphon dredging methods have been widely studied in recent decades. These methods do not have many disadvantages of other methods like extra energy consumption, reservoir operation interruption, water loss, releasing sediment with extra concentration. Sediment evacuation by burrowing type suction pipe method is an important method in which sediments are sucked through holes located at the bottom of the suction pipe, using only the potential difference of the reservoir upstream and downstream water levels. In this study the influence of pipe bottom holes extension is surveyed, using a 61 mm internal diameter pipe. The holes layouts consist of two holes diameters of 16 and 30 mm and three different spacing of holes. The results showed that the holes extension has a dramatic effect on the performance of the method, and, for both diameters, the method has its maximum performance if the holes are only located on the pipe bend part. Also, spacing of the hole affect the performance. Finally, the hole's layout with hole diameter of 30 and spacing of 90 mm with five bottom holes on the bend section has the maximum performance with average sediment concentration of 3.41 percent by volume.

    Keywords: Bottom hole, Concentration, Evacuation, Reservoir sedimentation, Siphon dredging
  • Mohammad Hossein Omid, Alireza Keshavarzi, Hossein Hamidi Far Pages 13-23

    Floodplain vegetation affects the flow and pollutant transport in waterways. In this paper, the effect of submergence of floodplain vegetation on the transverse mixing coefficient (ε) in a compound channel with asymmetric section is investigated experimentally. The experiments were carried out with different vegetation densities and relative flow depths. Tracer concentration was measured using MATLAB’s image processing toolbox in three sections downstream of the injection point. The transverse mixing coefficients were calculated by standard method of moments according to the variations of variance of tracer concentration. The results showed that ε increases in the emergent vegetation compared to the bare conditions up to 127 and 114% in the main channel and floodplain, respectively, while these values are 43 and 37% for the submerged vegetation. Also, ε increases with the flow relative depth for both submerged and emergent vegetation conditions. As the relative depth increases from 0.15 to 0.25, the lateral mixing coefficient in the floodplain and main channel increases to 97 and 45% for submerged and to 91 and 42% for non-submerged vegetation, respectively. For a specific relative depth, ε increases with the vegetation density. Finally, it was found that as the vegetation density increases, the difference between ε values for submerged and emergent vegetation conditions increases too. In general, the results showed that both submerged and non-submerged floodplain vegetation affect the lateral mixing coefficient significantly.

    Keywords: Transverse mixing coefficient, Vegetation, Compound channel, Image processing technique, Floodplain
  • Pages 25-35
    Considering the complexity of groundwater media and high cost of groundwater monitoring, new innovative methods help us in the improvement of groundwater systems. In this research for minimizing overall data loss in total of optimized network, particle swarm optimization algorithm was used. In order to verify the effectiveness of the algorithm, one monitoring network with 57 observation wells was chosen. Later by reducing the number of monitoring wells to 42, the amount of RMSE was measured. Considering 0.3 as the threshold of error, the optimized network was obtained using the remaining 45 observation wells. A comparison of groundwater contours with original network showed that the solution of proposed algorithm is effective. In the remaining 42 observation wells there were some minor discrepancies. In comparison with genetic algorithm, the solution of PSO algorithm is better and has higher efficiency. Comparison of their RMSE also shows a faster convergence for PSO algorithm. Prediction of groundwater level contours in both models were possible and comparable too. Distribution of the omitted observation wells supported this comparison
    Keywords: Groundwater level, Monitoring, Discrete, Particle Swarm, Optimization
  • Pages 37-52
    Mesh-free particle (Lagrangian) methods, such as moving-particle semi-implicit (MPS) and smoothed particle hydrodynamics (SPH), are the newest methods in computational fluid dynamics, which have been applied in flow problems with large deformations and inconsistency. The aim of this research was to develop and improve the simulation of open-boundary free-surface flows, using the new method of weakly compressible MPS (WC-MPS). Most studies in the field of Lagrangian models are concerned with closed boundary conditions. This study, introduces a comprehensive method for MPS modeling of cases with inflow and outflow boundaries. Inflow and outflow boundaries are considered and the boundary conditions and recycling of particles are prescribed. The algorithm not only improves the inlet and outlet boundary conditions, but also reduces the pressure fluctuations at boundaries. To evaluate the proposed method, the famous applied flow problem of ogee spillway and steady shallow flow over curved bed is analyzed. The program is written in C language and validations are performed for this code. Comparison of the results of proposed model and physical models showed acceptable accuracy in modeling the free surface flows with open boundary conditions.
    Keywords: Free surface flow, Moving, particle semi, implicit method, Weakly compressible, Recycling strategy, Open boundary conditions
  • Marzieh Sarvari, E. Amiri Tokaldany Pages 53-63
    Due to hydraulic complexity in confluences, the study of different features of these locations such as sedimentation, erosion, and environmental considerations are of high interests to many researchers. Although many laboratory researches have been carried out regarding erosion and sedimentation in confluences, little researches have been done numerically. In this research the features and performance of FLOW-3D numerical model to simulate the flow, erosion, and sediment transport patterns in a junction of 2 canals with different flow rates and constant sediment flow, are investigated by comparing the results obtained from the numerical model with those obtained from a laboratory model. The widths of the canals of the physical model were 15 and 50 centimeters. The comparison between numerical and physical models shows an average of 6.3% error between maximum sediment depth in the junction of lateral and main canal between two models. Moreover, according to the measured results of erosion depth at the right bank of the main canal at the junction, the numerical model can estimate the erosion at the bank with the average of 26% error. Furthermore, the numerical model was able to predict the water surface profile of the flow in the junction with an average error of 1% when sediment was not injected.
    Keywords: River confluence, Flow, sediment pattern, Sedimentation, Numerical model, FLOW, 3D software
  • Somayeh Soltani, Gerdefaramarzi Pages 65-75
    In order to protect hydraulic structures against scour, it is necessary to know what causes scouring. Local scour is the process whereby sediment is removed from the base or toe of a structure due to change of local flow patterns. Local scour at a bridge pier principally results from the down flow that forms along the upstream face, and the resulting horseshoe vortex at the base of the pier wich cause an increase in sediment movement leading to scour. The studies showed that sediment transport near the bed depends on bursting event. Quadrant analysis is a method to quantify the contribution to the Reynolds shear stress production by the coherent eddies during the events involved near-bed bursting in the turbulent boundary layer. In this study, the instantaneous velocities of flow in three directions were measured using a Micro ADV in an equilibrium pier-scour hole around a circular bridge pier in a rectangle experimental flume. The results reveal that the dominant event is sweep (Q4), followed by ejection (Q2), then outward (Q1) and inward (Q3) in the entire flow depth except at some points close to the bed level and within the scour hole (z/h< 0) where the contribution of ejection is more important than that of the sweep and Q2 events gradually exceed Q4 events with an increase in z. Also, the contribution of sweep and ejection event diminishes away from the bed level and in contrast, the contribution of outward and inward (Q1 and Q3 events) continues to have insignificant contributions and increase close to water surface becoming approximately equal in the water level. Furthermore, it is also found that the difference in distances from the pier have no significant effect on contributions of events.
    Keywords: Scouring, Quadrant analysis, Reynolds shear stress, Turbulence, Bridge pier