فهرست مطالب

هیدرولیک - سال دوازدهم شماره 3 (پاییز 1396)

مجله هیدرولیک
سال دوازدهم شماره 3 (پاییز 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/09/12
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مقاله کامل
  • امیر محمدی، عاطفه پرورش ریزی *، نادر عباسی صفحات 1-12
    در هر شبکه آبیاری سازه های متفاوتی وظیفه تنظیم رقوم آب و همچنین آبگیری را بر عهده دارند. از بین آنها می توان به سرریزهای نوک اردکی و آبگیرهای مدول نیرپیک اشاره کرد که در بسیاری از شبکه های آبیاری کشور به کار رفته اند. برای بهبود بهره برداری از شبکه های آبیاری، ارزیابی عملکرد هیدرولیکی این سازه ها و اطلاع از کارایی وضع موجود آنها باید جزء برنامه مدیریت بهره برداری و نگهداری شبکه آبیاری باشد؛ در حالی که این مهم کمتر مورد توجه مدیران بهره برداری قرار گرفته است. هدف از انجام تحقیق حاضر ارزیابی عملکرد فنی و وضعیت بهره برداری سازه های تنظیم، توزیع و کنترل جریان در شبکه آبیاری ورامین است. به این منظور عملکرد 15 دریچه آبگیر از نوع مدول نیرپیک و هفت سازه تنظیم سطح آب از نوع سرریز نوک اردکی، با کاربرد تجهیزات دقیق اندازه گیری دبی ارزیابی شد. مقایسه دبی اسمی و دبی اندازه گیری شده نشان می دهد که دریچه های نیرپیک در محدوده ی 8-% تا 83% خطا در آبدهی دارند و به طور متوسط 22% بیش از مقدار مورد نظر بهره بردار، آب عبور می دهند. تنظیم نامناسب سطح آب توسط سازه نوک اردکی، انباشت رسوب و فرار آب از حاشیه دریچه های آبگیر، از دلایل اصلی این اختلاف دبی است. سازه های تنظیم نیز به دلیل عدم خدمات مناسب دچار آسیب های ساختاری شده اند؛ بطوریکه مقدار متوسط ضریب دبی جریان در سرریزهای نوک اردکی به 55/1 افزایش یافته است. بنابراین با رفع مشکلات فنی و نگهداری که در نتایج این تحقیق آمده است، می توان به الگوی مناسبی از توزیع آب رسید.
    کلیدواژگان: شبکه آبیاری ورامین، دبی طراحی، آبگیر نیرپیک، سرریز نوک اردکی، عملکرد هیدرولیکی
  • رامین گرجی شانی، غلامعباس بارا * صفحات 13-27
    تالاب های هویزه در جنوب غرب ایران، و در حوضه آبریز رودخانه های کرخه و دجله قرار گرفته اند. در سال های اخیر به دلیل فعالیت های انسانی، به ویژه احداث چندین سد و بند انحرافی در محدوده ورودی این تالاب ها، تنش های شدید هیدرولوژیکی و زیست محیطی بر پیکره آنها وارد گردیده است؛ به گونه ای که تالاب ها بخش عظیمی از مساحت خود را ازدست داده و به بزرگترین کانون ریزگردها در سطح منطقه تبدیل شده اند. تعیین نیاز آبی تالاب ها می تواند شرایط اکولوژیکی آنها را باز گردانیده و در بهبود عملکرد زیست محیطی آنها نقش به سزایی داشته باشد. از این رو در این پژوهش نیاز آبی تالاب ها، بر اساس روش ترکیبی محاسبه گردید. با استفاده از داده های هیدرولوژیکی، سیستم اطلاعات جغرافیایی، و مشاهدات میدانی حریم و حد بستر تالاب ها بدست آمده و سپس با استفاده از شاخص نرمال شده تفاوت پوشش گیاهی، میزان سطح آب و پوشش گیاهی بدست آمد. همچنین با استفاده از مشاهدات میدانی و گزارشات سازمان های وابسته، مشخص گردید که گیاه نی باتلاقی، گونه زیستی غالب در منطقه بوده و از این رو در محاسبه نیاز آبی تالاب های هویزه، نیاز آبی اکولوژیکی آن مشخص گردید. برای برآورد نیاز آبی تالاب ها دو روش ارائه گردید که در روش اول، تالاب ها در شرایط قبل از بروز تنش قرار می گرفتند و روش دوم شامل حفظ ایده آل مناطق شمالی تالاب ها که در مجامع بین المللی ثبت گردیده اند و جلوگیری از بروز ریزگردها در بخش جنوبی تالاب ها می باشد. نتایج نشان داد که تحت روش اول نیاز آبی تالاب ها حدود 6/15 میلیارد متر مکعب و در حالت دوم، حدود 4/12 میلیارد متر مکعب در سال می باشد.
    کلیدواژگان: تالاب های هویزه، ریزگردها، روش ترکیبی، حق آبه زیست محیطی
  • مهدی کرمی مقدم*، تورج سبزواری صفحات 29-40
    جریان در کانال مرکب به علت تبادل قوی جریان بین کانال اصلی و دشت سیلابی، متفاوت از کانال ساده می باشد. در این تحقیق الگوی جریان در کانال مرکب در شرایط بدون پوشش گیاهی و پوشش گیاهی با آرایش موازی مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی تاثیر تراکم پوشش گیاهی بر الگوی جریان از نسبت فاصله بین گیاهان به قطر آنها (L/D) استفاده شد. این نسبت برابر 3، 8 و 16 در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که سرعت طولی و سرعت متوسط عمقی جریان در کانال اصلی برای حالت بدون پوشش گیاهی کمتر از حالت با پوشش گیاهی است و در دشت سیلابی این موضوع برعکس است. در حالت بدون پوشش گیاهی، با پیشروی از مرکز کانال اصلی به سمت دشت سیلابی، سرعت متوسط عمقی کاهش و سپس در فصل مشترک کانال اصلی و دشت سیلابی افزایش یافته و پس از آن به روند کاهشی خود ادامه می دهد. در آرایش موازی با کاهش نسبت L/D در دشت سیلابی، سرعت طولی، سرعت متوسط عمقی، تنش برشی و شدت جریان به میزان 65 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: کانال مرکب، دشت سیلابی، پوشش گیاهی، سرعت متوسط عمقی، تنش برشی
  • مهسا جهادی، حسین افضلی* صفحات 41-52
    توده گیاهی مستغرق، ساختار جریان را به طور قابل ملاحظه ای تغییر می دهد. شناخت ساختار جریان متاثر از توده گیاهی مستغرق، امری ضروری برای مهندسان رودخانه است. تئوری های موجود فرایند اختلاط می توانند برای بررسی تعامل توده گیاهی و جریان کمک نمایند؛ هرچند یکی از ویژگی های اساسی توده گیاهی با طول محدود، تشکیل جریان های در حال توسعه بر روی آن است که در تئوری لایه اختلاط لحاظ نشده است. از این رو ضروری است مفهوم دینامیک مکانی جریان، با تئوری لایه اختلاط برای مطالعه ساختار جریان بر روی توده گیاهی با یکدیگر ادغام شوند. در این پژوهش، برای کاربرد تئوری لایه اختلاط در جریان های در حال توسعه، به مطالعه آزمایشگاهی بر روی یک توده گیاهی مصنوعی مستغرق در دو دبی 29 و 21 لیتر بر ثانیه پرداخته می شود. نتایج نشان می دهند که ضخامت لایه اختلاط بر روی توده گیاهی با دو ناحیه در حال توسعه و کاملا توسعه یافته، روند لگاریتمی داشته و ضریب پخشیدگی بر روی توده گیاهی مورد مطالعه به دلیل ارتفاع کم پوشش و عدم رشد آزادانه ضخامت لایه اختلاط، کمتر از دامنه پیشنهادی توسط سایر پژوهشگران است. همچنین تطابق قابل قبولی بین داده های اندازه گیری شده و برآورد شده لایه اختلاط روی توده گیاهی مشاهده گردید. توزیع محدب تنش رینولدز بر روی توده گیاهی در جریان در حال توسعه، ضرورت توجه بیشتر در برآورد ضریب زبری و انتقال رسوب را ایجاب می کند.
    کلیدواژگان: تئوری اختلاط، جریان های درحال توسعه، توده گیاهی مستغرق، توزیع محدب تنش رینولدز
  • یادداشت تحقیقاتی
  • الهام ایزدی نیا*، نسیم ریسمانی، عبدالرضا کبیری سامانی صفحات 53-60
    سرریزهای استوانه ای و سرریزهای تاج دایره ای به دلیل اقتصادی بودن و سهولت ساخت در مقایسه با سایر سرریزها می توانند برای اندازه گیری شدت جریان، ساختمان های تخلیه جریان آب و کنترل سطح آب در کانال ها و مخازن مورد استفاده قرار گیرند. در تحقیق حاضر وضعیت جریان روی 28 مدل فیزیکی سرریز تاج دایره ای با استفاده از نرم افزار فلوئنت شبیه سازی شد و با نتایج مدل های آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفت. در این مطالعه تاثیر پارامترهای شعاع، ارتفاع، شیب بالادست، شیب پایین دست و کمان تاج در بالادست سرریز بر ضریب دبی جریان بررسی شد. شبیه سازی در نرم افزار فلوئنت با استفاده از مدل آشفتگی k–ε و مدل چندفازی VOF انجام گرفت. از مقایسه نتایج مدل شبیه سازی شده با نتایج آزمایشگاهی مشخص گردید مقدار NRMSE برای مدل های مورد بررسی برابر با 7/7 درصد و خطای نسبی برابر با 6/4 درصد است بنابراین فلوئنت با دقت مناسبی قادر به شبیه سازی جریان می باشد. پس از اطمینان از دقت نتایج، دامنه داده های آزمایشگاهی افزایش داده شد و نتایج قابل توجهی نسبت به مطالعه آزمایشگاهی حاصل گردید. نتایج نشان داد که با افزایش بار کل آب در بالادست، به ترتیب برای سرریزهای استوانه ای، نیم استوانه ای و ربع استوانه ای تا مقدار 2، 3/1 و 96/0، ضریب دبی روند افزایشی و پس از آن روند کاهشی دارد. افزایش ارتفاع سرریز باعث افزایش ضریب دبی جریان گردید، در حالیکه تغییرات کمان تاج تاثیری بر ضریب دبی نداشت. همچنین ضریب دبی در H1/R ثابت برای سرریزهای استوانه ای بیشترین مقدار (915/0=Cd) و برای سرریزهای ربع استوانه ای کم ترین مقدار (851/0=Cd) را دارد.
    کلیدواژگان: سرریز تاج دایره ای، استوانه ای، نیم استوانه ای، ربع استوانه ای، ضریب دبی، فلوئنت
  • مهدی نعمتی، حسن احمدی * صفحات 61-68
    تخلیه کننده‏ های تحتانی به عنوان سازه ‏های هیدرولیکی جانبی در سدها شناخته شده اند که وظیفه کنترل سیلاب، تخلیه رسوبات و انتقال جریان را بر‏عهده دارند. در این مطالعه، حل عددی جریان در تخلیه‏ کننده تحتانی دارای شیب، متشکل از مقاطع متعدد هندسی و دارای انحنای مجرا قبل از دریچه سرویس با استفاده از نرم افزار FLOW-3D به عنوان یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) مورد بررسی قرار گرفته است. مدل k–ε به عنوان مدل آشفتگی برای حل جریان فوق‏ بحرانی استفاده شد. اهداف این مقاله، تعیین و پیشنهاد ساختار هندسی مناسب مجرای جریان در جهت حذف الگوی جریان چرخشی پایین دست و پیش بینی اثر تغییر هندسه مجرا بر مشخصات جریان در محل دریچه و پایین دست جریان بوده است. نتایج مدل سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. نتایج نشان داد که با انتخاب 25 متر طول مستقیم قبل از دریچه‏ ها، مقادیر انرژی آشفتگی و فشار جریان بعد از دریچه‏ ها به ترتیب 86/27% و 17/26% کاهش یافته است. همچنین، با در نظر گرفتن طول‏های بیشتر، تفاوت قابل ملاحظه ای یافت نشد.
    کلیدواژگان: مدل سازی عددی، تخلیه کننده تحتانی، انحنای مجرا، FLOW، 3D
|
  • Amir Mohammadi, Atefeh Parvaresh Rizi *, Nader Abbasi Pages 1-12
    In irrigation networks, different structures are used in regulating water level and off-takes. Duckbill weirs and Neyrpic module off-takes are among these structures which are used in many irrigation networks. To improve the operation of irrigation networks, hydraulic performance assessments of these structures and the efficiency of present condition should be part of the maintenance and operational management programs. Less attention has been paid to this subject by the operation managers. The aim of this study is to evaluate the technical performance and operational condition of regulator structures, distribution and flow control in Varamin Irrigation Network. For this purpose, with the use of precise measuring equipment, performance of 15 Neyrpic module off-takes and 7 duckbill water level regulators were evaluated. Comparison of the nominal and measured flow rate shows that Neyrpic gates have error in the range of -8% to 83% and on the average deliver 22% more than the specified volume of water. Improper water level regulation by the duckbill structures, sediment accumulation and water leakage from the edge of the gates are the main reasons for these flow differences. Water regulators are also faced with structural damage due to improper services. As a result, the average amount of discharge coefficient in duckbill weirs have increased to 1.55. By solving the technical and maintenance problems, resulted from this study, the proper model of water distribution can be implemented.
    Keywords: Varamin irrigation network, Design discharge, Neyrpic Modules, Duckbill weir, Hydraulic performance
  • Ramin Gorji-Shani, Golamabbas Barani * Pages 13-27
    Hawizeh marshes are located in the southwest of Iran in the drainage basin of Karkheh and Tigris rivers. Human activities in recent years, specifically via construction of several storage and diversion dams upstream of these marshes, have resulted in extreme hydrological and bioenvironmental stresses on the area. In other words, the marshes have lost a large portion of their original surface and have been converted into the greatest locus of haze in the region. Determination of the marshes water requirements may be significantly helpful in the restoration of their ecological conditions and improvement of their bioenvironmental performance. Therefore, marshes water requirements were determined using a comprehensive computational method. In this approach, riparian zone of the beds was determined using hydrological data, geographic information system, and field observations. Then, the normalized difference vegetation index was used to determine water level and vegetation conditions. According to the field observations and reports given by affiliated organizations, reed marshes were the dominant species in the region. Therefore, ecological water requirements of this plant were considered in the computation of water requirements of Hawizeh marshes. Two scenarios were proposed to meet the marshes water requirements. In the first scenario, original conditions of the marshes (before stress) were maintained. In the second scenario, ideal conditions of the northern parts of the marshes (recorded by international organizations) were maintained and the occurrence of haze was prevented in the southern parts. Results showed that the marshes water requirements were 15.6 and 12.4 billion cubic meters under the first and the second scenarios, respectively.
    Keywords: Environmental water requirements, Hawizeh marshes, Dust, Combination method
  • Mehdi Karami Moghadam *, Touraj Sabzevari Pages 29-40
    Flow in a compound channel differs from a simple channel due to the strong interaction of flow between the main channel and the floodplain. In this research, flow pattern was investigated in a compound channel without vegetation and with vegetation by parallel arrangement. To study the effect of vegetation density on flow pattern, the ratio of inter-plant distance and plant diameter (L/D) was used, which was set to 3, 8, and 16. Results indicated that longitudinal velocity and depth-averaged velocity of flow in the main channel were lower in the non-vegetated condition than the vegetated one. However, this condition was reversed for the floodplain. Under the non-vegetated case, by moving from the center of the main channel to the floodplain, the depth-averaged velocity decreased until it increased at the interface between the main channel and the floodplain. Later the decreasing trend continued. In the parallel arrangement, with a reduction in L/D ratio, vegetation density increased while longitudinal velocity, depth-averaged velocity of flow, shear stress and flow rate at the floodplain decreased by about 65%.
    Keywords: Compound channel, Floodplain, Vegetation, Depth-averaged velocity, Shear stress
  • Mahsa Jahadi, Hossein Afzalimehr * Pages 41-52
    Submerged vegetation patch plays a significant role in flow structures in river engineering. Although the existing theories of mixing layer can be applied to investigate the interaction of vegetation patch and flow, the effect of developing flow over small patches has not been yet considered in the literature. This experimental study applies the mixing -layer theory over artificial vegetation patch for two flow discharges 21 and 29 l/s. The results reveal that the mixing-layer thickness over the vegetation patch follows a logarithmic trend for developing and fully developed flow regions and the diffusion coefficient is less than the reported values in literature due to the limitation of vertical development of the mixing layer width by the bed and small canopy height. Also, there is a reasonable agreement between the measured values with the estimated ones by the mixing- layer over vegetation patch. The convex Reynolds stress distribution calls for more consideration in estimation roughness coefficient and sediment transport over vegetation patch under developing flow.
    Keywords: Mixing layer theory, Spatially developing flow, Submerged vegetation patch, Convex Reynolds stress distribution
  • Elham Izadinia *, Nasim Rismani, Abdol Reza Kabiri Pages 53-60
    Cylindrical overflows and circular crested weirs, due to economical reasons and simplicity of manufacture, compared to other overflows can be used in measuring flow intensity, discharge and water level control in channels and reservoirs. In this study, flow characteristics in 28 physical models of circular crested weirs using the FLUENT model were simulated and the results were compared with the physical models. In addition, the effect of the radius, height, upstream slope, downstream slope and upstream arc crest overflow parameters were also investigated. Simulation in FLUENT software was made by using k-Ɛ turbulence model and VOF multiphase model. Comparison of simulation and experimental models indicated that NRMSE is 7.7% and the relative error equals to 6.4%, which indicates the accuracy of numerical modeling in calculation of discharge coefficient. As a result, good agreement was obtained between FLUENT model and physical models. The results also showed that discharge coefficient increases by the total load (H1/R), equal to the values of 2, 1.3 and 0.96 in cylindrical overflows, semi cylindrical and quadrant cylindrical respectively. Increasing the weir height also causes increase in the discharge coefficient. Other parameters have slight impact on the discharge coefficient. Moreover, discharge coefficient of cylindrical weir has the maximum (Cd=0.915) and the quadrant cylindrical weir has the minimum value (Cd=0.851) under constant H1/R.
    Keywords: Circular crested weir, Cylindrical weir, Semi cylindrical, Quadrant cylindrical, Discharge coefficient, FLUENT
  • Mahdi Nemati, Hasan Ahmadi * Pages 61-68
    Bottom outlets are used as lateral hydraulic structures in dams for flood control, sediment discharge, and flow transition. In this study, numerical simulation of flow in the bottom outlet including slope, various geometrical sections, and conduit curvature in front of the service gate were investigated by using FLOW-3D as a computational fluid dynamic (CFD) model. To solve super-critical flow, k-ε model, a turbulence model was also used. Objectives of this study are: proposing an appropriate geometric structure of flow conduit to eliminate downstream turbulent flow pattern and predicting conduit geometric change impact on flow characteristics at the gate section and downstream of the structure. Results from numerical modeling were compared with experimental ones. Results indicated that by choosing a direct length of 25 meters in front of the gates, values of turbulent energy and flow pressure had decreased 27.86% and 26.17% before and after the gate, respectively. Furthermore, significant difference was not observed by using longer distances in front of the gate.
    Keywords: Numerical modeling, Bottom outlet, Conduit curvature, FLOW-3D