فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال هشتم شماره 3 (پاییز 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/08/23
  • تعداد عناوین: 6
|
  • اصغر عزیزیان، علیرضا شکوهی* صفحه 1
    مدل های رقومی ارتفاعی (DEMs) به علت فراهم آوردن بستر لازم برای استخراج بسیاری از پارامترهای ژئومورفولوژیکی حوضه مانند شبکه آبراهه ها، مساحت زیرحوضه ها، شیب زیرحوضه ها و آبراهه ها از اهمیت بسیار زیادی در مدل سازی بارش- رواناب برخوردار می باشند. یکی از مهم ترین مسائلی که بر نتایج حاصل از مدل رقومی ارتفاعی تاثیرگذار است، توان تفکیک آن (ابعاد سلول شبکه) و آستانه شکل گیری آبراهه ها است. در این تحقیق به بررسی اثر توان تفکیک مدل های رقومی ارتفاعی و همچنین آستانه های مختلف بر پارامترهای ژئومورفولوژیکی حوضه و نیز عملکرد یک مدل هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیکی مبتنی بر موج سینماتیک موسوم به KW-GIUH در حوضه آبریز کسیلیان پرداخته شده است. نتایج حاکی از آن است که با کاهش توان تفکیک مدل های رقومی ارتفاعی (افزایش ابعاد سلولی)، شیب متوسط زیرحوضه ها و تعداد آبراهه ها (خصوصا رتبه 1 و 2) کاهش و مساحت زیرحوضه های منتهی به هر آبراهه و نیز طول جریان دامنه ای افزایش می یابد. بررسی نتایج مدل بارش رواناب نشان می دهد که با کاهش توان تفکیک مدل های رقومی ارتفاعی در یک آستانه ثابت، میزان دبی اوج و زمان پایه هیدروگراف تا ابعاد سلولی 100 متر روند کاهشی را تجربه نموده و پس از آن با یک جهش روبرو شده و مجددا با افزایش ابعاد سلولی، روند کاهشی را ادامه می دهد. مطابق نتایج بدست آمده در آستانه های بالاتر از 2%، اختلاف دبی اوج هیدروگراف در DEMهای با ابعاد سلولی مختلف معنی دارتر بوده و همچنین در یک آستانه ثابت، زمان رسیدن به اوج هیدروگراف سیل مستقل از توان تفکیک DEM می باشد.
    کلیدواژگان: مدل های رقومی ارتفاعی (DEMs)، مدل ژئومورفولوژیکی KW، GIUH، توان تفکیک، آستانه شکل گیری آبراهه ها
  • میلاد خواستار بروجنی، حسین صمدی* صفحه 19
    رسوب گذاری در کانال های انتقال آب یکی از معضلات اساسی در مدیریت شبکه های آبیاری است. در چند سال اخیر استفاده از پساب تصفیه شده شهری در کشاورزی مورد توجه قرار گرفته و این امر ممکن است موجب تشدید رسوبگذاری در کانال های انتقال شود. برای بررسی این موضوع در این پژوهش آزمایش هایی در فلوم دوار انجام و پروفیل سرعت و تنش برشی جریان با استفاده از دستگاه ADV اندازه گیری شد. نرخ ته نشینی در طول آزمایش ها (0-240 دقیقه)، بر اساس غلظت رسوبات معلق و با روش خشک کردن و توزین بدست آمد. نتایج نشان داد پساب سبب افزایش 39 % نرخ ته نشینی رسوبات معلق نسبت به آب خالص می شود و تفاوت محسوسی بین نتایج 30 و 60 درصد پساب مشاهده نگردید. همچنین مشاهده شد در تمام آزمایش ها، ته نشینی مقدار معینی از رسوبات معلق در سیال حاوی پساب نسبت به آب خالص، در زمان کمتری اتفاق می افتد.
    کلیدواژگان: نرخ ته نشینی، تنش برشی بستر، هماوری، فلوم دوار
  • منصور ابوالقاسمی* صفحه 29
    جریان ثانویه در قوس موجب دورسازی رسوبات بستر از ناحیه خارجی آن می شود. عوامل مختلفی بر میزان رسوب ورودی به آبگیر موثر هستند که در این تحقیق اثر زوایه آبگیری بر نسبت رسوب در دو زاویه حدی 52 درجه (ملایم ترین زاویه) و 90 درجه (تندترین زاویه)، به ازای دبی های مختلف و نسبت های انحراف جریان به آبگیر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد ظرفیت آبگذری آبگیر در زاویه آبگیری52 درجه نسبت به زاویه 90 درجه، حدود 21 درصد در دبی های مختلف افزایش داشته است، لذا می توان عرض سردهانه را در زاویه 52 درجه کاهش داد. مقایسه نتایج حاصل از نسبت رسوب انحرافی به آبگیر در این دو زاویه نشان داد تا نسبت انحرافی جریان به میزان 22 درصد، آبگیر با زاویه انحراف 90 درجه، رسوب کمتری را نسبت به زاویه 52 درجه وارد آبگیر نموده است، در این زاویه به دلیل چرخش تند جریان سطحی بسمت آبگیر، زاویه بین جریان سطحی و عمقی زیاد شده (حدود قائمه) و قدرت جریان ثانویه در سردهانه -که تابع این زاویه نیز می باشد- بیشتر شده و کاهش ورود را به همراه داشته است، قدرت جریان ثانویه در سردهانه متاثر از جریان ثانویه در قوس خارجی و زاویه آبگیری می باشد که توسط شاخص Psec تعریف شده است. با افزایش نسبت انحراف جریان در زاویه آبگیری 90 درجه، میدان جریان برگشتی بسمت آبگیر در عرض قوس آبراهه توسعه بیشتری یافته و به بارهای رسوبی متحرک در قوس داخلی نزدیک شده و همانند جریان در قوس خارجی بدلیل قدرت حمل بالا، رسوبات زیادتری را از این ناحیه برداشته و وارد آبگیر می کند و لذا نسبت رسوب ورودی به آبگیر افزایش تصاعدی دارد. در زاویه آبگیری 52 درجه، جریان در حداقل زاویه چرخشی (زاویه حاده) با انحراف بخشی از جریان که در قوس خارجی می باشد آبگیری نموده و با توجه به زاویه کم جریان با امتداد آبگیر، قدرت جریان ثانویه در سردهانه ضعیف بوده و تا نسبت 22 درصد میزان رسوب بیشتری را نسبت به زاویه آبگیری 90 درجه منحرف نموده است.
    کلیدواژگان: مدل فیزیکی، رودخانه سینوسی، آبگیر، نسبت انحراف، زاویه آبگیری، قدرت جریان ثانویه
  • مسعود انیس حسینی، محمد ذاکرمشفق * صفحه 45
    در این پژوهش از دیدگاه نظریه آشوب، سری زمانی آبدهی روزانه رودخانه کشکان تحلیل شده است. قبل از انجام تحلیل مبتنی بر نظریه آشوب، میزان داده های نوفه ای سری زمانی با استفاده از روش های تخمین هسته گوسی و تبدیل موجک مورد بررسی قرار گرفت. همچنین رفتار آماری سری زمانی با توابع خودهمبستگی و خودهمبستگی جزئی ارزیابی شد. سپس در بازسازی فضای فاز این سیستم به روش تاخیرها، از روش های میانگین اطلاعات متقابل و نزدیک ترین همسایگان کاذب، به ترتیب برای تشخیص زمان تاخیر بهینه و بعد تعبیه بهینه سیستم استفاده شده است. در همین حال، بعد فراکتالی سیستم با استفاده از روش بعد همبستگی و همچنین حساسیت به شرایط اولیه سیستم با استفاده از روش توان لیاپانوف آزموده شده و در انتها نیز پیش بینی با استفاده از روش تقریب محلی انجام شده است. کاهش درصد همسایگان کاذب به دنبال افزایش بعد تعبیه، نشان دهنده وجود جاذب فراکتالی در فضای فاز سیستم است؛ که در کنار توان لیاپانوف مثبت به دست آمده، شرایط یک سیستم آشوبناک را برای جریان رودخانه در حوضه آبریز کشکان ترسیم می کند. به دنبال این نتایج، پیش بینی به روش تقریب محلی بر اساس فضای فاز بازسازی شده انجام شد؛ که دقت رضایت بخش به دست آمده، بیان گر کارایی روش های مبتنی بر نظریه آشوب برای تحلیل و پیش بینی جریان رودخانه در حوضه آبریز رودخانه کشکان است. این کارایی در مقایسه ای که با روش برنامه سازی ژنتیک انجام شد؛ مورد تایید بیشتری قرار گرفت.
    کلیدواژگان: نظریه آشوب، توان لیاپانوف، روش تقریب محلی، تحلیل غیرخطی، رودخانه کشکان
  • مرضیه محسنی، جمال محمد ولی سامانی *، سیدعلی ایوب زاده صفحه 63
    پوشش گیاهی در بسیاری از جریان ها و رودخانه ها وجود دارد. پوشش گیاهی موجب تغییر ساختار جریان، افزایش مقاومت کلی جریان و کاهش دبی سیلاب می شود، از این رو نقش قابل توجهی در تثبیت سواحل و احیای زیست محیطی رودخانه ها دارد. در چنین رودخانه هایی، پیش بینی توزیع عرضی سرعت در طرح های کنترل سیلاب و مطالعات انتقال- انتشار آلودگی و رسوب حائز اهمیت است. هدف از این مطالعه، شبیه سازی جریان در کانال مرکب با وجود پوشش گیاهی صلب غیر مستغرق در سیلاب دشت و معرفی مناسب ترین مدل، برای محاسبه فاکتور اصطکاکی، ضریب لزجت گردابه ای و پارامتر جریان ثانویه می باشد. در مطالعه حاضر از یک مدل دوبعدی تحلیلی برای پیش بینی سرعت متوسط عمقی در کانال های مرکب با وجود پوشش گیاهی در سیلاب دشت ها استفاده شده است. در این مدل اثرات اصطکاک بستر، نیروی کشانه، آشفتگی عرضی و جریان های ثانویه، توسط 4 پارامتر در نظر گرفته شده اند. به منظور صحت سنجی، نتایج مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. آزمایش ها در دو شیب و سه عمق نسبی مختلف انجام گرفته است. با توجه به نتایج آزمایشگاهی معادله کلبروک وایت، قادر به محاسبه دقیق ضریب اصطکاک ناشی از پوشش گیاهی در سیلاب دشت نمی باشد و خطای قابل توجهی در محاسبه سرعت در سیلاب دشت ایجاد می کند. با بررسی مطالعات مختلف، استفاده از معادله نادینگ (1998) برای محاسبه فاکتور اصطکاک، خطای مشاهده شده را به میزان قابل توجهی کاهش داد، بنابراین از این مدل برای محاسبه ضریب اصطکاک در سیلاب دشت استفاده شده است. با توجه به مدل های مختلف ارائه شده برای در مطالعات مختلف، مدل آلاوین و چو (1985)، به عنوان مناسب ترین مدل، بر اساس کمترین اختلاف میان داده های مشاهداتی و محاسباتی معرفی شد.
    کلیدواژگان: کانال مرکب، پوشش گیاهی، مدل های لزجت گردابه ای، پارامتر جریان ثانویه، ضریب کشانه، ضریب اصطکاک
  • معصومه بهروز، سعید علی محمدی *، جلال عطاری صفحه 77
    طراحی، تحلیل و بهره برداری سیستم های کنترل سیل به دلیل ماهیت تصادفی سیلاب و خطاهای اندازه گیری با عدم قطعیت همراه است. یکی از این مسائل، طراحی خاکریز های کناره رودخانه (گوره ها) است که با عدم قطعیت های هیدرولوژیکی، هیدرولیکی و اقتصادی همراه می باشد. در این مقاله به طراحی ابعاد بهینه گوره با در نظر گرفتن انواع عدم قطعیت های موجود پرداخته شده و برای تجزیه و تحلیل این عدم قطعیت ها یک مدل بهینه سازی بر مبنای شبیه سازی مونت کارلو1 توسعه داده شده است. مدل بهینه سازی حاصل، یک مدل استوکستیک غیرخطی است که حل آن توسط نرم افزار 2LINGO-13 صورت گرفته است. در این مقاله محدوده شمال شیراز در مجاورت رودخانه خشک معالی آباد (تنگ سرخ) مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج حاصل با نتایج مدل قطعی و بدون در نظرگرفتن عدم قطعیت ها مقایسه شده است. با توجه به مطالعات انجام گرفته و در پی اجرای مدل، سیلاب با دوره بازگشت 20 ساله همانند مدل قطعی دارای بیشترین سود خالص سالانه بوده و به عنوان سیل طراحی انتخاب شده است. برخلاف مدل قطعی که ابعاد سیستم به صورت قطعی و تک مقداری حاصل می شوند، مدل استوکستیک یک بازه برای هر پارامتر نتیجه می دهد و می توان توزیع آماری این پارامتر ها را نیز تخمین زد.
    کلیدواژگان: کنترل سیل، گوره، عدم قطعیت، بهینه سازی، شبیه سازی مونت کارلو
|
  • A. Azizian, A. Shokoohi* Page 1
    Digital elevation models (DEMs), due to their capacity for extracting many of geomorphologic parameters such as: streams network, sub-watersheds area, slope of streams and sub basins have obtained a very important role in rainfall - runoff modeling. One of the most important issues that affect the results of these models is the DEM resolution and the assigned threshold for artificial river network delineation. In this study, the effect of DEM resolution on the geomorphologic parameters of watersheds and the performance of a kinematic wave based model, called as GIUH, is investigated. The results show that by decreasing the DEM resolution, parameters such as sub-basin's mean slope and the number of streams (specially of order 1 and 2) decrease and the area of the i-th order sub basins and the mean length of the overland flow increase. Moreover, the results indicate that the reduction of the DEM resolution at a fixed threshold causes the peak flow and hydrograph time base to decrease up to cell size of 100 meters and then after experiencing a jump, again decrease with increasing cell size. According to the results obtained, above the threshold of 2%, the difference between the peak flows of different hydrographs at different resolution is meaningful. In a fixed threshold, the time to peak flow is independent of DEM cell sizes.
    Keywords: Digital Elevation Models, Kinematic Wave Based Model, GIUH, Stream Delineation Threshold
  • M. Khastar, Borujeni, H. Samadi* Page 19
    Sedimentation in water conveyance channels is one of the main problems in the operation of irrigation systems. In recent years, wastewater has been used in agriculture. This may affect the rate of the channel sedimentation. In order to assess this matter, some experimental tests were conducted in an annular flume. In these experiments the velocity and the shear stress profiles were measured using an Acoustic Doppler Velocimeter (ADV). During the experiments, deposition rate of the sediments were determined by using the measured suspended sediment concentration. The results showed that adding 30% to 60% wastewater caused deposition rate of the sediments to be increased at a rate of 39%. In this work a significant difference between the effect of 30% and 60 % wastewater concentration was not observed. For all experiments, it was observed that the arrival time for deposition of a certain amount of suspended sediment in a fluid- containing wastewater occurred in a shorter period of time.
    Keywords: Deposition Rate, Bed Shear Stress, Flocculation, Deposition Probability, Rotating Circular Flume
  • M. Abolghasemi* Page 29
    Secondary current in the river bend causes transportation of the river bed sediments towards the convex bank. Several parameters affect the rate of sediment diversion to the intake. In this research, the effects of intake angle on sediment rate were investigated in two extreme angles, 5 degrees (the gentle angle) and 90 degrees (the sharp angle), under various discharges and flow diversion rates. The results show that the outflow capacity of intake in 52-degree is higher than 90-degree about 21 percent for various discharges. Therefore, it is possible to decreases the width of intake mouth in 520 diversion angle proportionally. Comparison of the sediment diversion rates in two angles shows that, in case of intake with 90-degree diversions angle, up to 22 percent, less sediment diverts into intake mouth, compared with 52-degree diversion angle. At this angle because of the quick rotation of flow surface towards intake mouth, the angle between surface flow and bottom flow increases (about 90 degree), and the power of secondary flow, increases, and consequently decreases sediment entry into intake. Secondary flow power in intake mouth causes by secondary flow in the bend and diversions angle that is identified by Psec Index. By increasing the flow rate diversion in 900 diversions angle, the domain of flow diverted into the intake mouth expands more than the width of bend and approaches to the moving sediment bar in the inner part of the bend. This flow acts the same as flow in the outer bend of the river but with higher potential for sediment transportation progression. At the 52 degree angle, the flow rotates with a minimized angle by diverting a part of river flow into the outer bend. Therefore, at the lower angle in flow diversion and intake alignment, the power of secondary flow becomes weaker than the 90-degree angle. This results in lower rate of up to 22 percent more sediment diversion into the intake compared with 90-degree diversion angle.
    Keywords: Physical Model, Sinuous River, Intake, Diversion Rate, 52, 90 Deg. Diversion Angles, Secondary Flow Power
  • M. Anis, Hoseini, M. Zakermoshfegh* Page 45
    In this paper, flow of the Kashkan River was analyzed through chaotic viewpoint regarding the daily discharge time series. At first, time series noise level was evaluated by the Gaussian Kernel estimation and wavelet transform methods. In addition, statistical behavior of time series was studied using autocorrelation and partial autocorrelation functions. Then, in phase space reconstruction by lags method, Average Mutual Information and False Nearest Neighbors methods were used to recognize the optimal delay time and embedding dimension, respectively. Subsequently, fractal dimension of system had been estimated using the correlation dimension method. In addition, sensitivity to initial conditions examined by Lyapunov exponent method and finally, prediction has been made using the local approximation method. Decrease of false neighbors due to increasing the embedding dimension, shows the existence of fractal attractor in system's phase space, which beside positive Lyapunov exponent obtained, suggests the condition of a chaotic system for river flow in the Kashkan basin. Following these results, forecasting had been made using local approximation method in the base of reconstructed phase space and satisfactory accuracy obtained, indicate the usefulness of chaos theorybased methods to analysis and prediction of river flow in the Kashkan basin. This efficiency was emphasized using comparison between local approximation and genetic programming results.
    Keywords: Chaos Theory, Lyapunov Exponent, Local Approximation Method, Nonlinear Analysis, Kashkan River
  • M. Mohseni, J. Mohammad Vali Samani*, S. A. Ayyubzadeh Page 63
    Vegetated floodplains frequently occur in natural rivers. The presence of vegetation plays an essential role in bank stabilization and ecological restoration. The hydraulic resistance due to vegetation on the floodplain typically causes a further reduction of flow velocity and increases the velocity difference between the main channel and the floodplain. As a consequence, a strong lateral shear layer leads to the exchange of mass and momentum between the main channel and floodplain which in turn affects the overall channel conveyance and certain fluvial processes. The goal of this study was to simulate flow velocity in compound channels with vegetated floodplains. The present paper builds on previous work by Tang and Knight and applies it to simulate flow on a vegetated floodplain. This model includes the effects of bed friction, drag force, lateral turbulence and secondary flows, via four coefficients ƒ, C􀭈, λ and Γ, respectively. To validate the 2D model, flume experiments have been conducted in straight compound channel with vegetated floodplains. Six series of tests were undertaken at 2 different bed slopes (S􀬴) and three depth ratios (Dr). The results of a comparison between calculated and measured values of the velocities showed that Colebrook-White equation cannot correctly predict values of friction factor (ƒ) and thus use of Nudging’s equation would be recommended. Five eddy viscosity models were selected from the literature and the best model was introduced, through the best-fit to the observed data.
    Keywords: Compound Channel, Vegetation, Depth Averaged Velocity, Eddy Viscosity Model, Drag Coefficient, Roughness Coefficient
  • M. Behrooz, S. Alimohammadi٭, J. Attari Page 77
    Design, analysis and operation of flood control systems are subjected to several uncertainties due to inherent behavior of flooding and random errors associated with measurements. One of these issues is, the design of levees that collaborated with hydrologic, hydraulic and economic uncertainties. In this paper, for the design of levees considering these uncertainties a stochastic optimization model based on Monte Carlo simulation has been developed. The resulted model is a nonlinear stochastic model that has been solved by LINGO-13 software. A reach in the Moali-abad river in the north of Shiraz city, has been considered as case study. Obtained results are compared with results of deterministic model. According to the results of the of model, a 20-year return period flood like deterministic model had highest annual net benefit and was selected as the design flood. Unlike the deterministic model, that every output (design parameters) is single valued, stochastic model gives a range for each parameter. Thus the statistical distributions of these parameters are also obtained.
    Keywords: Flood Control, Levee, Uncertainty, Optimization, Monte Carlo Simulation