r. daneshfaraz
-
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و نهم شماره 1 (پیاپی 111، بهار 1404)، صص 111 -129
سرریزها در مدیریت سیلاب ها و ایمنی سدها نقش حیاتی ایفا می کنند و بخش عمده ای از هزینه های ساخت سدها را به خود اختصاص می دهند. انتخاب سیلاب های با دوره های بازگشت بلندمدت برای طراحی سیلاب از اهمیت زیادی برخوردار است، اما در برخی موارد افزایش ظرفیت سرریز از طریق افزایش عرض آن به دلیل محدودیت های توپوگرافی غیرممکن است. یکی از راهکارهای افزایش ظرفیت آبگذری سرریزها، استفاده از سرریزهای کنگره ای است که با افزایش طول موثر تاج سرریز در یک عرض معین، امکان عبور دبی بیشتری را با حفظ بار هیدرولیکی مشابه فراهم می آورد. در این پژوهش، عملکرد هیدرولیکی سرریز کنگره ای با استفاده از مدل عددی Flow3D و داده های آزمایشگاهی بررسی شده است. ازآنجاکه انجام مطالعه های آزمایشگاهی معمولا نیازمند صرف هزینه و زمان زیادی است، استفاده از شبیه سازی های عددی به منظور دستیابی به نتایج دقیق تر و قابل اعتمادتر برای ارزیابی رفتار هیدرولیکی سرریز کنگره ای در اولویت قرار دارد. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که نرم افزارFlow3D با استفاده از پارامتر های آماریR2، DC و RMSE به ترتیب برابر است با (0/9805، 0/9725 و 0/0142) که قادر است جریان عبوری از سرریزها را با دقت زیاد مدل سازی کند. مقادیر به دست آمده ضریب دبی در Flow3D تطابق بسیار خوبی با داده های آزمایشگاهی کروکستون دارد و هم راستایی تقریبی این نتایج نشان دهنده دقت زیاد مدل عددی است. علاوه بر این در مقایسه با دبی های مختلف، برای نمونه خطای نسبی محاسباتی مشاهده شده برای دبی های 0/35، 0/6 و 0/44 (مترمکعب بر ثانیه) تقریبا 0/5 درصد محاسبه شده است، درحالی که برای دبی های 0/3، 0/4 و 0/57 به ترتیب خطاهایی معادل 8، 6 و 4 درصد مشاهده شد. نتایج نشان می دهد که این ابزارها می توانند در تحلیل های هیدرولیکی دقیق و بهینه سازی طراحی سرریزها، سیستم های آبیاری و پدیده های دینامیک سیالاتی به طور موثری استفاده شوند.
کلید واژگان: بار آبی، مدل سازی عددی، سرریز کنگره ای، سازه های هیدرولیکی، Flow 3DWeirs play a crucial role in flood management and dam safety, accounting for a significant portion of the construction costs of dams. The selection of floods with long return periods for flood design is of utmost importance. However, in some cases, increasing the weir capacity by widening it may be impossible due to topographical limitations. One solution to enhance the flow capacity of weirs is the application of labyrinth weirs. These weirs increase the effective length of the weir crest within a given width, allowing for the passage of higher flow rates while maintaining similar hydraulic conditions. In this study, the hydraulic performance of labyrinth weirs is investigated using the Flow3D numerical model and laboratory data. Since laboratory experiments are time-consuming and costly, employing numerical simulations to achieve more accurate and reliable results for evaluating the hydraulic behavior of labyrinth weirs is prioritized. The results of the simulations indicate that the Flow3D software, utilizing statistical parameters such as R², DC, and RMSE, achieves values of (0.9805, 0.9725, and 0.0142), respectively. This demonstrates its capability to model the flow passing through weirs with high accuracy. The obtained values of the discharge coefficient in Flow3D show a high agreement with the laboratory data from Crookston. The approximate alignment of these results indicates the high accuracy of the numerical model. Additionally, in comparison to different discharges, the relative computational error observed for flow rates of 0.35, 0.6, and 0.44 (cubic meters per second) was approximately 0.5 percent, while for flow rates of 0.3, 0.4, and 0.57, the corresponding errors were 8, 6, and 4 percent, respectively. The results indicate that these tools can be effectively utilized in precise hydraulic analyses and the optimization of weir designs, irrigation systems, and fluid dynamics phenomena.
Keywords: Head Water, Numerical Modeling, Labyrinth Weir, Hydraulic Structures, Flow 3D -
در پژوهش حاضر میزان ضریب دبی دریچه کشویی با استفاده از روش های داده کاوی مبتنی بر مدل های ماشین بردار پشتیبان (SVM)، برنامه ریزی بیان ژن (GEP)، روش شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و الگوریتم K نزدیک ترین همسایه (KNN) برای نخستین رابطه تئوری ارائه شده برای دریچه های کشویی در حالت آستانه غیرهم عرض، مورد ارزیابی قرار گرفت، تا عملکرد آن با استفاده از روش های محاسبات نرم سنجیده شود. برای مدل SVM، کرنل تابع پایه شعاعی (RBF) نتایج بهتری در مقایسه با کرنل های چند جمله ای (Polynomial)، خطی (Linear) و سیگموئید (Sigmoid) دارد. شاخص های آماری R، KGE، RMSE و MRE% برای مدل SVM-RBF در مرحله آزمون به ترتیب 96/0، 90/0، 018/0 و 92/1 است. در مدل KNN فاصله اندازه گیری Manhattan دقت بالاتری در پیش بینی ضریب دبی نسبت به معیارهای Euclidean، Euclidean Squared و Chebychev داشت. روش ANN در مقایسه با مدل های SVM، GEP و KNN دقت بیشتری دارد به طوری که برای این مدل 15/1=MRE% و 0098/0=RMSE است.کلید واژگان: اندازه گیری دبی، ضریب دبی، سازه کنترل، مدل های هوشمند، شاخص های آماریThe use of sills with the gates leads to a reduction in the height of the gate. The sills affect the flow and change quantities, especially the discharge coefficient. In the present research, the discharge coefficient of the sluice gate is examined for the first presented theoretical relationship in a non-suppressed sill state to measure its performance using soft computing methods. For the models, 70% of the data were used for the training and the rest for the testing phases. The results of statistical indicators showed that in all SVM, KNN, GEP, and ANN models, the model with all input parameters was recognized as the superior model. In the SVM model, the results of various kernels showed that the Radial Basis Function kernel has better results in predicting the discharge coefficient compared to the Polynomial, Linear, and Sigmoid kernels. The results of the correlation coefficient (R), Root Mean Square Error (RMSE), mean percentage Relative Error (MRE%), and Kling Gupta Efficiency (KGE) in the test stage for the SVM model were 0.96, 0.018, 0.90, and 1.92%, respectively. The neighbor coefficient (K) results showed that in the K equal 2, the RMSE and MRE had a lower value and were close to the experimental results. In addition, in the KNN model, among distance criteria measures (Manhattan, Euclidean, Euclidean Squared, and Chebychev), the Manhattan criteria have a higher accuracy in predicting the discharge coefficient than the others. In the testing phase, this model's results were 0.97, 0.016, 0.96, and 1.70%. In addition, the results for the GEP model were 0.98, 0.019, 0.85, and 2.28%, respectively. In the present research, the ANN method is more accurate compared to SVM, GEP, and KNN models, so, for the ANN model, the KGE was in the very good range.Keywords: Discharge Measurement, Discharge Coefficient, Control Structure, Intelligent Models, Statistical Indicators
-
Flow hysteresis in a channel with a supercritical flow in the vicinity of a spindle-shaped bridge foundation (SSBF) with a change in flow rate has been investigated in a laboratory for the first time. Two spindle-shaped bridge foundations with diameters of 9 and 6.5 cm, which are placed at distances of 1.5 and 1 meter from the gate, have been used. The critical depth ranges between 0.027 and 0.0528 meters, and the used flow rates range from 250 to 600 liters/min. The flow regimes in the vicinity of the bridge foundations are classified based on the relative depths and Froude numbers created in sections B and C according based on the Froude number at the vena contracta. Sections B and C are near the bridge foundation and the flow passing through the center of the bridge foundation, respectively. The increase and subsequent decrease in velocity leads to different flow states. In some cases, two different behaviors can be seen from the flow with similar laboratory conditions. Hysteresis manifests in the range of Froude number 2.697~5.0. As the bridge foundations approach the valve, the hysteresis area becomes wider. Changes in the flow regime under the same conditions, called hysteresis, should be considered in designs. Also, with hysteresis, the relative residual energy and the downstream Froude number increased by 57.36% and 72.31%, respectively.Keywords: Hysteresis Phenomenon, Possible Flow Regimes, Spindle-Shaped Bridge Foundations Froude Number
-
The vertical drop is one of the most widely used hydraulic structures for dissipating the destructive energy of water. The purpose of this research is to investigate the effect of the two difference height, and five vertex angles of a triangular plan form vertical drop on energy dissipation and average velocity using the volume of fluid (VOF) method. The findings revealed that by decreasing vertex angle of the triangular plan form vertical drop, energy dissipation increases. The lowest relative depth of the pool occurs with this drop. In contrast, as the vertex angle of the triangular plan form vertical drop decreases, the average velocity at the foot of the drop increases and the maximum average velocity in the triangular plan form vertical drop with an angle of 60 degrees and a height of 0.2 m is higher than other models. The average downstream velocity also decreases by decreasing the angle and this decrease is more intense in the center of the channel than on the sides.Keywords: Triangular plan form vertical drop, Energy dissipation, Relative depth of the pool, Average velocity
-
هدف از تحقیق حاضر بررسی و مقایسه نتایج آزمایشگاهی استهلاک انرژی و طول شیب شکن قایم مجهز به صفحات مشبک افقی با نتایج حوضچه های آرامش استاندارد نوع یک، دو، سه و چهار شیب شکن قایم ساده است. بدین منظور تعداد 64 آزمایش مختلف روی شیب شکن قایم مجهز به صفحه مشبک افقی در فواصل نسبی 0، 0/25، 0/5 و 0/75 از لبه شیب شکن، با تخلخل 40 و 50 درصدی صفحات مشبک و ارتفاع 20 سانتی متری انجام شد. نتایج نشان داد که در تمامی آزمایش ها و در یک دبی ثابت، افزایش فاصله صفحه مشبک از لبه شیب شکن، تاثیری زیادی بر استهلاک انرژی جریان ندارد. به طور متوسط استهلاک انرژی پایین دست برای مطالعه حاضر در مقایسه با شیب شکن قایم ساده به میزان بیش از 20 درصد افزایش یافته است که می تواند جایگزین مناسبی برای حوضچه آرامش پایین دست باشد. در میان مدل های تحقیق حاضر، بیشترین کاهش طول نسبی شیب شکن توسط مدل شیب شکن قایم با صفحه مشبک افقی با فاصله نسبی 0/75 اتفاق افتاد. به طور میانگین هنگام استفاده از صفحات مشبک افقی در چهار فاصله نسبی از لبه شیب شکن نیز نسبت به شیب شکن قایم مجهز به حوضچه آرامش استاندارد بیش از 73 درصد از طول نسبی شیب شکن کاسته می شود.
کلید واژگان: شیب شکن قائم، محل قرارگیری صفحات مشبک افقی، مستهلک کننده انرژی، لبه شیب شکن، پرش هیدرولیکیThe present study aimed to investigate and compare the laboratory results of energy dissipation and length of vertical Drops equipped with horizontal Screens with the results of standard stilling basins of type one, two, three and four simple vertical Drops. For this purpose, 64 different experiments were performed on vertical Drops equipped with a horizontal Screen at relative distances of 0, 0.25, 0.5, and 0.75 from the edge of Drops, with a porosity of 40 and 50% of the Screen and a height of 20 cm .The results showed that in all experiments and at a constant flow, increasing the distance of the Screen from the edge of Drops does not have much affect the energy dissipation of the current. On average, the downstream energy dissipation for the present study has increased by more than 20% compared to the simple vertical Drop, which can be an excellent alternative to the downstream stilling basin. Among the models of the present study, the most significant reduction in the relative length of the Drops was achieved by the vertical Drops model with a horizontal Screen with a relative distance of 0.75. On average, when using horizontal Screen at four relative distances from the edge of Drops, the relative length of the Drops is reduced by more than 73% compared to the vertical Drops equipped with a standard stilling basin.
Keywords: Vertical Drop, Location of horizontal Screen, Energy dissipator, The edge of Drops, Hydraulic jump -
در دهه اخیر استفاده از سازه های گابیونی در مهندسی هیدرولیک برای پایداری سازه به جهت دارا بودن چگالی و وزن زیاد، زبری برای افت انرژی و تخلخل برای زهکشی رواج زیادی یافته است. این پژوهش به ارزیابی عملکرد سازه های تورسنگی در شرایط ایجاد پرش هیدرولیکی مستغرق در استهلاک انرژی نسبی پایین دست سرریز اوجی پرداخته است. پارامترهای مورد ارزیابی در این پژوهش عبارت از: عدد فرود، ارتفاع آب پایه، ضخامت آب پایه و قطر سنگدانه ها است. آزمایش ها با سه دانه بندی سنگدانه با قطر متوسط 1/5، 2/2 و 3 سانتی متر با سه ارتفاع آب پایه 10 و 20 سانتی متر و Max و ضخامت های 10، 20 و 30 سانتی متر و دبی های 20 تا 40 لیتر بر ثانیه انجام شد. نتایج نشان داد که در تمامی مدل های مورد آزمایش با کاهش قطر سنگدانه های آب پایه، میزان استهلاک انرژی نسبی افزایش می یابد، به نحوی که در آب پایه با سنگدانه به قطر 1/5 سانتی متر، مقدار استهلاک انرژی به میزان 3/6 درصد نسبت به سنگدانه به قطر متوسط 3 سانتی متر افزایش پیدا کرده است. افزایش ارتفاع آب پایه توری سنگی تا میزانی که جریان کاملا درون گذر شود، می تواند تا مقدار 33 درصد نسبت به آب پایه با ارتفاع 10 سانتی متر، استهلاک انرژی نسبی بیشتری داشته باشد. همچنین با افزایش قطر آب پایه از 10 سانتی متر به 30 سانتی متر میزان استهلاک انرژی نسبی تا 15 درصد افزایش می یابد.
کلید واژگان: استهلاک انرژی نسبی، آب پایه تورسنگی، سرریز اوجی، طول پرش هیدرولیکی نسبیIn the last decade, the use of gabion structures in hydraulic engineering for stabilizing the structure due to its high density and weight has become widespread. Also, the material's roughness and porosity cause it to be used in energy dissipation and drainage projects. This study evaluates the relative energy dissipation of gabion structures downstream of the ogee spillway in the conditions of a submerged hydraulic jump. The evaluated parameters in this study were Froude number, gabion height, gabion thickness, and material diameter. The experiments were performed with three average diameters of 1.5, 2.2, and 3 cm for rock material, three gabion heights of 10 and 20 cm, and Max. The end sill heights were 10, 20, and 30 cm. The operated discharges were regulated from 20 to 40 l/s. The results showed that by decreasing the average diameter of gabion aggregates, the amount of relative energy dissipation increases in all tested models, so that in gabion with a 1.5 cm average diameter of aggregates, the amount of energy dissipation increased by 3.6% in comparison with using the diameter of 3cm for the average diameter of the material. Increasing the height of the gabion to the extent that the flow is entirely inward can have up to 33% more relative energy dissipation than the gabion with a height of 10 cm. Also, by increasing the diameter of the gabion from 10 cm to 30 cm, relative energy dissipation increases up to 15%.
Keywords: Relative energy dissipation, Gabion, Ogee spillway, Relative length of hydraulic jump -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و ششم شماره 2 (پیاپی 100، تابستان 1401)، صص 119 -134
نشست غیرقابل پیش بینی سدهای خاکی پژوهشگران را بر آن داشته تا روش های نوین نظیر شبکه عصبی مصنوعی، تیوری موجک، منطق فازی و ترکیبی از این روش ها مورد توجه آنها قرار گیرد. در این پژوهش با استفاده از روش های هوش مصنوعی مقدار نشست تاج در سدهای سنگریزه ای با هسته مرکزی تخمین زده شده است. در این پژوهش از داده های 35 سد سنگریزه ای با هسته مرکزی برای آموزش و صحت سنجی مدل ها استفاده شد. شبکه عصبی مصنوعی، مدل ترکیب تبدیل موجک و شبکه عصبی مصنوعی و سیستم استنتاج تطبیقی فازی- عصبی مدل های پیشنهادی ارایه شده در این پژوهش هستند. بر اساس نتایج حاصل در مطالعه حاضر، بهترین مدل برای شبکه عصبی مصنوعی با دو لایه مخفی که لایه اول 18 نورون و لایه دوم 7 نورون و با تابع فعال ساز Tansig-Tansig، با ضریب تعیین R2=0.4969، برای مدل سیستم استنتاج فازی- عصبی، تابع حلقوی (Dsigmoid) به عنوان تابع عضویت، با 3 تابع عضویت و تعداد 142 تکرار با ضریب تعیین R2=0.2860، بهترین مدل و همچنین برای ترکیب تبدیل موجک- شبکه عصبی با تابع موجک coif2 به دلیل انطباق بیشتر این تابع با متغیرهای ورودی، عملکرد بهتری داشته و این تابع با ضریب تعیین R2=0.9447، دارای بیشترین دقت نسبت به سایر مدل ها است.
کلید واژگان: نشست تاج سد، سد سنگریزه ای، شبکه عصبی مصنوعی، تبدیل موجک، فازی - عصبیUnpredictable settlement of earth dams has led researchers to develop new methods such as artificial neural networks, wavelet theory, fuzzy logic, and a combination of them. These methods do not require time-consuming analyses for estimation. In this research, the amount of settlement in rockfill dams with a central core has been estimated using artificial intelligence methods. The data of 35 rockfill dams with a central core were used to train and validate the models. The artificial neural network, wavelet transform model, and fuzzy-neural adaptive inference system are the proposed models which were used in the present study. According to the results, the best model for an artificial neural network had two hidden layers, the first layer of 18 neurons and the second layer of 7 neurons, with the Tansig-Tansig activation function, with a coefficient of determination R2=0.4969. The best model for the fuzzy-neural inference system had the ring function (Dsigmoid) as a membership function, with three membership functions and 142 repetitions with a coefficient of determination R2=0.2860. Also, combining wavelet-neural network conversion with the coif2 wavelet function due to the more adaptation this function has to the input variables, the better the performance, and this function, with a coefficient of determination R2=0.9447, had the highest accuracy compared to other models.
Keywords: Dam crest settlement, Rockfill dam, Artificial neural network, Wavelet transform, Neural-fuzzy -
The main purpose of this study is to provide a method to increase energy dissipation on an inclined drop. Therefore, three types of rough elements with cylindrical, triangular and bat-shaped geometries are used on the inclined slope in the relative critical depth range of 0.128 to 0.36 and the effect of the geometry of these elements is examined using Flow 3D software. The results showed demonstrate that the downstream relative depth obtained from the numerical analysis is in good agreement with the laboratory results. The application of rough elements on the inclined drop increased the downstream relative depth and also the relative energy dissipation. The application of rough elements on the sloping surface of the drop significantly reduced the downstream Froude number, so that the Froude number in all models ranging from 4.7~7.5 to 1.45~3.36 also decreased compared to the plain drop. Bat-shaped elements are structurally smaller in size, so the use of these elements, in addition to dissipating more energy, is also economically viable.
Keywords: Downstream depthEnergy dissipation Froude numberInclined dropRoughness elements -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و چهارم شماره 4 (پیاپی 94، زمستان 1399)، صص 111 -125
آبشستگی اطراف پایه های پل از عوامل اصلی خرابی پل بوده و برداشت مصالح رودخانه ای، ممکن است سبب تشدید این پدیده شود. تحقیق حاضر به بررسی جامع آبشستگی اطراف گروه پایه های پل در حضور گودال برداشت مصالح در دبی های مختلف پرداخته است. زبر کردن سطح پایه پل توسط شن در مقایسه گروه پایه های ساده نشان داد که اعمال زبری سبب کاهش عمق آبشستگی، کاهش نرخ تغییرات عمق آبشستگی و افزایش زمان تعادل می شود. نتایج نشان داد که کاهش عمق آبشستگی در گروه پایه های پایین دست بیشتر از بالادست بود. همچنین در دبی پایین، وجود گودال برداشت مصالح تاثیر بیشتری بر میزان تفاوت وسعت آبشستگی در اطراف گروه پایه های بالادست با پایین دست گذاشته و با افزایش دبی این تفاوت کمرنگ تر شد. نتایج آزمایش های مدل زبر نشان داد که با افزایش دبی، آبشستگی موضعی بیشتر شده و پروفیل بستر در تراز پایین تری قرار می گیرد. در حالت کلی آبشستگی گروه پایه های پایین دست گودال بیشتر از بالادست گودال بوده و نتایج حاصل از این پژوهش بیانگر مناسب بودن اعمال زبری شن برای کاهش آبشستگی است.
کلید واژگان: آبشستگی موضعی، گروه پایه های پل زبر، برداشت مصالح رودخانه ای، دبی جریان، پروفیل بسترThe scour around the bridge piers is one of the main causes of bridge failure and the extraction of aggregates may aggravate this phenomenon. The present study comprehensively investigated the scour around the groups of bridge piers in the presence of aggregate extraction pits, using different discharges. The bridge piers roughened by gravel had been compared with the simple bridge piers; so, the results showed that the roughening caused the reduction of the scour depth. Scour depth change rate led to an increase in the equilibrium time. The results also showed that the reduction of the scour depth at the downstream groups of piers was more than that in the upstream. For the lowest discharge, the aggregate extraction pits had a considerable effect on the scour depth difference for the groups of piers in the downstream and upstream. On the other hand, the effects were decreased when the rate of discharge was increased. The experimental results obtained by the rough surface models showed that as the discharge was increased, the local scour was increased too; at the same time, the bed profile was posed at the low level. Generally, the scour depth of the groups of piers in the downstream of the extraction pit was more than that in the upstream. The results of the current research, therefore, demonstrated that the surface of the bridge pier roughened by gravel reduced the scour depth.
Keywords: Local scour, Bridge piers with rough surface, Aggregate extraction, Flow discharge, Bed profile -
برداشت شن و ماسه از بستر رودخانه ها از بزرگ ترین نگرانی ها در علم امروز به حساب می آید. اصول و قوانین معینی برای انتخاب مکان مناسب برداشت مصالح و مقدار این برداشت در آیین نامه های طراحی دیده نمی شود. بنابراین گاهی برداشت مصالح رودخانه ای از مکان های با پتانسیل کمتر و نزدیک سازه ها انجام می گیرد. در تحقیق حاضر سعی شده است با مسلح کردن سازه، تاثیر برداشت مصالح که با تغییر الگوی جریان در اطراف سازه منجر به افزایش آبشستگی می شود را کنترل کرد. آزمایشات در بستر ماسه ای با دانه بندی 0/78 میلی متر به طول 4/25 متر، درون کانالی به طول 13 متر و عرض 1/2 متر انجام گرفته است. نتایج حاصل نشان داد که استفاده از گروه پایه محافظت شده با کابل، در بستر بالادست گودال باعث کاهش 29/6 درصدی عمق آبشستگی حداکثر در جلوی پایه و کاهش 34 درصدی در پشت پایه شده است. همچنین در بستر پایین دست گودال این محافظت موجب کاهش 15 درصدی عمق آبشستگی حداکثر در جلو پایه شد؛ بنابراین آرایش کابل مورد استفاده در سطح پایه، مطابق با روش تحقیق حاضر منجر به کاهش چشمگیر عمق و وسعت آبشستگی حداکثر در گروه پایه پل شده است.
کلید واژگان: آبشستگی حداکثر، گروه پایه، گودال برداشت مصالح، وسعت آبشستگیSand mining from rivers is one of the biggest concerns in the science today. Certain principles and rules for choosing the right place for mining materials and the amount of this mining are missing in the design codes. Therefore, mining of river materials from sites with less potential and near structures has been occasionally seen. In the present study, it has been attempted to reinforce the structure to control the impact of the mining of material, which results in the increased scour by changing the flow pattern around the structure. The experiments were carried out in two simple and armed modes, in sand bed with a grain size of 0.78 mm, with a length of 4.25 meters, inside a canal of 13 meters in length and 1.2 meters in width. The extent of scouring along the longitudinal and transverse directions in different times from the start to the scouring equilibrium was investigated for all substrates under sub-critical flow conditions (range 0.5-0.25). The results showed that the use of a cable-protected method in the upstream pit led to 29.6% reduction in the maximum scour depth at the front and 34% reduction in the back of the pier; also, in the downstream of the pit, it reduced the maximum scour depth by 15% at the front of the pier. Therefore, the cable arrangement used at the piers surface, according to the current research method, resulted in a significant reduction in the depth and extent of scouring in the pier group of the bridge.
Keywords: Maximum scouring, Pier group, Mining material of pit hole, Extent of scouring -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و چهارم شماره 2 (پیاپی 92، تابستان 1399)، صص 123 -135
شیب شکن مایل از جمله سازه های مولد جریان فوق بحرانی هستند که در کانال های روباز برای کاهش ارتفاع و ایجاد شیب ملایم مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به اینکه به کارگیری صفحات مشبک به صورت افقی و قایم به عنوان مستهلک کننده انرژی در پایین دست این سازه ها می تواند بر استهلاک انرژی جریان موثر باشد، لذا 180 آزمایش متفاوت در تحقیق حاضر با هدف بررسی استهلاک انرژی جریان انجام شد. نتایج نشان داد که زاویه شیب شکن مایل تاثیر چندانی بر استهلاک انرژی جریان و عمق نسبی پایین دست شیب شکن مایل مجهز به صفحه مشبک قایم ندارد ولی افزایش تخلخل سبب افزایش هر دو پارامتر می شود. برای شیب شکن مایل مجهز به صفحه مشبک افقی نیز با افزایش زاویه شیب شکن و کاهش درصد تخلخل صفحات مشبک عمق نسبی پایین دست و استهلاک انرژی نسبی کل افزایش می یابند. برای یک عمق بحرانی نسبی ثابت، استهلاک انرژی نسبی کل و عمق نسبی پایین دست شیب شکن مایل ساده مجهز به صفحه مشبک افقی را می توان تابعی از طول خیس شده صفحات مشبک و طول شیب شکن مایل درنظر گرفت. برای صفحات مشبک قایم نیز فقط تابعی از تخلخل صفحات مشبک است.
کلید واژگان: استهلاک انرژی، طول خیس شده صفحه مشبک، زاویه شیب شکن مایل، عمق نسبی پایین دستInclined drop is one of the supercritical flow producers used in open channels to reduce slope and elevation of the ground. Given that the application of horizontal and vertical screen in the downstream of this drop as an energy dissipater can be effective in the n energy dissipation of flow, in the present study, 180 different experiments were performed to investigate the energy dissipation of flow. The results showed that the angle of the drop had no marginal impact on energy dissipation and the relative depth of downstream of inclined drop equipped with a vertical screen, but increasing the porosity of screen caused enhancement in both parameters. Also, for the inclined drop equipped with a horizontal screen, by increasing angle and decreasing the porosity of screen, the energy dissipation and relative depth of downstream were raised. Also, for inclined drop equipped with a horizontal screen, by increasing the angle and decreasing the porosity of screen, the energy dissipation and relative depth of downstream were enhanced. For a constant relative critical depth, the relative depth of downstream and the energy dissipation of the inclined drop equipped with a horizontal screen considered the function of the wetted length of screen and length of the drop. For vertical screen, it is only a function of screen porosity.
Keywords: Energy dissipation, Wetted length of screen, Angle of inclined drop, Relative depth of downstream -
پرش هیدرولیکی یکی از مهم ترین عوامل استهلاک انرژی جریان در پایین دست سرریزها و دریچه هاست، تشکیل و کنترل پرش در حوضچه های آرامش، اهمیت بسیاری دارد. از این رو واگرایی مقطع می تواند یکی از روش های حصول اطمینان از تشکیل پرش در حوضچه ی آرامش باشد. کانال های غیرمنشوری (مقطع واگرا) در مقایسه با کانال های منشوری باعث استهلاک انرژی بیشتر جریان، کاهش عمق ثانویه و افزایش طول پرش هیدرولیکی می شوند. در مطالعه ی حاضر، مجموعا 99 آزمایش در بستر زبر با المان های ذوزنقه یی غیرممتد با دو ارتفاع و صاف برای کانال منشوری و غیرمنشوری با نسبت های واگرایی 0٫67، 0٫5 و 0٫33 و محدوده ی فرود 4 تا 12 انجام شد و نتایج نشان داد که المان های زبری ذوزنقه باعث افزایش ضریب تنش برشی در حدود 13٫2 برابر ضریب تنش برشی کانال منشوری با بستر صاف می شود. همچنین نسبت واگرایی 0٫33 با بستر زبر، باعث کاهش 59٫5 درصدی عمق ثانویه و افزایش 29 درصدی راندمان پرش در مقایسه با کانال منشوری با بستر صاف شده است.
کلید واژگان: المان ذوزنقه یی، پرش هیدرولیکی، مقطع واگرا، نسبت اعماق، استهلاک انرژیDepreciation of kinetic energy of flow in the stilling basin is one of the most important topics considered by hydraulic engineers. Since hydraulic jump has known as one of the important factors to energy loss in the stilling basin, it is important to form and control it in the basin. The use of expanding section can be one of the ways to ensure the formation of a jump in the basin. This way in comparison to the prismatic channels, increased energy loss of current and reduced the secondary depth and the length of the hydraulic jump. On the other hand, given that the rough bed decreases the secondary depth and the jump length, in the present study, S-jump characteristics on non-continuous trapezoidal roughness elements at two relative roughness height of 1.15\leH/y1\le1.68 and 2.3\leH/y1\le3.37 in the non-prismatic channels were analyzed. The experiments were performed in a in the horizontal rectangular channel which is 30 cm wide, 45 cm deep and 5 m long. A total of 99 experiments were carried out in prismatic channels and non-prismatic channels with expanding ratios of 0.67, 0.5 and 0.33 and range of Froude numbers from 4 to 12. The results of present study show that the shear stress of rough non-prismatic channels in relative height of roughness elements of 1.15\leH/y1\le1.68 was about 11.12 times that on the smooth prismatic channels. Also, rough bed caused a 12 to 17 percent reduction in the conjugated depth and a 7 percent decrease in jump length in comparison to the smooth bed. For the relative height of 2.3\leH/y1\le3.37, the shear stress of a rough non-prismatic channels was 13.2 times that on smooth prismatic channel. The conjugated depth and length of jump in the rough expanding section decreased by 20-30\% and 13\% respectively. The rough non-prismatic channel at an expanding ratio of 0.33 in comparison to smooth prismatic channel caused 59.5\% reduction in the secondary depth and increased jump efficiency about 29\%.
Keywords: Trapezoidal Elements, Hydraulic Jump, Expanding Section, Depth Ratio, Energy Loss -
دریچه های کشویی متوالی با هدف تحویل مقدار نسبتا ثابت دبی جریان برای دامنه ای از تغییرات سطح آب در بالادست کانال های توزیع آب، بکار برده می شوند. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار FLOW-3D جریان از دریچه های کشویی متوالی در 4 مدل متفاوت برای 5 عمق جریان ورودی شبیه سازی و مورد بررسی قرار گرفت. با مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی ملاحظه گردید تفاوت دبی های خروجی همواره کمتر از 10 درصد بوده است. بنابراین دقت شبیه سازی مدل قابل قبول است. پس از صحت سنجی مدل، دبی خروجی برای مدل ها محاسبه و با مقدار دبی طراحی مقایسه شد. مقایسه دبی خروجی مدل ها با دبی طراحی نشان داد در همه حالت های مورد بررسی، در حدود 8 درصد اختلاف وجود دارد. بنابراین سازه دریچه های کشویی متوالی در تحویل دبی جریان تقریبا ثابت به ازای تغییرات عمق آب در بالادست کانال با دقت قابل قبولی عمل می کند .همچنین بررسی میزان استهلاک انرژی در مدل ها نشان داد برای حالتی که تنها دریچه اول فعال است، اتلاف انرژی قابل صرف نظر کردن می باشد. ولی با افزایش عمق جریان ورودی و فعال شدن دریچه های بعدی، میزان استهلاک انرژی ناشی از جریان از دریچه های کشویی متوالی افزایش یافته و به حدود 15 تا 22 درصد می رسد. بنابراین این سازه علاوه بر تنظیم دقیق جریان، در استهلاک انرژی برای عمق های زیاد جریان ورودی نیز موثر می باشد.
کلید واژگان: استهلاک انرژی، دبی خروجی، دریچه های کشویی کشویی متوالی، عمق جریان ورودی، نرم افزار Flow-3DSuccessive sluice gates are utilized to deliver a relatively constant amount of flow rate for a range of water levels variations at the upstream of the water distribution channels. In this study, the flow through successive sluice gates in four different models with five input flow depths were simulated and investigated using FLOW-3D software. Comparison between the numerical and experimental results indicated that the differences of the output flow rates were less than 10%. Therefore, the accuracy of simulated models was desirable. After validation of models, the output flow rate was calculated for each model and compared with design flow rate. Comparing the output flow rates of models with the design flow rate indicated that in the all investigated cases, there was an approximate difference of 8 percent. Therefore, the successive sluice gates showed acceptable accuracy in delivery of constant flow rate during variation of water depth at upstream of the channel. Also, the evaluation of energy dissipation in the models showed that the energy dissipation was negligible when just the first gate was active. But by increasing the depth of input flow and utilization of the next gates, the rate of energy dissipation caused by the flow through successive sluice gates was increased to about 15-22 percent. Therefore, in addition to precise flow regulation, this structure was also effective in energy dissipation if input flow depths were high.
Keywords: Energy dissipation, Flow-3D software, Input flow depth, Output flow rate, Successive sluice gates -
بررسی شرایط جریان گذرا نقش مهمی در سامانه های انتقال آب دارد. در این تحقیق سامانه انتقال آب متشکل از مخزن ذخیره، ایستگاه پمپاژ و خط انتقال جهت بررسی بیشینه فشار حاصل از وقوع شرایط جریان گذرا مورد مطالعه قرار گرفت. با قطع جریان برق الکتروپمپ ها، وقوع جریان گذرا آغاز و تغییر شرایط جریان در یک زمان کوتاه، در محل کلکتور رانش ایستگاه پمپاژ بررسی گردید. افت اصطکاک حالت گذرا با چهار روش پایدار، شبه پایدار، ناپایدار و ناپایدار ویتکوفسکی توسط نرم افزار بنتلی همر محاسبه شد. با استفاده از فشار سنج حساس و سریع، فشار سنجی انجام و با نتایج حاصل از نرم افزار شبیه سازی و با استفاده از روش های آماری مقایسه گردید. نتایج شبیه سازی، حاکی از عدم انطباق دوره های تناوب از نظر زمانی می باشد. کمترین خطا برای فشار در حالت محاسبه افت به روش ناپایدار ویتکوفسکی، در زمان های ابتدایی برابر 07/7 متر آب و در دوره داده برداری برابر 79/11متر آب حاصل گردید. برای مقادیر بیشینه فشار بیشترین اختلاف مربوط به روش محاسبه ناپایدار و کمترین اختلاف مربوط به دو روش محاسبه پایدار و شبه پایدار بدست آمد. بیشترین اختلاف مقدارکمینه فشار در زمان های ابتدایی برای روش پایدار و در زمان های بعدی با روش ناپایدار ویتکوفسکی و کمترین آن برای روش ناپایدار محاسبه شد. افزایش سرعت موج بر فشار های بیشینه اثرمستقیم و بر فشارهای کمینه اثر معکوس داشت.بررسی شرایط جریان گذرا نقش مهمی در سامانه های انتقال آب دارد. در این تحقیق سامانه انتقال آب متشکل از مخزن ذخیره، ایستگاه پمپاژ و خط انتقال جهت بررسی بیشینه فشار حاصل از وقوع شرایط جریان گذرا مورد مطالعه قرار گرفت. با قطع جریان برق الکتروپمپ ها، وقوع جریان گذرا آغاز و تغییر شرایط جریان در یک زمان کوتاه، در محل کلکتور رانش ایستگاه پمپاژ بررسی گردید. افت اصطکاک حالت گذرا با چهار روش پایدار، شبه پایدار، ناپایدار و ناپایدار ویتکوفسکی توسط نرم افزار بنتلی همر محاسبه شد. با استفاده از فشار سنج حساس و سریع، فشار سنجی انجام و با نتایج حاصل از نرم افزار شبیه سازی و با استفاده از روش های آماری مقایسه گردید. نتایج شبیه سازی، حاکی از عدم انطباق دوره های تناوب از نظر زمانی می باشد. کمترین خطا برای فشار در حالت محاسبه افت به روش ناپایدار ویتکوفسکی، در زمان های ابتدایی برابر 07/7 متر آب و در دوره داده برداری برابر 79/11متر آب حاصل گردید. برای مقادیر بیشینه فشار بیشترین اختلاف مربوط به روش محاسبه ناپایدار و کمترین اختلاف مربوط به دو روش محاسبه پایدار و شبه پایدار بدست آمد. بیشترین اختلاف مقدارکمینه فشار در زمان های ابتدایی برای روش پایدار و در زمان های بعدی با روش ناپایدار ویتکوفسکی و کمترین آن برای روش ناپایدار محاسبه شد. افزایش سرعت موج بر فشار های بیشینه اثرمستقیم و بر فشارهای کمینه اثر معکوس داشت.
کلید واژگان: جریان گذرا، داده های واقعی، شبیه سازی، ضربه قوچ، ناپایدار ویتکوفسکیInvestigation of the unsteady flow has an important role in water conveyance systems. In the present study water conveyance system including the storage tank, pumping station and pipeline was studied to investigate the maximum pressure due to occurrence of transient flow conditions. The transient condition was started by cutting the power of pumps and in a short time period, the change of flow condition was investigated in the supply collector. The friction losses in transient condition were calculated using Bentley Hammer software. In this process, four methods including steady, quasi steady, unsteady and unsteady Vitkovsky states were used. The pressure was measured by using a fast and sensitive pressure gauge and the observed results were compared with the simulation results and in this process the statistical methods were used. The results showed that there was not time correspondent between the period of cycles. The least amount of error for pressure, gained by method of unsteady Vitkovsky, is equal to 7.07m water at initial times and 11.79 m water in data logging period. For the maximum pressure values, maximum difference was obtained by use of unsteady method and the minimum difference by the two methods of steady and quasi steady methods. The maximum difference for the minimum pressure value was obtained for steady and unsteady Vitkovsky methods at initial and ulterior, respectively and its minimum difference was calculated for unsteady method. Increasing wave velocity had a direct effect on the maximum pressures and an inverse impact on the minimum pressures.
Keywords: Field data, Simulation, Transient flow, Unsteady Vitkovsky, Water hammer -
ارزیابی کیفیت آب رودخانه ها در راستای تامین سلامت و پایداری محیط زیست، از مهمترین اهداف مدل های فیزیکی و ریاضی انتقال آلاینده ها در رودخانه ها است. در این پژوهش با انجام آزمایش های ماده ردیاب و با استفاده از مدل عددی OTIS نسبت به شبیه سازی انتقال مواد محلول اقدام شد. این مدل برای پارامترهای معلوم و مشخص جریان و همچنین با استفاده از غلظت منبع ماده آلاینده در مرز بالادست، منحنی رخنه را در مقاطع پایین دست رودخانه پیش بینی می نماید. آزمایش های این پژوهش در یک فلوم آزمایشگاهی به طول، عرض و عمق (12، 2/1، 8/0) متر انجام شد. شیب های 004/0 و 007/0 و دبی های 5/7، 5/11 و5/15 لیتر بر ثانیه برای انجام آزمایش ها انتخاب گردید و در هر یک از آزمایش ها، ماده ردیاب شامل جرم مشخصی از محلول کلرید سدیم در بالادست فلوم به صورت آنی تزریق شده و سپس منحنی های رخنه بر اساس سنجش هدایت الکتریکی جریان در خط مرکزی و در مقاطع مختلف پایین دست محل تزریق، رسم شد. برای بررسی تطابق منحنی های رخنه مشاهداتی و شبیه سازی شده، از شاخص های آماری شامل جذر میانگین مربع خطا، نش- سات کلیف و متوسط خطای مطلق استفاده گردید و با مقایسه منحنی های رخنه اندازه گیری شده و شبیه سازی شده، مقادیر ضریب پراکندگی طولی در بازه های مختلفی از طول بستر محاسبه گردیدند و بعد از تجزیه و تحلیل نتایج، مشخص گردید که، برای یک شیب طولی و دبی ثابت، با افزایش فاصله از محل تزریق مقدار ضریب پراکندگی افزایش می یابد، همچنین برای شیب ثابت نیز رابطه تغییرات دبی و ضریب پراکندگی مسقیم بوده ولی در دبی های یکسان با افزایش شیب طولی مقدار ضریب پراکندگی کاهش می یابد.کلید واژگان: انتقال آلودگی، ضریب پراکندگی طولی، ماده ردیاب، منحنی رخنه، مدل عددی OTISWater quality assessment of rivers, in order to insure human health and environmental sustainability, is one of the most important purposes of the physical and numerical models of solute transport in rivers. In this research, some tracer experiments were done and also the numerical model of OTIS was used to simulate solute transport. This model predicts the solute BT curve for a given hydraulic and geometrical parameters at downstream sections of river with respect to concentration of pollutant resource at upstream boundary condition. The experiments were conducted in a flume with length, width and depth of 12, 1.2 and 0.8m. Two longitudinal slopes of 0.004 and 0.007 and three discharges of 7.5, 11.5 and 15.5 (l/s) were selected for the experiments. A given mass of NACL solution was instantaneously injected into upstream of the flume and then the breakthrough curves were plotted based on the measured electric conductivity values along the centerline of the flume for the different sections at downstream of the injection point. To assessment the goodness of the simulated and observed BT curves, the statistical indices including the root mean square error (RMSE), Nash and Sutcliffe (NS) and mean absolute error (MAE) were extracted. With comparison of the observed BT curves with the numerical results (obtained with OTIS), the longitudinal dispersion coefficient values in different reach of flume were calculated. Analysis of the results showed that for a constant longitudinal slope and discharge, by increasing the distance from the injection location, the coefficient of dispersion was increased. Also, for constant slope, with enhancing the discharge rate, the dispersion coefficient was increased but for a given discharges, the dispersion coefficient was decreased with increasing the longitudinal -slope.Keywords: Breakthrough Curve, Longitudinal Dispersion Coefficient- OTIS- Solute Transport, Tracer Experiment
-
پرش هیدرولیکی یکی از مهم ترین پدیده ها در جریان متغیر سریع است، که مورد توجه مهندسان هیدرولیک است. در این مطالعه با توجه به اهمیت بالای این پدیده در علم هیدرولیک، خصوصیات هیدرولیکی پرش تشکیل یافته در تبدیل های واگرا با 3 شکل دیواره ی s - شکل، مستقیم، و انحنادار به ازاء 5 عدد فرود مختلف در بازه ی $5.8 می باشد.
کلید واژگان: پرش هیدرولیکی، تبدیل واگرا، طول پرش، عمق ثانویه، نرخ استهلاک انرژیHydraulic jump is one of the most important phenomena in rapid varied flow. Considering the importance of this phenomenon in hydraulic science, in the present study, hydraulic features of the formed jump in expansions with three shapes of S-shaped, straight, and curved, for five Froude numbers of 5.8
Keywords: Expansions, Hydraulic Jump, Length Of Jump, Rate Of Energy Dissipation, Secondary Depth
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.