فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال دهم شماره 2 (تابستان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/05/13
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مقاله کامل
  • حامد تقی زاده، سیدعلی اکبر صالحی نیشابوری، عباس نقوی، امین حسنی، رضا الهیاری صفحات 1-11
    سرریزهای چند وجهی، سازه های هیدرولیکی مهم در تنظیم سطح آب و کنترل جریان در کانال ها، رودخانه ها و مخازن سد ها به شمار می آیند. فرضیه اصلی در توسعه طرح چند وجهی این سرریز ها، افزایش ظرفیت انتقال جریان در روی سرریز از طریق افزایش طول تاج سرریز در یک محدوده معین عرضی بوده است. با توجه به اهمیت بحث ارتقای بهره وری آب در سازه های هیدرویکی، لزوم یافتن هندسه مناسب برای این نوع سرریز ها همواره مساله مهمی برای طراحان بوده است. در این تحقیق با هدف قرار دادن طول موثر تاج این نوع سرریز ها، به مدل سازی عددی چند طرح پلان این سرریز ها پرداخته شده است. نتایج حاکی از این است که طرح پلان های دارای ناحیه تداخل جریان های نرمال و جانبی بیشتر، بالاترین میزان کاهش طول موثر تاج سرریز را از خود نشان داده اند. همچنین مدل سرریز شماره 5 به علت دارا بودن تنها یک ناحیه تداخل جریان های نرمال و جانبی و نیز فشردگی ناچیز جریان های ریزشی به علت دارا بودن بازوان کناری طویل، به عنوان نمونه مناسبی از لحاظ عملکرد آبگذری معرفی شده است.
    کلیدواژگان: کنترل جریان، طول موثر تاج سرریز، مدل سازی عددی، نرم افزار Flow، 3D
  • مهدی اسمعیلی ورکی، سیده سمیرا سعادتی پاچه کناری، رامین فضل اولی صفحات 13-25
    پل ها یکی از سازه های مهم در حوزه ارتباطات زمینی می باشند. با احداث این سازه ها در رودخانه، الگوی جریانی با ساختاری سه بعدی در مجاورت پایه های آن شکل می گیرد که در نتیجه افزایش سرعت جریان و تشکیل گردابه های نعل اسبی و برخاستگی، بخشی از رسوبات اطراف پایه و پی آن دچار آبشستگی می شود و در صورت در نظر نگرفتن عمق کافی برای پی یا شمع ها، تخریب پایه های پل، به ویژه در زمان سیلاب را به دنبال خواهد داشت. از این رو در کنار تحقیقات انجام شده در خصوص شناخت عوامل اثرگذار بر آبشستگی پایه های پل، اتخاذ تمهیدات مناسب برای کاهش آبشستگی از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. در تحقیق حاضر تاثیر موقعیت آستانه بر توسعه زمانی آبشستگی اطراف گروه پایه کج در شرایط مختلف هیدرولیکی و رقوم کارگذاری پی بصورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. گروه پایه مورد بررسی متشکل از دو پایه کج مستطیلی با ابعاد 5/2 در 5/3 سانتی متر و زاویه تمایل 28 درجه بر روی پی با ابعاد 10 در 16 سانتیمتر، بود. آزمایش ها تحت شرایط مختلف موقعیت آستانه (مقابل، وسط و پایین دست پی)، سرعت، عمق جریان و نیز رقوم های نسبی مختلف کارگذاری پی (فاصله روی پی تا سطح بستر نسبت به عرض پایه)، 1-، 5/0-، صفر و 1+، انجام شد. بررسی نتایج نشان داد که موقعیت قرارگیری آستانه تاثیر محسوسی بر روند توسعه زمانی چاله آبشستگی دارد. مقایسه های صورت گرفته حاکی از آن است که کارگذاری آستانه در مقابل پی نسبت به سایر موقعیت های نصب آستانه، کارایی بیشتری در کاهش آبشستگی دارد. مقایسه نتایج نشان داد برای کلیه ترازهای کارگذاری پی، بطور متوسط مقدار عمق لحظه ای آبشستگی با استقرار آستانه جلویی 22 درصد، آستانه میانی، 18 درصد و آستانه انتهایی 15 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: آبشستگی، آستانه، توسعه زمانی، رقوم کارگذاری، گروه پایه کج، پی
  • مرتضی زرگر، حسین محمد ولی سامانی، علی حقیقی صفحات 27-43
    در این تحقیق یک مدل شبیه سازی-بهینه سازی برای حداقل سازی خسارت سیلاب پایین دست، با استفاده از مانور دریچه های سرریز سیستم های چند مخزنی فاقد سیستم پیش بینی سیلاب پیشنهاد شده است. در این نحقیق به منظور کنترل سیلاب در سد هایی که سرریز آنها از نوع دریچه دار می باشد، یک روش پله ای با هدف پاسخگویی بلادرنگ به وقوع سیلاب هایی که از قبل هیچ گونه آگاهی از شکل و اندازه هیدروگراف ورودی آنها وجود ندارد، ارائه شده است. در روش پیشنهادی، تصمیم گیری در رابطه با اینکه در هر تراز بحرانی، چه مقدار دبی رها شود، فقط بر اساس تراز آب مخزن صورت می گیرد. لذا تعیین میزان دبی خروجی در هر تراز مهم ترین اقدام در این مرحله از کار است که با استفاده از یک مدل بهنیه سازی بر پایه اصول الگوریتم ژنتیک اعداد حقیقی تعیین شده است. تابع هدف مساله بهینه سازی حداقل سازی خسارت سالیانه قابل انتظار در رودخانه پایین دست می باشد. به منظور نشان دادن عملکرد روش پیشنهادی، سیستم رودخانه دز شامل سد های بختیاری و دز به عنوان مطالعه موردی انتخاب شد و نتایج حاصل از تحقیق حاضر با نتایج تحقیقات قبلی مقایسه گردید. اجرای مدل شبیه سازی-بهینه سازی در سدهای مورد مطالعه سبب کاهش قابل ملاحظه در خسارت سالانه سیلاب قابل انتظار شده که نشان دهنده عملکرد مناسب مدل بهینه سازی می باشد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، سیلاب، دریچه سرریز، الگوریتم ژنتیک، خسارت سیلاب
  • سید میثم کیا، مهدی شفیعی فر، علیرضا ولی زاده صفحات 45-56
    در این مقاله با توسعه یک مدل هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) دو بعدی تراکم پذیر ضعیف، جریان ناشی از شارش تبادلی برای دو سیال با اختلاف چگالی کم شبیه سازی شده است. فرایند مدلسازی برای دو سیال با نسبت چگالی های بزرگتر از 9/0 و کوچکتر از 0/1 به انجام رسیده است. با توجه به اختلاف چگالی کم، در توسعه مدل دوفازی تغییر قابل توجهی در فرمول های کلاسیک SPH داده نشده است. در این حالت کافی است با یکسان گرفتن معادله حالت، چگالی مبنا و سرعت صوت را برای هر فاز جداگانه منظور کرد، به گونه ای که فشار مبنا برای هر دو سیال یکسان شود. همچنین مقداردهی دوباره به چگالی در هر چند گام زمانی برای هر فاز به صورت جدا محاسبه می گردد. جریان غیرلزج به وجود آمده دارای مشخصاتی مطابق با نتایج آزمایشگاهی است. مقایسه نتایج بیانگر این است که مدل توسعه یافته با دقت مناسبی قادر به شبیه سازی جریان های دو فازی با نسبت چگالی های نزدیک به یک می باشد. عمق جریان و پیشرفت جبهه جریان به عنوان پارامترهای انتخابی برای صحت سنجی انتخاب شده اند. تاثیر تغییرات اختلاف چگالی بر پدیده و میزان کارآیی روش با انجام یک سلسله شبیه سازی با نسبت چگالی و تفکیک پذیری مختلف سنجیده شده است.
    کلیدواژگان: SPH، جریان چگال، شارش تبادلی، جریان دوفازی
  • مهسا محمودی، محمدرضا مجدزاده، سعید موسوی ندوشنی صفحات 57-71
    مدل های فرضیات حدی محدودنشده، در رودخانه های کوچک اغلب عرض کانال های آبرفتی را کمتر و عمق را بیشتر از مقادیر مشاهداتی تخمین می زنند و در رودخانه های بزرگ غالبا عکس این موضوع برقرار است. به طور کلی نتایج حاصل از مدل فرضیات حدی محدودنشده نشان دهنده توافق نسبتا نامناسب هندسه محاسباتی کانال با هندسه مشاهداتی می باشد. یکی از علل پراکندگی داده ها در به کارگیری این مدل، نبود روابط مناسب برای بررسی پوشش گیاهی کناره های کانال است. به همین علت در این تحقیق با هدف افزایش دقت هندسه مدل شده کانال، به اصلاح این مدل از طریق توزیع تنش برشی مرزی در بستر و کناره ها، در نظرگیری پایداری کناره های کانال و اعمال اثر پوشش گیاهی پرداخته شده است. مدل تحلیلی توسعه یافته در این تحقیق با درج فاکتور شکل کانال، اعمال معادلات بار بستر به شکل تنش برشی مازاد و کمی سازی تاثیر پوشش گیاهی (به وسیله ارتباط آن با زاویه ایستایی خاک کناره) قادر به پیش بینی ابعاد بهینه کانال می باشد. در انتها، مدل موردنظر بر روی داده های 62 رودخانه شنی از کشور انگلستان و چهار رودخانه از ایران مورد واسنجی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده علاوه بر این که نقش تاثیر پایداری و پوشش گیاهی کناره در تخمین خصوصیات هندسی مقطع کانال را نشان می دهد، موید کارایی مدل محدود شده نسبت به مدل محدود نشده نیز می باشد.
    کلیدواژگان: فرضیات حدی، پوشش گیاهی، تنش برشی مازاد، مدل تحلیلی
  • یادداشت تحقیقاتی
  • بهزاد قربانی، حسین صمدی بروجنی، ابراهیم رحمتی صفحات 73-82
    یکی از راه های کاهش قدرت جریان مخرب در پایین دست سرریز ها و شوت ها، ایجاد پرش هیدرولیکی است. جنس بستر حوضچه های آرامش تاثیر قابل ملاحظه در مشخصات پرش هیدرولیکی دارد. هرچه زبری بستر حوضچه های آرامش بیشتر باشد، طول پرش و عمق ثانویه آن کمتر می شود، و این امر باعث کوچک تر شدن ابعاد حوضچه آرامش و در نتیجه کاهش هزینه می شود. یکی از راهکارها در این زمینه استفاده از سنگ چین در بستر حوضچه است که نوعی زبری ممتد را به وجود می آورد. در این تحقیق بررسی تجربی مشخصات پرش هیدرولیکی درحوضچه آرامش با بستر سنگ چین با 2 نوع دانه بندی مختلف انجام شد. آزمایش ها در فلومی با مقطع مستطیلی با عرض و عمق 4/0 و طول 12 متر انجام گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد بستر سنگ چین باعث می شود که عمق پرش به میزان 35 درصد، طول پرش به میزان 50 درصد و طول غلتاب به مقدار 49 درصد نسبت به بستر صاف کاهش یابد. همچنین نتایج نشان داد، با تغییر متوسط اندازه سنگدانه های بستر سنگ چین از 45/4 به 75/5 میلی متر، طول پرش 5/13 درصد کاهش یافت، ولی اندازه سنگ چین تفاوت معنی داری روی عمق ثانویه پرش نداشت.
    کلیدواژگان: بستر سنگ چین، پرش هیدرولیکی، عمق مزدوج، طول پرش
|
  • H. Taghizadeh, S. A. A. Salehi Neyshabouri, A. Naghavi, A. Hassani, R. Allahyari Pages 1-11
    Multidimensional spillways are important hydraulic structures for regulating water level and flow in canals, rivers and reservoirs. The main hypothesis for the development is to increase the conveyance capacity through the spillway crest length at a given width. Finding an appropriate geometry has always been an important issue for designers in achieving maximum water productivity of hydraulic structures. In this study, several plans were simulated numerically considering effective length of spillway crest. Results showed that the highest reduction in the effective length of spillway crest occurs for plans with greater interference area at normal and lateral flows. Also, spillway model No. 5 was recommended as a sufficient plan in terms of flow capacity because of having just one interference area for normal and lateral flows and insignificant compaction during falling streams due to long lateral arms.
    Keywords: Flow control, Effective length of the spillway crest, numerical simulation, Flow, 3D
  • Pages 13-25
    One of the vital structures in the land transportation cycle is the bridge. Constructing this structure over the rivers results in an intensified 3-D flow pattern around piers which in turn causes the bed sediments to be eroded and scoured from the immediate vicinity of the pier and its foundation. It is likely that the bridge will fail particularly during a high flood event, if the foundations or piles are not constructed deep enough. Hence, besides the previous works on the study of the factors affecting scour at bridge piers, considering appropriate countermeasures against bridge scour is of primary importance. In the present study, the effect of bed sill location on the temporal evolution of the scour around an inclined pier group was experimentally investigated under various hydraulic conditions and foundation levels. A physical model of pier group with two inclined 2.5x3.5 cm rectangular piers and 28 degree inclination angle constructed on a 10x16 cm foundation was considered in the experiments. The experiments were carried out with different locations of sill (front, middle, and rear of the foundation), various flow velocities and depths, and normalized installation levels of the foundation (distance of the top of the foundation to the bed surface normalized by the pier width) equal to -1.0, -0.5, 0.0, and +1.0. The results of the present study indicate that the bed sill location has a significant effect on the temporal evolution of the depth of scour hole. Based on the comparisons made in this study, it is found that the installation of the sill in front of the foundation has a better performance in the scour mitigation rather than other arrangements. It is also concluded that the average reduction in the scour depth in all foundation installation levels is equal to 22, 18, and 15 percent for front, middle, and rear sill configurations, respectively.
    Keywords: Sill, Temporal evolution, Foundation level, Inclined bridge piers group
  • Morteza Zargar, Hossein M. V. Samani, Ali Haghighi Pages 27-43
    In this research, a simulation-optimization model is developed for minimizing flood damage downstream of multi-reservoir systems by using operation of spillway gates in absence of any flood forecast. The operation policy is based on a multi-stage method (MSM) used to control floods of various magnitudes in reservoirs with gated spillways. It is assumed that the system has no flood forecast and thus shapes and sizes of the inflow hydrographs are not previously known. In this method, the rate of flow released in each stage level is decided according to the current reservoir water level and determined in such a way that flood damage risk for downstream areas is minimized while the dam’s safety is maintained. For this purpose, an optimization algorithm is introduced in which the expected annual flood damage downstream of the river system is the objective function and the spillway discharges in stage levels of spillways gates are the decision variables. A continuous genetic algorithm is utilized to solve this problem. As a case study, the Dez river system including multi-reservoir of Dez and Bakhtiyari is analyzed. Finally the current research result is compared with another research. Results obtained from the proposed model indicate dramatic decrease in the expected annual flood damage. Comparison of the results with other studies shows that the proposed model has a better ability in flood control and minimizing the damage costs.
    Keywords: Optimization, Flood, Spillway gate, Genetic Algorithm, Flood damage
  • S. M. Kia, M. Shafieefar, A. Valizadeh Pages 45-56
    The current induced by removing a gate separating two fluids of close densities is simulated using a developed Smoothed Particle Hydrodynamic (SPH) model. The simulation is performed for fluids with density ratios between 0.9 and 1.0. To develop the two-phase model, no significant changes are applied to the basic SPH formulations, regarding the low density difference between the two fluids. The classic SPH equations are used with a small change: the speed of sound and the reference density are changed in order to produce the same reference pressure for both phases. In addition, density re-initialization is applied for each phase separately. The resulted inviscid flow has characteristics very close to or the same as the experimental results. The flow depth and the flow front speed are two parameters selected to validate the simulations. The effects caused by the variations in the density differences to the phenomenon and effectiveness of the applied method are evaluated by performing a series of simulations of different density ratios and resolutions.
    Keywords: Smoothed particle hydrodynamics, Flow density, Two phase flow
  • Mohammad Reza Majdzadeh Tabatabai Pages 57-71
    Extremal hypotheses without bank stability constraint typically over-predict and under-predict alluvial channel width in large rivers and natural streams, respectively. While this process may appear inversely for the depth. In general, results obtained from unconstrained extremal hypotheses are indicative of inappropriate agreement between computed and observed dimensions of the rivers. Such discrepancies between regime model predictions and observed channel widths have been used to argue that optimizations such as MSTC do not describe the behavior of alluvial systems. However, extremal hypothesis models that explicitly consider bank stability exhibit no such bias and can predict alluvial channel widths quite accurately. One of the important factors in disparity of the data may be lack of appropriate relationship to assess bank vegetation of the rivers. For this reason, a modified analytical model has been developed to reduce the effect of bias by considering boundary shear stress, bank stability and vegetation. The model takes into account channel shape factor, bed load equations in the form of excess shear stress and vegetation quantification (i.e. using bank material friction angle) which enables one to predict optimal channel geometry dimensions. Finally, developed model was calibrated using the field data of the rivers in the United Kingdom and Iran. In addition to indicating the effect of bank stability and vegetation on estimation of the geometric characteristics of the channel, the results obtained also confirmed the efficiency of the constrained model in comparison to the unconstrained one.
    Keywords: Extremal hypotheses, Bank vegetation, Excess shear stress, Analytical model
  • Behzad Ghorbani, H. Samadi, Borojeni, E. Rahmati Pages 73-82
    Hydraulic jump dissipates destructive energy downstream of spillways and chutes. Stilling basin materials have considerable impacts on hydraulic jump properties. As the roughness of stilling basins increases, the length and conjugate depth of jump reduces, and this will affect the dimensions of stilling basin and as a result the cost of structure. One of the methods used for this purpose is to use riprap on the bed of basin that will in turn create a continuous roughness. In the present study, the hydraulic jump characteristics were experimentally investigated over two sizes of ripraps used to furnish the stilling basin bed in a rectangular flume that has the dimensions of 0.4 m wide, 0.4 m deep and 12 m long. The results showed that the length, depth and rolling length of hydraulic jump of riprapped basins were reduced by 35, 50 and 49 percent respectively when compared to those with smooth bed. In addition, the results showed that the variations in bed riprap sizes from 4.45 to 5.75 millimeters reduced the length of jump by 13.5 percent compared to smooth basin. However, there is no significant impact of riprap size on conjugate depth.
    Keywords: Conjugate depth, Jump length, riprap, shut