فهرست مطالب

تحقیقات مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی - پیاپی 68 (بهار و تابستان 1396)
  • پیاپی 68 (بهار و تابستان 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/04/27
  • تعداد عناوین: 10
|
  • شادی نجفیان، حجت الله یونسی، عباس پارسایی، حسن ترابی پوده صفحات 1-16
    مدلسازی خصوصیات جریان در کانال های مرکب یکی از مهمترین مسائل مهندسی هیدرولیک است. از مهمترین پارامترهای جریان در کانال های مرکب نیز می توان به تنش برشی ظاهری اشاره کرد که در اثر اختلاف سرعت جریان در کانال اصلی و سیلاب دشت ها در محل اتصال کانال اصلی به سیلاب دشت ها به وجود می آید. تنش برشی ظاهری باعث ایجاد آشفتگی و گردابه های سه بعدی در مرز کانال اصلی و سیلاب دشت ها می شود. اختلاف بین زبری کانال اصلی و سیلاب دشت ها نیز یکی دیگر از عوامل تشدیدکننده تنش برشی ظاهری در مرز بین زیر مقاطع کانال مرکب است. در این تحقیق، خصوصیات جریان در کانال مرکب منشوری با زبری ناهمگن با استفاده از مدلسازی فیزیکی و عددی بررسی شده است. مدلسازی فیزیکی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تهران و مدلسازی عددی آن با استفاده از نرم افزار دینامیک سیالاتی محاسباتی Flow 3Dانجام گرفته است. نتایج هر دو مدلسازی نشان می دهد که افزایش زبری سیلاب دشت ها موجب کاهش سرعت متوسط عمقی و نیز تشدید گرادیان تنش برشی مرزی جریان در محل اتصال مقطع اصلی و سیلاب دشت ها می شود. همچنین، بررسی نتایج مدلسازی عددی نشان می دهد که نرم افزار Flow 3D دارای دقت مناسب برای پیش بینی خصوصیات جریان در کانال مرکب با زبری ناهمگن است. ارزیابی عملکرد مدل های آشفتگی موجود در نرم افزار نیز نشان می دهد که مدل آشفتگی RNG، نسبت به سایر مدل های آشفتگی، به دلیل مدلسازی بهتر گردابه ها در محل اتصال کانال اصلی و سیلاب دشت ها در مدلسازی خصوصیات جریان در کانال مرکب دارای عملکرد بهتری است.
    کلیدواژگان: تنش برشی ظاهری، زبری ناهمگن، خصوصیات جریان، نرم افزار Flow 3D، هیدرولیک مقاطع مرکب
  • ابوالفضل ناصری، فریبرز عباسی، مهدی اکبری صفحات 17-32
    حدود دو سوم آب رودخانه ها، دریاچه ها و آبخوان های زیرزمینی جهان در بخش کشاورزی به مصرف می رسد. در ایران نیز مانند سایر کشورها، بخش قابل توجهی از منابع آب های سطحی و زیرزمینی در این بخش استفاده می شود. مبنای اساسی برآورد حجم آب مصرفی در بخش کشاورزی تحلیل مولفه های بیلان آب در سطح کشور است. متغیر بودن میزان بارش سالانه منشا مولفه های بیلان آب در چرخه هیدرولوژی و به تبع آن، متغیر بودن حجم آب مصرفی در بخش کشاورزی، مهم ترین دلیلی است که برآورد مجدد مصرف آب در بخش کشاورزی را ضروری می سازد. بنابراین، در این پژوهش حجم آب مصرفی در بخش کشاورزی با رویکرد تفکیک مولفه های بیلان آب در چرخه هیدرولوژی بر مبنای داده های بلندمدت پنجاه ساله و کوتاه مدت هفت ساله بارش در سطح کشور برآورد و تحلیل شده است. میانگین بارش پنجاه ساله و هفت ساله به ترتیب برابر 53±249 و 33±206 میلی متر و میانگین حجم آب مصرفی تعدیل نشده در بخش کشاورزی (بدون احتساب تلفات) برای دو دوره یاد شده به ترتیب برابر 18±67 و 6±83 میلیارد مترمکعب به دست آمده است. میانگین آب مصرفی تعدیل شده (با احتساب تلفات) در این بخش در دوره هفت ساله برابر 6±75 میلیارد مترمکعب معادل حدود 71 درصد آب تجدیدپذیر است. تحلیل ها نشان می دهدکه بر مبنای برازش داده های بلندمدت، حجم آب مصرفی در بخش کشاورزی در مقایسه با حجم آب تجدیدپذیر برابر 50 درصد است. به روز کردن برآورد حجم آب مصرفی در بخش کشاورزی در کشور و تحلیل تغییرات زمانی آن، برجستگی اساسی این پژوهش است. با این همه، استفاده از روش بیلان آب برای برآورد مصرف آب در بخش کشاورزی محدودیت ها و ساده سازی های متعددی دارد و برای اطمینان بخشی به نتایج برآوردها، لازم است آزمایش های میدانی مناسبی صورت گیرد.
    کلیدواژگان: آب مصرفی کشاورزی، توازن آبی در کشور، سیکل هیدرولوژی، مصارف آب
  • سید مهدی هاشمی، سونیا صادقی، اسماعیل ادیب مجد صفحات 33-50
    بهبود مدیریت بهره برداری کانال اصلی شبکه های آبیاری به منظورتوزیع عادلانه آب کشاورزی در کانال های درجه دو ضروری است. در این تحقیق، به راهکارهای صرفا غیرسازه ای به منظور بهبود وضعیت کنونی بهره برداری کانال اصلی آبیاری پرداخته شده است که با مشکل نوسان های جریان ورودی روبه روست. در این باره و بر اساس قابلیت عملیاتی شدن در بهره برداری کانال اصلی، چهار راهکار به ترتیب با تاکید بر شرایط قابل پیش بینی نوسان های ورودی، شرایط غیر قابل پیش بینی، امکان نوبت بندی تحویل آب به بالادست و پایین دست کانال اصلی و کاهش مدت زمان آبگیری با افزایش ناگهانی دبی ورودی در سراب کانال پیشنهاد شده است. میزان تاثیر هر یک از راهکارهای غیرسازه ای گفته شده در بهره برداری کانال اصلی، با بهره گیری از مدل ریاضی تهیه شده در کانال اصلی شبکه آبیاری رودشت در شبیه ساز هیدرودینامیک ICSS، با استفاده از شاخص های ارزیابی عملکرد بررسی شد. نتایج بررسی ها حاکی از بهبود موثرتر بهره برداری کانال اصلی با استفاده از راهکارهای سوم و چهارم است به طوری که با اجرای آنها، حداکثر خطا در دبی تحویلی، کفایت تحویل و عدالت توزیع بین آب بران پایین دست کانال اصلی و بالادستی ها، به طور متوسط برای تمام آبگیرهای واقع شده در کانال به ترتیب به میزان 25، 18 و 17 درصد بهبود یافته است.
    کلیدواژگان: بهره برداری، دریچه نیرپیک، شبکه آبیاری رودشت، کانال اصلی، نوسان های ورودی
  • پژمان دارابی، محمد همتی، نورعلی حقدوست صفحات 51-66
    سرریزهای مستغرق در پیچ آبراهه ابزارهایی مهم در اهداف چند منظوره از جمله کنترل فرسایش، احیای آبراهه ها و پروژه های مربوط به بهبود زیستگاه ها هستند. این سازه ها مجموعه ای از موانع با ارتفاع کوتاه هستند که با زاویه بالادست (دافع جریان) برای کنترل و تغییر جهت جریان و سرعت در طول تمام قوس رودخانه یا آبراهه طراحی می شوند. هدف این تحقیق ارزیابی الگوی فرسایش و رسوبگذاری در یک قوس 90 درجه (با شعاع انحنای نسبی 3/3) با حضور سرریزهای مستغرق و بدون وجود سرریزهاست. برای رسیدن به هدف مطالعه، مجموعه ای از سرریزها (7 سرریز) با ارتفاع 30، 50 و 70 درصد عمق جریان ورودی در قسمت ساحل خارجی قوس احداث و در شرایط مختلف هیدرولیکی بررسی شد. زاویه سرریزها 60 درجه و طول سرریزها 30 درصد عرض کانال در نظر گرفته شد؛ این شرایط در تمامی آزمایش ها ثابت نگه داشته شد. نتایج تحقیق نشان می دهد که در نتیجه احداث سرریزهای مستغرق، خط القعر به اندازه طول موثر سرریزها از سمت قوس خارجی به سمت مرکز کانال و در امتداد دماغه سرریزها انتقال می یابد. حجم آبشستگی در اثر احداث سرریزهای مستغرق با ارتفاع 50 و 70 درصد عمق آب به ترتیب 53 و 120 درصد بیشتر از حجم آبشستگی در حالت بدون سازه است در حالی که مقدار آن در سرریزهای با ارتفاع 30 درصد عمق آب، برابر با حالت بدون سازه است. همچنین، ماکزیمم عمق نسبی آبشستگی در دماغه سرریزهای با ارتفاع 50 و 70 درصد عمق آب در حدود 2 برابر سرریزهای با ارتفاع 30 درصد است.
    کلیدواژگان: آبشستگی موضعی، ارتفاع سرریزهای مستغرق، پیچ 90 درجه، جابه جایی قوس، کنترل فرسایش
  • سمیرا نعمت زاده، مسعود حاجی علیلوی بناب، حامد وفایی ملامحمود صفحات 67-80
    ارزیابی خصوصیات تحکیمی خاک های رس دار با توجه به این موضوع که نشست خاک در برخی مواقع می تواند خسارت هایی جبران ناپذیری به بار آورد، یکی از گام های مهم در طراحی و ساخت پروژه های عمرانی و به ویژه دراحداث سازه های آبی و... است. رفتار تحکیمی خاک ها معمولا با استفاده از آزمایش ادئومتر در قالب تحکیم یک بعدی سنجیده می شود. اما در مورد خاک های درشت دانه شنی رس دار به علت اندازه کوچک قالب باید دانه بندی اصلاح شود که منجر به تغییرات در نوع
    دانه بندی خاک می شود. دستگاه تحکیم هیدرولیکی با رفع این محدودیت، امکان کنترل مسیرهای زهکشی و ثبت فشار منفذی نمونه خاک را نیز در حین عمل تحکیم فراهم می کند. هدف اصلی از تحقیق حاضر بررسی تغییرات در رفتار تحکیمی خاک های شنی رس دار در اثر اصلاح دانه بندی است. در این خصوص، دانه بندی خاک های شنی رس دار به روش های جایگزینی و حذفی اصلاح و رفتار تحکیمی نمونه های اصلاح شده با استفاده از آزمایش ادئومتر سنجیده شد. علاوه بر این، نمونه های اصلی نیز با دستگاه تحکیم هیدرولیکی آزمایش شدند. نتایج بررسی ها نشان می دهد که با اصلاح دانه بندی در نمونه ها، ضریب فشردگی 5/1 تا 5/2 برابر افزایش و ضریب تحکیم 30 تا 80 درصد کاهش می یابد. تغییرات این مقادیر در خاک های اصلاح شده به روش حذفی شدیدتر است تا به روش جایگزینی و بنابراین اصلاح دانه بندی به روش جایگزینی در بررسی رفتار تحکیمی خاک های شنی رس دار مناسب تر است و مقادیر نزدیک تری به خاک اصلی دارد.
    کلیدواژگان: اصلاح دانه بندی، دستگاه تحکیم هیدرولیکی، شاخص فشردگی، ضریب تحکیم
  • سمیرا سلمان زاده، جواد احدیان صفحات 81-96
    در این مقاله به بررسی آزمایشگاهی تخلیه زهاب چگال تحت جت سطحی منفرد و متلاطم در جریان های پایدار پرداخته شده است. تاثیر پارامترهای هیدرولیکی شامل دبی تزریق و غلظت جت چگال و پارامترهای هندسی شامل قطر و زاویه همگرایی نازل تخلیه کننده جریان بر پیشروی محدوده جریان جت بررسی شد. جت هیدرولیکی سطحی به قطرهای 5، 8 و 15 میلی متر تحت زاویه های همگرایی مختلف نازل، در آزمایشگاه هیدرولیک آزمایش شد.خصوصیات مهم منحنی های پایین افتادگی جریان جت که شامل حد انتهای پیشروی افقی جریان جت نسبت به محل خروج یا موقعیت نقطه شیرجه(Xp)، حداکثر طول مرز بالایی (Xmax) و حداکثر طول مرز پایینی (Xmin) است، بررسی گردید. نتایج بررسی ها نشان می دهد که توسعه محدوده پیشروی جریان جت سطحی چگال در اعداد فرود فوق بحرانی صورت می پذیرد. همچنین، تحلیل داده ها نشان می دهد که به طور میانگین با افزایش زاویه همگرایی نازل جت، از 15 به90درجه، Xpبه اندازه 41 درصد، Xmaxبه اندازه 40 درصد و Xmin در حدود 45 درصد افزایش می یابد. نتایج به دست آمده از این تحقیق با استفاده از تحلیل آماری نشان می دهد که بین خصوصیات منحنی پایین افتادگی با عوامل توسعه جریان جت رابطه غیرخطی با دقت قابل قبولی برقرار است.
    کلیدواژگان: توسعه محدوده پیشروی جت، زاویه همگرایی، عدد فرود چگال، عدد وبر پیشرونده، منحنی پایین افتادگی
  • حسام قدوسی، فهیمه وکیلی تنها صفحات 97-112
    در این مطالعه، عملکرد روش های بهینه سازی تکاملی برای طراحی مقطع سدهای خاکی ناهمگن بررسی شده است. این روش ها عبارت اند از: الگوریتم دسته ماهی های مصنوعی (AFSA)، الگوریتم تکامل ترکیبی مجموعه (SCE) و الگوریتم نورد شبیه سازی شده (SA). این مساله به صورت یک تابع بهینه سازی غیرخطی با اعمال قیود متفاوتی نظیر محدودیت های پایداری شیب و ابعاد هندسی فرمول بندی شد. متغیرهای طراحی در فرآیند بهینه سازی، پارامترهای هندسی مقطع سد خاکی هستند و قیود ضرایب اطمینان پایداری از نتایج تحلیل‏هایی مانند تحلیل تراوش و پایداری شیروانی ها برای مجموعه ای از طرح های نمونه و به کمک مدل‏های رگرسیونی خطی به صورت توابعی صریح بر حسب متغیرهای طراحی تعیین گردید. کارایی روش های بهینه سازی در تعیین نقطه بهینه سراسری، بر حسب میانگین عملکرد و متوسط زمان لازم برای محاسبات با یکدیگر مقایسه شد. پس از بهینه سازی ابعاد سد برزک با استفاده از روش های SCE،AFSA وSA، حجم سد به میزان 38، 37 و 30 درصد نسبت به طرح اولیه کاهش یافته است. بر اساس نتایج به دست آمده، در دستیابی به ابعاد بهینه مقطع سد خاکی روش SCEنسبت به روش های SAو AFSAکارایی بهتری دارد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، تکامل ترکیبی مجموعه ها، دسته ماهی های مصنوعی، سد خاکی، نورد شبیه سازی شده
  • صمد امامقلی زاده، ابراهیم نوحانی صفحات 113-128
  • مهدی اسمعیلی ورکی، امیر رجایی، بهنام شفیعی ثابت صفحات 129-142
    سازه های کنترل تراز بستر را برای جلوگیری از افت بستر رودخانه و حفظ پایداری سواحل و جلوگیری از به خطر افتادن سازه های احداث شده در آن می سازند. یکی از موضوعات مهم در طراحی و ایمن سازی این سازه ها، پیش بینی عمق آبشستگی در پایین دست آنها و روش های کاهش آن است. در این تحقیق تاثیر پارامتر های هیدرولیکی بر مشخصات آبشستگی در پایین دست سازه های کنترل تراز بستر با پلان کنگره ای در آزمایشگاه بررسی شد. سرریز های مورد مطالعه دارای هندسه های مختلف مستطیلی و ذوزنقه ای بودند. آزمایش ها برای شرایط مختلف دبی و عمق پایاب اجرا شد. مقایسه نتایج به دست آمده نشان می دهد که با کاهش طول سیکل در جهت جریان سرریز های کنگره ای- ذوزنقه ای، عملکرد آنها در کاهش عمق آبشستگی بیشتر می شود به گونه ای که کاهش عمق آبشستگی به طور متوسط تا 19 درصد می رسد . در سرریز های کنگره ای- مستطیلی، هرچه سیکل های ورودی عریض تر باشد، عملکرد سرریز بهتر خواهد بود. کاهش عمق آبشستگی، در مقایسه با سازه کنترل تراز بستر خطی، به طور متوسط تا 10 درصد می رسد. در این تحقیق همچنین رابطه جدیدی برای تخمین حداکثر عمق آبشستگی برای سازه کنترل تراز بستر کنگره ای ارائه شده است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که رابطه ارائه شده نتایج مناسبی برای داده های نمونه اصلی دارد و دقت آن نیز مناسب است.
    کلیدواژگان: کاهش آبشستگی، سرریز کنگره ای، عدد فرود ذره، جت ریزشی، عمق پایاب
  • افشین یوسف گمرکچی، عاطفه پرورش ریزی صفحات 143-160
    تغییرات نیاز آبی در دوره رشد گیاه، اختلاف ارتفاع در نقاط آبگیری، تطابق نداشتن ساعات آبیاری، تغییر الگوی کشت و عوامل محیطی دیگر باعث می شود تا عملکرد ایستگاه های پمپاژ متاثر از عوامل دینامیکی متعدد باشد. از این رو، کارکرد ایستگاه های پمپاژ عموما دینامیکی است یعنی وابسته به زمان است. در این تحقیق، با توجه به قابلیت های سامانه های پمپاژ دور متغیر در تطبیق با شرایط مختلف بهره برداری، رویکرد به استفاده از پمپ های دور متغیر در یک کشت و صنعت 85 هکتاری زیتون واقع در استان قزوین بررسی شد. در این راستا، مدل دینامیکی سامانه مورد مطالعه با استفاده از نرم افزار MATLAB/SIMULINK ارائه شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی 5 سناریوی بهره برداری حاکی از کاهش مصرف انرژی به میزان 18 درصد در حالت کنترل دور متغیر، نسبت به حالت دور ثابت است. آزمون تحلیل حساسیت مدل نشان می دهد که مهم ترین عامل اثرگذار بر مصرف انرژی در سامانه آبیاری مورد مطالعه، میزان فشار خروجی در محل ایستگاه پمپاژ است.
    کلیدواژگان: ایستگاه پمپاژ، بهترین نقطه کارکرد، تحلیل حساسیت، مدلسازی
|
  • Pages 1-16
    Modeling of flow through the compound open channel is one of the main problems in the field of hydraulic engineering. One of the main parameter related to the flow properties in the compound open channel is Shear Stress. The shear stress is because of difference of velocities between the main channel and floodplains. The Shear Stress causes of turbulence and vortex creation on the border of main channel and floodplains. The difference between the roughness of main channel and floodplains intensities the shear stress in the border zone. In this investigation using the physical and numerical modeling the flow properties in the heterogeneous roughness prismatic compound open channel was studied. The study was carried out in the hydraulic laboratory of Tehran University and numerical modeling was conducted using the Flow 3D as famous computational fluid dynamic (CFD) tool. The results indicated that the Flow 3D software has high ability for modeling the flow characteristics in heterogeneous roughness prismatic compound open channel and the RNG turbulence mode is suitable for modeling the vortex on the border of both sections.
    Keywords: Compound Open Channel, Flow 3D, Heterogeneous Roughness, Shear Stress
  • Abolfazl Naseri, Fariborz Abbasi, Mehdi Akbari Pages 17-32
    About two-thirds of rivers, lakes and groundwater are applied for agricultural production in the world. Same as other countries, a significant fraction of surface and groundwater resources are used in agricultural sector in Iran. Water balance at country scale is the origin of estimation of applied water as agricultural consumption. The variability of annual precipitation is as the origin of the components of water balance in hydrological cycle, caused changeability in the water consumption of agricultural sector which are important reasons for estimating and re-estimating consumptive water in agricultural sector. Therefore, in this study, consumptive water of agricultural sector was analyzed based on long term (50 years) and short term (current 7 years) measured data for precipitation with the method of water balance in hydrological cycle in the country. Results revealed that average annual precipitation were 249±53 and 206±33 mm for two long and short studied periods, and the consumption water in agricultural sector were 67 ±18 and 83±6 km3 for long (50 years) and short (7 years) periods for non-modified conditions. The modified consumption water for the short period was 75±6 MCM.Results revealed that for the long period, the water consumption in agricultural sector was 0.50 of renewable water in the country. The outstanding of this study was up to date estimating of the water consumption in agricultural sector and its analysis. But applying water balance method for this purpose has some substantial limitations and non-reliable simplifications. Therefore suitable experiments are needed to reliably the results.
    Keywords: Agricultural Water Consumption, Hydrological Cycle, Water Balance in the Country, Water Consumption
  • Sonia Sadeghi Pages 33-50
    Improving management of existing irrigation canals is indispensable in order to save more water. In this study, a set of four nonstructural solutions introduced in order to improve the operational performance of a main irrigation canals suffering from fluctuations of inflow water. To this end the existing operation of the Roodasht main irrigation canal was simulated applying a mathematical model and assessed by the operational performance evolution indices. Then the abovementioned solutions were investigated. The four solutions consist of operation with known disturbances; unknown disturbances; rotational water delivery out of the intakes alongside of the main canal and increasing discharge inflow. The results indicated that operational level were improved by the solutions, for example by employing the third and the forth operational solution, average value of the maximum error in water delivery was decreased by 25% and adequacy of water delivery activity was improved by18% respectively. Also, the results showed that under severe decrease of inflow to the canal, the mentioned solutions improved water delivery and distribution between upstream and downstream 17 percent.
    Keywords: Inflow Fluctuations, Main Canal, Nyrpic Modules, Operation, Roodasht Irrigation Canal
  • Pages 51-66
    An important tool in current multi-purpose erosion control, stream restoration, and habitat improvement projects is the bendway weir. A series of upstream-angled low-elevation stone sills (bendway weirs) are designed to control and redirect currents and velocities throughout a bend of a river or stream. Consideration of scour and sedimentation pattern at a 90 degree bend (with relative radius of curvature equal to 3.3) in the presence of weirs and without weirs is the aim of this study. To reach the purpose of this study, series of bendway weirs (7 weirs) with height of 30, 50 and 70 percent of flow depth were constructed in multiple flow conditions at the outer bank side. The inclination angle, length and distance of weirs were kept fixed in all tests, and set equal to 60 degree, 30 percent of canal width and three times of weir length, respectively. The results showed that the channel talweg moved as effective length of weir from outer bank to the center and along the weirs tips at the result of bendway weirs installation. Owing to installation of bendway weirs with 0.5D and 0.7D height the scour volume accessed 53% and 120% higher than no-weir state, respectively. While for weirs with 0.3D height, it was equal to no-weir condition. Also, the maximum relative scour depth at the tip of weirs with height of 0.5D and 0.7D were two times of weirs with 0.3D height.
    Keywords: Bend Migration, Erosion Control, Height of Bendway Weirs, Local Scour
  • Samira Nematzadeh, Masoud Hajialiue Bonab, Hamed Vafaei Molamahoud Pages 67-80
    The determination of consolidation properties of the clayey soils is one of the most important steps in designing and constructing the civil engineering projects; especially, irrigation and drainage projects. It is mainly important due to the fact that the settlement of these soils may cause a significant damage to the structures. Generally, the consolidation behavior of the soils is being evaluated by Oedometer in the form of one-dimensional consolidation. However, some modified gradation techniques should be employed in order to prepare samples of coarse grained clayey soils due to the smaller size of the test mold, which causes an alteration in the soil gradation. The hydraulic consolidation cell provides controlling drainage pathways and recording the pore pressure of the specimens during the test. The main objective of this study is to investigate the alterations made on coarse grained soils due to modified gradation. In this regard, the coarse grained clayey soils were grade modified by using scalped and replacement methods. Then, the consolidation behavior of the graded and modified specimens was tested by oedometer test. Moreover, the base soil specimens were tested by using hydraulic consolidation test. The results showed that by performing modified gradation techniques, the values of compression index and coefficient of consolidation, respectively, increases 1.5 to 2.5 time and decreases 30% to 80%. These alterations are more intense in grade modified specimens with sculpted method. Thus, the replacement method is a better approach for evaluating the consolidation behavior of coarse grained clayey soils, by providing closer values.
    Keywords: Coefficient of Consolidation, Compression Index, Hydraulic Consolidation Cell, Modified Gradation
  • Fahime Vakili Tanha Pages 97-112
    In this study performance of evolutionary optimization methods for designing of cross section of heterogeneous earth dams is investigated. The methods applied were Artifical Fish Swarm (AFSA), Shuffled Complex Evolution (SCE) and Simulated Annealing (SA) algorithms. The model consisted of a nonlinear optimization function by applying different constraints such as slope stability constraints and geometrical dimensions. Design variables in optimization process were the geometrical parameters in cross section of earthen dam and stability safety factors constraints were determined as explicit functions according to design variables by using analyses results such as seepage and slopes stability analysis for a set of sample designs by using linear regression models. Efficiency of the optimization methods in identifying the global optimum point was compared according to mean performance and mean time required for calculations. After optimization of dimensions in Barzok dam by using SCE, AFSA and SA methods, dam volume was reduced 38, 37 and 30 percent respectively as compared to the primary design volume. Results showed that SCE method is more efficient than the SA and AFSA methods in achieving the optimal dimensions in cross section of earth dam.
    Keywords: Artificial Fish Swarm, Earth Dam, Optimization, Shuffled Complex Evolution, Simulated Annealing
  • Ebrahim Nohani Pages 113-128
    The statistics of bridge failures by US Federal Highway Administration show that the local scour around the bridge abutment is main reason compared to the local scour of piers. Various methods have been suggested for the control and reduction of local scour around the bridge piers and abutment. Using submerged vanes is one of these methods. In this study, the effect of submerged vanes to reduce the local scour around the bridge abutments with rounded nose was studied. Experiments conducted in a compound channel with non-cohesive sediments with diameter (d50) of 1 mm. Experiments carried out in two stages: in first stage without using submerged vanes and at the second stage with the presence of submerged vanes. Two rows of submerged vanes with length of 10 cm, height of 3.33 cm (L/H =3) and with angle of 20° was used. The results showed that the geometric properties of the scour hole in the nose of abutment was similar to the results obtained by other researchers. Results also showed that at all flow conditions submerged vanes reduced the scour hole around the bridge abutment and they moved the scour hole from the near of the abutment to the center of channel. Also the results showed that using submerged vanes averagely reduced 60.1% of the maximum scour depth. Finally the best layout of submerge vanes which had a distance of 5 and 15 cm between first and second rows with abutment, reduced the maximum scour depth by 71.74 percent.
    Keywords: Abutment, Compound Channel, Local Scour, Submerged Vanes
  • Pages 129-142
    Grade control structures are commonly used to prevent degradation, increase bank and bed of rivers stability and prevent cross structures failure in rivers. In order to design a safe grade control structures, estimation of local scour depth downstream of these structures is crucial. In this study effect of different parameters on local scour at the downstream of grade control structures with labyrinth planform was experimentally investigated. Different types of rectangular and trapezoidal labyrinth planform weirs were studied. Experimental results showed that labyrinth planform has a high effect on reducing scour depth. It was found that decreasing the length of cycles in trapezoidal weirs decreases the depth of scour while, decreasing the width of cycles in rectangular weirs increases the depth of scour. It was found that by increasing parameter and drop height, depth of scour increases, while increasing tailwater depth decreases the depth of scour and it varied from 2 to 8 percent for labyrinth weirs. Results showed that the scour depth follows an exponential law, dimensional equation for prediction of scour depth is presented. The accuracy of developed equation was examined with the available prototype data.
    Keywords: Dencimetric Froude Number, Impinging Jet, Labyrinth Weir, Reduction of Scour Depth, Tail Water Depth
  • Afshin Uossef Gomrokchi Pages 143-160
    Variable water requirement in growing season, altitude difference in hydrant points, incompatibility in irrigation hours, cropping pattern alternation as well as other environmental factors are conducive to dynamical factors to influence the operation of pumping stations. Thus, pumping stations have dynamic or time-dependent operation. In this study, we examined operation of variable speed pumps in an olive plantation of 85 ha in Ashrafiyeh agro-industry complex located in Qazvin province, considering various utilizing condition. In this regard, the dynamic model of the pumping station is developed and presented using MATLAB/SIMULINK software. The results inferred from five operation scenario's simulations represent 18 percent reduction in energy consumption of controlled pumping station with variable speed mode compared to constant speed mode operation. Moreover, the analysis of the results from hydraulic sensitivity index in variable speed pumps indicated that the highest amount of model sensitivity to pressure difference occurs during utilization time.
    Keywords: Best Efficiency Point, Modeling, Pumping Station, Sensitivity Analysis