فهرست مطالب

تحقیقات مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی - پیاپی 74 (بهار 1398)
  • پیاپی 74 (بهار 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/03/02
  • تعداد عناوین: 10
|
  • فائزه ولایتی، علیرضا وطن خواه* صفحات 1-12
    جریان در سرریز های جانبی، موضوع بسیاری از مطالعات هیدرولیکی بوده است. اغلب این مطالعات مربوط به ضریب بده سرریز جانبی لبه تیز و با مقطع مستطیلی می باشد و ضریب بده سرریز های جانبی لبه پهن با مقاطع دیگری، نظیر ذوزنقه ای کمتر مورد توجه قرار گرفته است. تحقیق حاضر با انجام 187 آزمایش به منظور بررسی ضریب بده سرریز جانبی لبه پهن ذوزنقه ای، تحت شرایط رژیم جریان زیر بحرانی صورت گرفته است. از آنجایی که معادله دینامیکی حاکم بر سرریز های جانبی به دلیل غیرخطی بوده و دارا بودن متغیر های زیاد، دارای حل تحلیلی کامل نمی باشد، لذا در این تحقیق با استفاده از روش عددی رانگ کوتای مرتبه چهارم، نیمرخ سطح آب در طول سرریز جانبی محاسبه شد. با بررسی نتایج آزمایشگاهی و با استفاده از تحلیل ابعادی و آماری روابطی به منظور تخمین ضریب بده پیشنهاد شد. مشخص گردید ضریب بده سرریز جانبی ذوزنقه ای لبه پهن به عدد فرود جریان بالا دست، نسبت عمق جریان به پهنای تاج سرریز و شیب جداره جانبی سرریز بستگی دارد. رابطه پیشنهادی تخمین ضریب بده دارای خطایی در حدود 4 درصد است و نشان می دهد روش حل عددی دقیق است.
    کلیدواژگان: اندازه گیری جریان، تحلیل جریان، روش رانگ کوتای مرتبه چهارم، مطالعه آزمایشگاهی، نیم رخ سطح آب
  • سیما صمدی قره ورن*، داود فرسادی زاده، علی حسین زاده دلیر صفحات 13-26

    سرریزهای جانبی سازه هایی هیدرولیکی هستند که در دیواره جانبیکانالنصب می شوند و جریان مازاد بر دبی طراحی را از کانال خارج می کنند. سرریزهای کنگره ای در پلان دارای شکستگی اند و در نتیجه طول موثر و در برخی موارد ضریب دبی بیشتری نسبت به سرریزهای ساده دارند. در تحقیق حاضر، تاثیر استفاده از شمع ها با آرایش های مختلف بر ضریب دبی سرریز جانبی کنگره ای نیم دایره ای تک سیکل بررسی شده است. آزمایش ها در کانال مستطیلی و  شرایط زیر بحرانی و محدودهعدد فرود 37/0-1/0 اجرا شده اند. سه قطر مختلف برای سرریزهای جانبی کنگره ای نیم دایره ای با ارتفاع ثابت در نظر گرفته شد. شمع های مورد استفاده استوانه ای و هم ارتفاع با سرریز جانبی هستند. تعداد شمع ها از 1 تا 3 و در کل 14 آرایش برای آنها در نظر گرفته شد. ابتدا تاثیر پارامترهای بی بعد استخراج شده از روش باکینگهام بر ضریب دبی سرریز جانبی بررسیو پس از آن رابطه ای برای محاسبه ضریب دبی سرریز جانبی کنگره ای نیم دایره ای همراه با شمع ها با دقت قابل قبولاستخراج شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که ضریب دبی سرریز جانبی کنگره ای نیم دایره ای در حالتی که شمع وجود دارد بیشتر از حالت بدون شمع است. در واقع وجود شمع باعث بهبود عملکرد هیدرولیکی سرریزهای جانبی نیم دایره ای می شود به طوری که در محدوده عدد فرود مورد مطالعه، ضریب دبی سرریزها تا 15 درصد افزایش و تغییرات انرژی مخصوص در طول سرریزها تا 34 درصد کاهش می یابد. بیشترین افزایش در ضریب دبی و بیشترین کاهش در تغییرات انرژی مخصوص مربوط به آرایشی است که سه شمع در لبه پایین دست سرریز قرارگیرند.

    کلیدواژگان: انرژی مخصوص، پروفیل سطح آب، جریان زیربحرانی، روش باکینگهام، کانال مستطیلی
  • رسول دانشفراز*، سینا صادق فام، وحید ساعی صفحات 27-40
    در این پژوهش، ناهمواری ها در پایین دست سرریز اوجی برای جریان های مختلف شبیه سازی عددی شده و اثر ناهمواری در تغییر رژیم جریان، پروفیل سطح آب و افت انرژی بررسی شده است. بر این اساس پس از ایجاد دامنه حل، مش بندی و مشخص کردن شرایط مرزی، شبیه سازی عددی با استفاده مدل آشفتگی k-e استاندارد اجرا و برای صحت سنجی نتایج عددی از مدل آزمایشگاهی سرریز اوجی چاتیلا و تابارا(Chatila & Tabbara, 2004)  استفاده شده است. در ادامه نیز به تاثیر سه نوع ناهمواری در پایین دست سرریز و مقایسه آن با حالت شاهد و بر مشخصات جریان پرداخته شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد با افزایش ارتفاع ناهمواری ها میزان افت انرژی تا 80 درصد نیز افزایش می یابد.به طور متوسط نیز ناهمواری های 3 و 4 که باعث تغییر رژیم جریان شده اند و بین 50 تا 70 درصد افت انرژی ایجاد کرده اند. افزایش دبی جریان بر پروفیل سطح آب و افت انرژی تاثیر مستقیم دارد. بر اساس نتایج به دست آمده، اگر طراحی حوضچه آرامش مد نظر باشد، ناهمواری ها با ارتفاع Hd6/0 قادر به تغییر رژیم جریان هستند و به عنوان موفق ترین طرح پیشنهاد می شود.
    کلیدواژگان: سرریز اوجی، افت انرژی، پروفیل سطح آب، رژیم جریان، ناهمواری
  • امیر گرد نوشهری، ابراهیم امیری تکلدانی*، محمد صدقی اصل صفحات 41-58

    در این تحقیق، درستی معادلات مختلف افت اصطکاکی برای جریان آزاد غیر دارسی در محیط های متخلخل سنگریزه ای ارزیابی شد که توزیع عمودی فشار در آنها غیر هیدرواستاتیک است. بیشتر معادلات ارائه شده برای جریان غیر دارسی بر اساس نتایج آزمایش های صورت گرفته در دستگاه های نفوذسنج و برای جریان یک بعدی است در حالی که به دلیل افت زیاد انرژی و شیب سطح آب در جریان آزاد درون محیط های متخلخل سنگریزه ای، انتظار می رود جریان دو بعدی و توزیع فشار غیر هیدرواستاتیک باشد. در این مطالعه با آزمایش هایی روی یک محیط متخلخل به طول 1 متر و شامل سه نوع سنگریزه با قطرهای متوسط 68/1، 27/2 و 84/4 سانتی متر و در دو دمای متفاوت آب به بررسی درستی برآورد مقدار افت انرژی جریان توسط معادلات مختلف جریان غیر دارسی پرداخته شده است. با افزایش دبی و افزایش زاویه سطح آب از 6 درجه، اختلاف بین عمق آب و فشار پیزومتری افزایش می یابد. همچنین، بر اساس تحلیل آماری، مناسب ترین معادله افت اصطکاکی در جریان غیر دارسی با سطح آزاد، معرفی و با تحلیل حساسیت نیز مشخص شد که معادله معرفی شده کمترین حساسیت را نسبت به تغییرات مقادیر ورودی دارد و نیز اینکه تخلخل، سرعت ظاهری جریان، قطر متوسط ذرات و لزوجت سینماتیک به ترتیب بیشترین تاثیر را بر نتایج دارند.

    کلیدواژگان: افت انرژی، توزیع فشار غیر هیدرواستاتیک، جریان غیر دارسی
  • مهدی اسمعیلی ورکی*، مرجان کشاورز اسکندری صفحات 59-74

    جریان آب عبوری از سرریز سدها انرژی جنبشی بالایی دارد که می تواند آسیب های زیادی بر تاسیسات پایین دست و فرسایش شدید بستر رودخانه وارد کند. انرژی معمولا با ایجاد حوضچه آرامش در پایین دست سرریزها، پرتاب کننده های جامی شکل و پلکان در سرریزها مستهلک می شود. سرریزهای پلکانی یکی از سازه های متداول به منظور استهلاک انرژی و نیز کاهش ابعاد حوضچه آرامش در سدهاست. در این پژوهش، تاثیر ایجاد کنگره ها با ارتفاع 5/0 و 75/0 ارتفاع پلکان (h)، فواصل کارگذاری برابر و دو برابر ارتفاع پلکان و سه اندازه زبری سطح پلکان به ترتیب برابر با 002/0، 004/0 و 006/0 متر بر افت انرژی کل در پایین دست سرریز پلکانی با شیب های 1:1، 1:2 و 1:3 به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. بررسی نتایج نشان می دهد در سرریز پلکانی با شیب 1:1 ایجاد کنگره با ارتفاع h5/0، فاصله کارگذاری h2 و طولی برابر با طول پلکان به افزایش 7/12 درصد در افت انرژی می انجامد. تجزیه و تحلیل نتایج به دست آمده در سرریز پلکانی با شیب 1:2 نشان می دهد ایجاد کنگره با ارتفاع h75/0 و فاصله کارگذاری h2 و طول کنگره برابر با ارتفاع پلکان، میزان افت انرژی را 4/8 درصد نسبت به حالت بدون کنگره افزایش می دهد. مقایسه نتایج حاکی از آن است که در سرریز پلکانی با شیب 1:3 ایجاد آستانه ای یکپارچه با طول h و ارتفاع h5/0 با افزایش 7/4 درصد در افت انرژی، نسبت به حالت بدون کنگره، مناسب ترین عملکرد را دارد. مقایسه ها همچنین نشان می دهد اعمال زبری در سرریزهای مورد مطالعه عملکرد آنها را کاهش می دهد و میزان افت نسبی انرژی را به طور متوسط 6/3 درصد نسبت به حالت های بدون زبری کم می کند.

    کلیدواژگان: اتلاف انرژی، رژیم جریان، زبری، سرریز پلکانی، سرریز کنگره ای، شیب سرریز
  • مهدی یلتقیان خیابانی، سید مهدی هاشمی شاهدانی*، محمد ابراهیم بنی حبیب، یوسف حسنی صفحات 75-92

    توزیع ناعادلانه آب در شبکه های آبیاری، لزوم استفاده از روش های کارآمدتر مانند بهره گیری از روش های خودکارسازی را می طلبد. تحقیق حاضر میزان توانایی سامانه کنترل خودکار سراسری پیش بین (MPC) و سامانه کنترل موضعی تناسبی-انتگرالی (PI) را در بهبود توزیع عادلانه آب در کانال اصلی شبکه آبیاری رودشت بررسی می کند. مقایسه این سامانه ها با وضعیت موجود بهره برداری، با شاخص های ارزیابی حداکثر خطای مطلق 3(MAE) و خطای مطلق تجمعی 4(IAE) و شاخص عدالت توزیع انجام شد. دو سناریوی نوسانات جریان ورودی ملایم و شدید لحاظ گردید. نتایج شاخص های MAE و IAE شبیه سازی سناریوی اول در آبگیرهای بالادست، عملکرد مناسب تر سامانه های PI را در مقایسه با کنترل گرMPC نشان می دهد. سامانه MPC، با میزان 12 درصد بهبود، بهترین عملکرد را از منظر توزیع عادلانه داشته است. در سناریوی دوم، حداکثر مقادیر شاخص های IAE و MAE برای سامانه MPC به ترتیب 53/3 و 45/1 درصد به دست آمد درحالی که برای PI حتی بیش از 100 درصد هم گزارش شده است. در سناریوی دوم، شاخص عدالت توزیع برای چهار روش بهره برداری وضع موجود، سامانه PI کنترل بالادست، سامانه PI کنترل  پایین دست و سامانه MPC به ترتیب 23/39، 71/18، 95/15 و 33/4 درصد به دست آمدکه در بین سامانه ها، کنترل گر MPC، با بهبود 35 درصد در توزیع عادلانه آب، عملکرد مطلوبی به دست داده است.

    کلیدواژگان: بهره برداری، شبکه رودشت، کانال آبیاری، کنترل خودکار، نوسانات ورودی
  • الناز اقلیدی*، غلامعباس بارانی، کوروش قادری صفحات 93-106

    سرریز پلکانی و حوضچه آرامش از مهم ترین سازه های مستهلک کننده انرژی محسوب می شوند. با این که بخش قابل توجهی از انرژی جریان با این دو سازه مستهلک می شود انرژی باقی مانده در جریانورودی به پاشنه سرریز، قادر به تخریب احتمالی آن خواهد بود. در این پژوهش تاثیر شیب حوضچه آرامش بر آبشستگی پایین دست در حضور سرریز پلکانی به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. آزمایش ها در آزمایشگاه سازه های هیدرولیکی دانشگاه شهید باهنر کرمان با شش دبی مختلف و پنج شیب کف حوضچه آرامش اجرا شد. پارامترهای مختلف از جمله حداکثر عمق آبشستگی (ds)، سرعت جریان، عمق آب در سراب و پایاب، عمق آب در انتهای حوضچه آرامش، فاصله وقوع حداکثر عمق آبشستگی و منطقه توسعه حفره آبشستگی تا حوضچه آرامش به ترتیب (Lsو Lt). اندازه گیری شد. با مقایسه نتایج به دست آمده با آزمایش شاهد در حالت حوضچه آرامش با شیب کف 02/ و 02/0-، متوسط عمق آبشستگی نسبی به ترتیب 47 درصد افزایش و 2/52 درصد کاهش یافته است.فاصله حداکثر عمق آبشستگی نسبی و فاصله انتهای منطقه توسعه حفره آبشستگی با افزایش عدد فرود ذره افزایش و با افزایش شیب کف حوضچه آرامش این مقدارها افزایش و با کاهش شیب کف حوضچه آرامش کاهش یافتند.

    کلیدواژگان: حداکثر عمق آبشستگی، حفره آبشستگی، سازه های مستهلک کننده انرژی
  • پوریا بیگی، بابک لشکرآرا* صفحات 107-120

    تخمین مقاومت هیدرویکی جریان در کانال های روباز به واسطه وجود جریان های ثانویه و لزجت گردابی همواره با چالش جدی مواجه بوده است. به واسطه وجود اثر جداره ها بر موقعیت سرعت حداکثر، تعیین سهم لوله های جریان در بستر و جداره با خطا مواجه است. برای این منظور در این تحقیق ابتدا با استفاده از روش ترسیم تطابقی و رسم خطوط    هارمونیک جریان و پتانسیل، سهم لوله های جریان در بستر و جداره تخمین زده شده؛ پس از آن، با حذف اثر عوامل ایجادکننده گرادیان سرعت در نتایج ساده شده حل توام معادلات پیوستگی و ممنتم، مقادیر تنش برشی حاصل از وزن لوله های جریان در بستر و جداره ها محاسبه گردید. از مقایسه نتایج حاصل از روش ترسیم تطابقی با نتایج آزمایشگاهی اندازه گیری مستقیم تنش برشی، میزان اندرکنش گردایان سرعت بر نتایج تنش برشی به روش ترسیم تطابقی تعیین گردید. بررسی ها نشان می دهد که با افزایش نسبت ظاهری، اثر گرادیان سرعت کاهش می یابد، به گونه ای که با افزایش نسبت ظاهری از 1 به 20 ، میزان اثر گرادیان سرعت بر تخمین تنش برشی بستر به ترتیب از 7 به 1 درصد  و در جداره از 15 به 3 درصد کاهش می یابد. سرانجام با ارائه روابطی مقادیر تدقیق شده تنش برشی در بستر و جداره معرفی شده اند.

    کلیدواژگان: پدیده دیپ، جریان ثانویه، جریان کانال باز
  • احسان حاجی بابایی، سید عباس حسینی*، مجتبی صانعی صفحات 121-138
    تعیینضریباصطکاکدر بسترهای فرسایش پذیر اهمیت زیادیدر طراحی کانال های آبرفتی دارد.در خصوص پارامترهای موثر بر ضریب اصطکاک در بسترهای غیر فرسایشی، تاکنون مطالعات گسترده ای صورت گرفته است. در این تحقیق با اجرای مدل آزمایشگاهی در بسترهای فرسایش پذیر، پارامترهای شیب بستر و میزان انتقال بار بستر بر ضریب اصطکاک بستر بررسی شده است. آزمایش ها در دبی های90/0 تا 75/4 لیتر در ثانیه و شیب های 2، 3 و 5 درصد روی بار بستر از ذرات غیر چسبنده یکنواخت با دانه بندی با قطرهای متوسط 7/1 و 29/3 میلی متر اجرا شده و عدد رینولدز برشی در محدوده 82 تا 343، عدد فرود حاصل از 93/0 تا 51/1 و دبی بی بعد انتقال بار بستر در محدوده 004/0 تا 311/0 به دست آمده است. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد بین شیب سه تا شیب پنج درصد، ضریب اصطکاک بستر و عدد رینولدز برشی به صورت قابل ملاحظه ای افزایش می یابد در حالی که بین شیب دو تا سه درصد این افزایش چندان قابل توجه نیست. با تحلیل نتایج آزمایشگاهی مشخص شده است با افزایش میزان انتقال بار بستر، ضریب اصطکاک بدون حرکت بار بستر یا مقاومت اصطکاکی جریان (fc) کاهش و افت اصطکاک ناشی از حرکت بار بستر یا مقاومت حرکت بار بستر (fm) افزایش می یابد. به کمک آنالیز ابعادی، پارامترهای تاثیرگذار بر (fm) بررسی گردید و رابطه ای تجربی برای تعیین fm  ارائه و با نتایج آزمایشگاهی محققان پیشین صحت سنجی شد و نتایج قابل قبولی به دست آمد.
    کلیدواژگان: شیب بستر، ضریب اصطکاک بستر، عدد رینولدز برشی، میزان انتقال بار بستر
  • حمیدرضا شکری، محسن نجارچی*، رضا جعفری نیا، شهرو مختاری، حمزه علی علیزاده، اصغر رحمانی صفحات 139-152
    وضعیت مدیریت آب آبیاری در هشت مزرعه گندم آبی در اراضی کشاورزی واحد های عمرانی مرزآباد، موسیان و پتک تحت پوشش شبکه آبیاری پایاب سد مخزنی دویرج دهلران بررسی شده است. شرایطپایین دستجریاندرتمامینوارهابه صورتانتها بازبودوبانصبفلوم هایWSC در ابتدا وانتهاینوارها،هیدروگراف حجم آب ورودی وروانابخروجیاندازه گیریشد. پارامترهای راندمان کاربرد در مزارع مورد مطالعه با مقادیر شبیه سازی شده با نرم افزار WinSRFR مقایسه گردید. حداقل و حداکثر رواناب اندازه گیری در مزارع مورد آزمایش به ترتیب 9/18 و 1/33 درصد و در حالت شبیه سازی، 12 و 42 درصد به دست آمده. در 75 درصد از مزارع مورد مطالعه، تلفات نفوذ عمقی وجود نداشت. حداقل وحداکثر میانگین راندمان کاربرد  به ترتیب  3/60 و 5/80درصد و در حالت شبیه سازی، 56 و 88درصد به دست آمد. میانگین  راندمان کاربرد اندازه گیری شده در هشت مزرعه مورد آزمایش 7/69 درصد به دست آمد.  زیاد بودن راندمان کاربرد آب آبیاری به دلیل مدیریت نامناسب در اعمال کم آبیاری های نا خواسته از طرف کشاورزان است.
    کلیدواژگان: راندمان نیاز آبی، رواناب، شبیه سازی، کفایت آبیاری، نفوذ عمقی
|
  • F. Velayati, A. R. Vatankhah * Pages 1-12
    Flow over side weirs has been the subject of many studies. Most of these studies related to sharp crested side weirs with rectangular cross section and less attention has been given to the discharge coefficient over the broad-crested side weirs with trapezoidal cross section. In this research a comprehensive laboratory study including 187 tests has been conducted to investigate the discharge coefficient over the broad-crested trapezoidal side weir under subcritical flow regime. Since a complete analytical solution of the governing equation for a side weir is not possible due to nonlinearity and the many variables involved, in this research water surface profile along the side weir is computed by using the fourth order Runge–Kutta method. By analyzing experimental data and using dimensional analysis as well as statistical analysis, some relationships in order to estimate the discharge coefficient were proposed. It was founded that the discharge coefficient of flow depends on the Froude number, the ratio of initial depth to crest width and the side slope of the weir. The mean absolute percentage error of proposed relationship is about 4% and indicates that the numerical method is very accurate.
    Keywords: Discharge Coefficient, Fourth Order Runge-Kutta Method, Subcritical Flow Regime, Spatially Varied Flow, Trapezoidal Broad Crested Side Weir
  • Sima Samadi Garehveran *, D. Farsadizadeh, A. Hosseinzadeh Dalir Pages 13-26

    Side weirs are hydraulic structures installing on the side walls of the channels to divert excess water of main channel. Labyrinth weirs are broken in their plans; so, they have more effective length and in some conditions have more discharge coefficient than that of simple ones. In this research, the effects of piles with different arrangements on discharge coefficient of semi-circular labyrinth side weir have been studied. The experiments were carried out in a rectangular channel with subcritical flow with Froude number range equal to 0.1-0.37. Three diameters were considered for semi-circular labyrinth side weirs with constant height. The piles used in the study were cylindrical and the same height of the side weir. The number of piles varied from 1 to 3, and fourteen arrangements were considered for them. First of all, the effects of dimensionless parameters, obtained from the Buckingham method, on side weir discharge coefficient were studied and then a relationship, with acceptable accuracy, between these parameters was obtained to predict the discharge coefficient of semi-circular labyrinth side weir with piles.. The results,  compared with semi-circular labyrinth side weir without piles, showed that semi-circular labyrinth side weir with arrangements of piles have higher discharge coefficient. In fact, piles proved an improvement in the performance of semi-circular side weirs, so that within the range of the studied Froude number, the discharge coefficient faced an increase up to 15% and specific energy changes faced a decrease up to 34%. The most increase in discharge coefficient and the most decrease in specific energy changes occurd when three piles were installed at the downstream end of weirs.

    Keywords: Discharge Coefficient, Pile, Semi-Circular Labyrinth Side Weir, Subcritical Flow
  • Rasoul Daneshfaraz *, Sina Sadeghfam, Vahid Saei Pages 27-40
    In this study, the roughness at downstream of ogee spillway has been simulated numerically for different flows, and the effects of roughness on the transformation of flow regime, the water surface profiles, and the energy losses also have been investigated. Hence, after solution domain generation, meshing, and specification of boundary conditions, the numerical simulation has been run by using k-e standard turbulence model, and in order to validation of the numerical results of the investigated ogee spillway, the experimental model of ogee spillway proposed by Chatila and Tabara (2004) has been used. Also, the effects of three types of roughness at downstream of this spillway were evaluated. The results indicated that by increasing the heigh of roughness, the energy loss increases up to 80 percent. The roughness types of 3 and 4, imposed the regime transformation and caused 70 to 50 percent, in average, energy losses respectively. Also, we found that increase in flow discharge affected directly the water surface profiles.  Results showed that if the design of stilling basin was considered, the roughness with a height of 0.6Hd had the ability of flow regime transformation and was evaluated as the most successful design.
    Keywords: Energy Loss, Flow Regime, Water Surface Profile
  • Amir Gord Noshahri, Ebrahim Amiri Tokaldany *, Mohammad Sedghi Asl Pages 41-58

    This research was aimed to evaluate the available equations provided for non-Darcy flow in rockfill porous media, when there is a free surface flow, and when vertical pressure distribution is non-hydrostatic. Most of previous investigation about non-Darcy flow performed in permeameter that simulate one dimensional flow in porous media. Because of severe energy loss and considerable difference between upstream and downstream water surface elevations in rockfill porous media, a non-hydrostatic pressure distribution was expected. To carry out the research, a series of laboratory experiments have been conducted on rockfill materials with three differet diameters (1.68, 2.27 and 4.84 cm) and in a medium of 100cm in length, where water temperature varied between 10 and 29 °C. Results indicated that difference between water depth and piezometric pressure increased as water surface and water discharge increased.  Based on statistical analysis of existing experimental data, the most suitable model for energy loss in free surface flow in rockfill materials was introduced. Moreover, it was found that the introduced model had the lowest sensitivity to the variation of the input parameters, and the porosity, apparent velocity, median rockfill diameter and kinematic viscosity, respectively, had highest influence on head-loss results.

    Keywords: Energy Loss, Non-Darcy Flow, Non-Hydrostatic Pressure Distribution
  • M. Esmaeili Varaki *, Marjan Keshavarz Eskandari Pages 59-74

    Flow water passing through spillways of dams has a high level of kinetic energy, which can lead to extensive damage to downstream facilities and bring about severe erosion of river beds. Energy dissipation would usually be accomplished by creating structures such as still basins at downstream of weirs, flip buckets, or steps in weirs. Stepped spillways are one of the common structures for energy dissipation, as well as reduction of the dimensions of still basins. The effects of labyrinths on total energy dissipation at downstream of the stepped spillways with slopes of 1:1, 1:2 and 1:3 was investigated; the height of labyrinths was 0.5 and 0.75 of the height of steps (h), working interspaces were equal to two times of the height of steps, and three roughness heights on the step face were 0.002, 0.004 and 0.006 m. The results showed that in first case, 1:1 slope of the stepped spillway, a labyrinth with height of 0.5h, working interspaces of 2h and equal length of the steps caused an increase of 12.7 percent in dissipation of relative energy. The comparison of results showed that for slope of stepped weir of 1:2, installation of a labyrinth with a height of 0.75h, interspaces of 2h and equal length to the height of the steps, the relative energy dissipation increased by 8.4 percent. When stepped weirs with slopes equal to1:3 were used, results indicated that installation sill with a length h, a height of 0.5h instead of labyrinths on steps, caused an increase of 4.7 percent in relative energy dissipation. Result showed that increase surface roughness of studied weirs reduced the relative energy dissipation by 3.6 percent.

    Keywords: Energy dissipation, Flow Regime, labyrinth weir, Roughness, stepped weir
  • Mehdi Yaltaghian Khiabani, S. M. Hashemy Shahedani *, Mohammad Ebrahim Bani Habib, Yousef Hassani Pages 75-92

    Inefficient operational methods, in distribution of water within irrigation canals, call for applying more efficient ways such as using automation systems. This study assesses capabilities of the automatic operational systems, including centralized Model Predictive Control (MPC) and decentralized Proportional-Integral (PI) controller in enhancing the fairly water delivery throughout the Roodasht main irrigation canal. Existing canal’s operational condition was compared with operational status employing PI and MPC control systems. Comparison was conducted using water level error-based performance indicators of MAE and IAE, and equity indicator. Two operational scenarios including normal and severe inflow fluctuation were assigned. According to results of first scenario, upstream PI system resulting to better indicators of MAE and IAE values rather than other systems. MPC controller leading to better performance in comparison with upstream and downstream PI configurations. Application of MPC system resulted to 12% improvement in equity indicator. In the second scenario with sever inflow fluctuations at the headgate, the maximum IAE and MAE indices for MPC controller were 3.53% and 1.45%, respectively, while these indicators for decentralized systems exceeded 100%, demonstrating the inability of the decentralized systems to control the flow rate in severe water shortage conditions. Finally, calculated equity indicator in second scenario, for current operation, upstream and downstream PI and MPC, were 39.23%, 18.71%, 15.95%, and 4.33%, respectively. Results reveal that the application of centralized MPC controller has significantly improved the equity indicator by 35%.

    Keywords: Automatic Control Systems, Equitable Distribution, Irrigation Canal, Inflow fluctuations, Operation, Roodasht Main Irrigation Canal
  • Elnaz Eghlidi *, Gholam Abbas Barani, Kourosh Qaderi Pages 93-106

    Stepped spillways and stilling basins are the most important energy dissipation structures. Even though most part of energy would be dissipated by these two structure, the remaining part of energy of flow may be capable to grave the bed scour and to create the scour hole downstream of them. Structures could be destroyed if this part of energy is high. In this study, the effects of stilling basin slopes on bed scour at downstream of stepped spillway were investigated experimentally. Experiments were conducted in the laboratory of hydraulic structures at University of Kerman with six different discharges and five various stilling basin slopes. The following parameters were measured: maximum scour depth (ds), flow velocity (in three point), water depth in upstream and downstream stepped spillway and stilling basin, the distance from where  the maximum scour depth happened to sill (Ls), and the geometry of scour hole. Results showed 47 percent increase and 52.2 percent decrease in average of maximum relative scour depth when stilling basin slopes were 0.02 and -0.02, respectively. Also, it was shown that the distance between the point where maximum scour depth had happened to the end of stilling basin increased when Froude number increased and decreased when stilling basin slope decreased.

    Keywords: Energy Dissipation Structures, Stepped Spillway, Maximum Depth of Scour
  • Pouri Beygi, Babak Lashkara Ara * Pages 107-120

    The estimation of hydraulic resistance of the flow in open channels has always faced a serious challenge because of presence of secondary currents and vortex viscosity. Determination of contribution of flow pipes in the bed and the wall is faced with error, due to effects of the walls on the maximum velocity position. In this study, the contribution of the flow pipes in the bed and the wall was approximated by using conformal mapping method and by plotting harmonic lines of current and potentials. Then, the shear stresses obtained from the weight of tube pipes in the bed and the walls were calculated by eliminating the effect of the velocity gradient factors in the simplified results of solving the conjugation and momentum equations. The rate of interaction of velocity gradient on shear stress results of the conformal mapping was determined by comparing the results of conformal mapping method with that of experimental results of direct shear stress measurement. Investigations have shown that the effect of the velocity gradient decreases with increasing aspect ratio, so that with increasing aspect ratio from 1 to 20, the effect of the velocity gradient on the shear stress of the bed has been reduced from 7 to 1 percent, and in the wall from 15 to 3 percent. Finally, measured values of shear stress in the bed and the wall were introduced by presenting some equations.

    Keywords: Open channel flow, Secondary flow, Dip Phenomena
  • Ehsan Hajibabaei, Seyed Abbas Hosseini *, Mojtaba Saneie Pages 121-138
    Determining the friction coefficient in erodible beds plays an important role in the design of alluvial canals. In most of the previous studies, an impact of the hydraulic parameters on the friction coefficient has been studied for non-erodible bed conditions. In this research, by performing a laboratory model in the erodible substrates, the effects of the bed slope parameters and bed load transfer rate on the bed friction coefficient were investigated. The experiments were carried out in the discharge rate of 0.90 to 4.75 l/s and the slopes of 2, 3 and 5 percent on the uniform non cohesive particles with the grain diameter of 1.7 and 3.29 mm. The roughness Reynolds number was in the range of 82 to 343, Froude numbers of these currents in the range of 0.93 to 1.51, and non-dimensional bed load transport rate was calculated in the range of 0.004-0.311. The experimental results showed that between the slopes of 3% to 5%, the bed friction coefficient and the roughness Reynolds number of the erodible bed increased significantly, while in the slope range of 2% to 3%, no significant increase was observed. Analyzing experimental results showed that by increasing the bed transport rate, the frictional resistance of flow (fc) decreased and subsequently, the bed loading movement resistance (fm) increased. Applying dimensional analysis, the effective parameters on fm were determined and an empirical equation to determine fm was designed and results were validated by laboratory outputs obtained by former researchers. Validation results have been proved acceptable.
    Keywords: Bed Friction Coefficient, Bed Slope, Roughness Reynolds Number
  • Hamidreza Skakari, Mohsen Najarchi *, Reza Jaafarinia, Shahroo Mokhtari, Hamzeh Ali Alizadeh, Asghar Rahmani Pages 139-152
    The situation of water management was investigated in eight wheat fields in agricultural lands of Marzabad, Mousian and Patak district, within irrigation networks of Dehloran Doyraj Reservoir dam. The downstream conditions in all borders were open ended and the volume of inflow water and outflow runoff hydrograph were measured. The application efficiency parameters in those fields compared with that in simulated values using WinSRFR software. The minimum and maximum runoff in the fields were 18.9% and 33.1%, respectively, compared with that  in simulation mode that were 12% and 42%. In 75% of the fields, no deep percolation losses has been noticed. The average of minimum and maximum of application efficiency recorded as 60.3% and 80.5%, respectively, and in simulation mode 56% and 88%, respectively. The average of application efficiency measured in eight fields was 69.7%. Increase in efficiency of irrigation water can be attributed to mismanagement of unwanted low irrigation practices by farmers.
    Keywords: Deep percolation, Irrigation Adequacy, runoff, simulation, Water Requirement Efficiency