فهرست مطالب

تحقیقات مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی - پیاپی 76 (پاییز 1398)
  • پیاپی 76 (پاییز 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/07/01
  • تعداد عناوین: 8
|
  • امیر مرادی نژاد*، امیر حمزه حقی آبی، مجتبی صانعی، حجت الله یونسی صفحات 1-16

    برای کاهش رسوب ورودی به دهانه آبگیر می توان از دیوار جداکننده به عنوان سازه کنترل کننده ورود رسوب به آبگیر استفاده کرد. دیوار جدا کننده باعثتغییرالگوی جریان ودر نتیجه تغییر مقداررسوبورودی به آبگیر می شود.متوسط زاویه های خطوط جریان که به آبگیر وارد می شوند از کف به سمت سطح زیاد می شود. در این تحقیق، اثر دیوار جداکننده و آبشکن بر تغییرات مولفه سرعت بررسی شده است. مولفه های سرعت در دو بعد جهت جریان در کانال اصلی و عمود بر جریان در جلو دهانه آبگیر و زاویه ورود جریان در طول دهانه آبگیر تعیین گردید. با استفاده از زاویه بردار سرعت ورودی به آبگیر و مولفه های طولی و عرضی سرعت، توزیع سرعت و نحوه ورود و انتقال رسوبات به آبگیر در لایه های مختلف بررسی گردید. تغییرات سرعت در جلو دهانه آبگیر در سه لایه با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج بررسی ها نشان می دهد به خاطر هدایت جریان توسط آبشکن و وجود دیوار جداکننده و تاثیر روی لایه های میانی و کف، زاویه بردار سرعت در لایه سطحی بیشتر است تا در لایه های دیگر. وجود آبشکن باعث شده سرعت طولی در لایه نزدیک کف 25/2 برابر و سرعت عرضی در لایه سطحی 33/1 برابر نسبت به حالت بدون آبشکن افزایش یابد.

    کلیدواژگان: آبگیری، الگوی جریان، زاویه آبگیر، کانال انحراف، کنترل رسوب
  • ابوالفضل برقی خضرلو، علیرضا وطن خواه* صفحات 17-36

    دریچه های کشویی در تاج سرریزهای اوجی با ارتفاع زیاد (سدهای تنظیمی) یا با ارتفاع کم (به عنوان آستانه) به منظور کنترل بهتر جریان طراحی و استفاده می شوند. در حالت دوم، متناسب با ترکیب های مختلف هندسه سرریز، بازشدگی دریچه، عمق بالادست و عمق پایین دست، چهار شرط مختلف جریان قابل تشخیص است: الف) جریان کنترل نشده آزاد، ب) جریان کنترل نشده مستغرق، ج) جریان کنترل شده آزاد و د) جریان کنترل شده مستغرق. تعیین حد تبدیل هر یک از این شرایط جریان به یکدیگر در کاربرد معادلات دبی در هر وضعیت سودمند خواهد بود. در این تحقیق، با استفاده از برداشت های آزمایشگاهی روی دو سرریز اوجی با ارتفاع مختلف و نیز از داده های آزمایشگاهی مدل سرریز دریچه دار پروژه کنترل آب فلوریدای جنوبی و مرکزی، روابطی برای تعیین حدود تبدیل و تعیین آبگذری در شرایط چهارگانه ارائه شده است. در شرایط جریان کنترل نشده آزاد، میانگین قدرمطلق خطای نسبی در تعیین دبی از روابط پیشنهادی 95/1 درصد، در شرایط جریان کنترل شده آزاد و مستغرق به ترتیب معادل 2 و 5 درصد است. نتایج بررسی ها نشان می دهد حد تبدیل جریان کنترل نشده به کنترل شده هنگامی است که عمق بالادست از حدود 46/1 برابر بازشدگی دریچه افزایش یابد. با افزایش ارتفاع پایین دست و کاهش ارتفاع بالادست سرریز نیز آستانه استغراق نسبی سرریز و میزان آبگذری افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: آستانه استغراق، اندازه گیری، سازه هیدرولیکی، کنترل جریان
  • مصطفی مردانی نجف آبادی*، عباس عبدشاهی، معصومه فروزانی، منیره زینالی صفحات 37-56

    مطالعات نشان می دهد که عملکرد بسیاری از شبکه های آبیاری و زهکشی موجود بنا به دلایلی مانند نقص در طراحی و اجرا و نبود مدیریت مناسب، کمتر از حد انتظار است. وجود عوامل موثر متعدد بر عملکرد این شبکه ها، مسئله ارزیابی را پیچیده کرده است. یکی از روش های بسیار کارآمد در زمینه ارزیابی کارایی، روش تحلیل پوششی داده هاست. البته فرض دقیق و معین بودن داده های مورد استفاده در این روش، باعث ایجاد محدودیت هایی در استفاده از آن می شود. از این رو، در مطالعه حاضر برای تعیین کارایی فنی، کارایی مقیاس و کارایی فنی خالص در چهار شبکه آبیاری و زهکشی کارون بزرگ با در نظر گرفتن مسئله عدم حتمیت در داده ها، از روش تحلیل پوششی داده ها با پارامترهای کنترل کننده میزان محافظه کاریاستفاده شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که در سطح احتمال 50 درصد انحراف از محدودیت، شبکه آبیاری و زهکشی گتوند و شمال شرق اهواز به ترتیب با میانگین 1 و 52/0 امتیاز، بیشترین و کمترین کارایی را دارند. بررسی علل ناکارایی در شبکه ها نشان می دهد که هزینه های پرسنلی و تعمیر و نگهداری بیشترین تاثیر را بر این امر داشته به نحوی که درصد اختلاف میان مقدار واقعی و مطلوب این دو نهاده  به ترتیب 48 و 41 درصد است. برای اطمینان خاطر تصمیم گیرندگان در به کارگیری نتایج حاصل از مطالعه، با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو، اعتبار روش مذکور سنجیده شد. نتایج به دست آمده بیانگر توانمندی مدل تحلیل پوششی داده ها با پارامترهای کنترل کننده میزان محافظه کاری در مقابل داده های نامطمئن است.

    کلیدواژگان: ارزیابی عملکرد، تحلیل پوششی داده های استوار، شبیه سازی مونت کارلو، عدم حتمیت
  • احمد زارع گنجارودی، محسن مسعودیان، مهدی اسمعیلی ورکی* صفحات 57-76

    رودخانه ها در مواقع سیلابی اجسام شناور مانند بقایای درختان و گیاهان را با خود حمل می کنند که تجمع آنها مقابل پایه های پل می تواند با انسداد، تنگ کردن یا تغییردادن مسیر جریان در دهانه های پل، تشدید آب شستگی در اطراف آن را به همراه داشته باشد و با توسعه عمق آب شستگی به زیر پی پل</ها، تخریب آنها رخ دهد. در تحقیق حاضر تاثیر ابعاد اجسام شناور، تراز کارگذاری و ضخامت سر شمع، آرایش و قطر شمع ها بر توسعه زمانی و عمق حداکثر آب شستگی در اطراف گروه پایه کج بررسی شده است. پایه پل مورد بررسی متشکل است از دو پایه مستطیلی شکل با ابعاد 5/2 در 5/3 سانتی متر که با زاویه 28 درجه روی سر شمعی با ضخامت</های (Tpc</sub>) 3 و 5 سانتی</متر و ابعاد 10 در 16 سانتی متر که روی شمع</هایی با آرایش 2×2 و 3×2 و قطرهای مختلف نصب گردید. آزمایش ها در شرایط آب زلال برای عمق های نسبی (نسبت عمق جریان به عرض پایه) 42/6 و 85/7، ترازهای نسبی کارگذاری سر شمع (Z/Tpc</sub>)، 0 و 1 و 5/1، جسم شناور با عرض نسبی (نسبت عرض جسم شناور به عرض پایه) 85/2، طول های نسبی (نسبت طول در راستای جریان جسم شناور به عرض پایه) 2، ضخامت های نسبی جسم شناور (نسبت ضخامت جسم شناور به عرض پایه) 85/0 و 42/1، اجرا شده است. مقایسه نتایج به دست آمده نشان می دهد در تراز نسبی کارگذاری سر شمع 0Z/Tpc</sub> = حضور جسم شناور عمق حداکثر آب شستگی را در محدوده هندسه های مختلف سر شمع و آرایش شمع ها به طور متوسط 5/8 درصد نسبت به حالت بدون جسم افزایش می دهد. با تغییر تراز کارگذاری سر شمع به 1Z/Tpc</sub>=، حضور جسم شناور به طور متوسط عمق حداکثر آب شستگی را به میزان 5/4 درصد نسبت به حالت بدون جسم افزایش می دهد. با افزایش تراز کارگذاری سر شمع به 5/1Z/Tpc</sub>=، حضور جسم شناور عمق حداکثر آب شستگی را به طور متوسط به میزان 4 درصد نسبت به حالت بدون جسم شناور افزایش می دهد. تجزیه و تحلیل نتایج حاکی از آن است که در شرایط حضور جسم شناور، افزایش عمق جریان بیشتر از 42/6 عرض پایه تاثیر محسوسی بر عمق حداکثر آب شستگی ندارد.

    کلیدواژگان: آرایش شمع، تراز کار گذاری پی، ضخامت سر شمع، قطر شمع
  • علی آرمان*، رضوان ولیزاده صفحات 77-94

    پیش بینی تنش برشی در کانالهای روباز در بسیاری از مسائل مهندسی مانند طراحی کانالهای پایدار، محاسبه افت انرژی و رسوب گذاری در کانالها بااهمیت است. در مواقع سیلابی، به دلیل تفاوت عمق جریان بین کانال اصلی و  دشتهای سیلابی اطراف، سرعت جریان نیز متفاوت است و متعاقبا میزان تنش برشی و توزیع آن به شکلی چشمگیر تغییر میکند. در تحقیق حاضر، کارایی مدل عددی سه بعدیAnsys Fluent  در شبیه سازی پارامترهای مختلف هیدرولیکی برای کانال مرکب مستطیلی با بسترهای صاف و زبر بررسی شده است. مدل آشفتگی و شبکه مش بندی به کمک نتایج حاصل از مدل آزمایشگاهی و مدل عددی صحت سنجی و سناریوهای مختلف به کمک مدل عددی مذکور شبیه سازی شد. مقایسه مقادیر تنش برشی نشان می دهد که با کاهش عمق در دشت های سیلابی، میزان و درصد تنش برشی در دشت های سیلابی افزایش و در کانال اصلی کاهش می یابد و با افزایش زبری، میزان تنش برشی افزایش می یابد. نتایج بررسی ها همچنین بیانگر این نکته است که با افزایش دبی قدرت جریان افزایش می یابد و در محل تلاقی دشت های سیلابی و کانال اصلی سرعت بیشتر است و گردابه هایی در این محل تشکیل می شود. نتایج این تحقیق می تواند در طراحی کانال های پایداربه خصوص در محل تلاقی کانال اصلی و دشت های سیلابی نقش بسزایی داشته باشد.

    کلیدواژگان: دشت های سیهبن، کانال اصلن، کانال روباز
  • سید شهاب بنی طبا*، منوچهر حیدر پور، ناهید پورعبدالله صفحات 95-110

    آب عبوری از روی سریزها یا زیر دریچه ها اغلب دارای انرژی زیادی می باشد. چنانچه این آب با همان انرژی وارد رودخانه شود موجب خرابی سازه های پایین دست می شود. یکی از راه های کاهش این انرژی ایجاد پرش هیدرولیکی می باشد. لذا مطالعه و تحقیق در مورد پرش هیدرولیکی اهمیت زیادی دارد. در تحقیق حاضر خصوصیات پرش هیدرولیکی روی بسترهایی با زبری ذوزنقه ای قائم الزاویه با ارتفاع های 5/0، 1 و 2 سانتی متر و شیب های صفر، 5/1- درصد و 3- درصد مورد بررسی قرار گرفته است. با در نظر گرفتن عدد فرود در محدوده 4 تا 9 نسبت اعماق مزدوج به طور متوسط 8/18 درصد نسبت به حالت کلاسیک کاهش داشته است. همچنین افت انرژی 6/9 درصد نسبت به حالت کلاسیک افزایش پیدا کرده است. بیشترین کاهش عمق ثانویه مربوط به زبری 2 سانتی متر و شیب 3-  درصد بوده است. همچنین زبری و شیب معکوس بر طول پرش تاثیر داشته و  باعث کاهش آن نسبت به پرش کلاسیک شده است.

    کلیدواژگان: نسبت اعماق مزدوج، طول پزش، افت انزژی
  • اسحاق انصاری*، محسن مسعودیان، محمد صدقی اصل صفحات 111-124
  • حیدر طایفه رضایی، جمال احمدآلی*، خالد احمدآلی صفحات 125-142

    این مطالعه به منظور ارزیابی راندمان کل آبیاری و هیدرومدول واقعی دشت نازلوچای ارومیه با استفاده از روش بیلان آب، در سال 1391 اجرا گردید. مطالعات شامل اندازه گیری های صحرایی، مطالعات میدانی، و بررسی آمار و اطلاعات موجود بود. راندمان کاربرد در 14 مزرعه اندازه گیری شد که مقدار آن از 4/55 تا 8/78 درصد متغیر بود. راندمان توزیع از 75 تا 94 درصد و راندمان انتقال آب نیز از 66 تا 92 درصد متغیر بود. راندمان کل شبکه سنتی دشت، برابر 44 درصد و نیاز آبی خالص ترکیب کشت دشت بر اساس روش پنمن-مانتیث برابر 4930 مترمکعب بر هکتار بود و بدین ترتیب، نیاز آبی ناخالص ترکیب کشت دشت برابر 11204 مترمکعب بر هکتار به دست آمد. شبکه آبیاری سنتی دشت نازلوچای در پایین دست حوضه آبریز نازلوچای واقع شده و مساحت خالص زمین های آن برابر 29050 هکتار است. میزان متوسط برداشت آب از رودخانه نازلوچای برابر 128 میلیون مترمکعب در سال و اختلاف حجم آب ورودی و خروجی آب زیرزمینی دشت برابر 13 میلیون مترمکعب در سال است. نزدیک به 29 میلیون مترمکعب در سال بیلان منفی در دشت وجود دارد. در مجموع، آب مصرفی در دشت نازلوچای برابر 170 میلیون مترمکعب در سال و هیدرومدول واقعی آبیاری دشت نازلوچای برابر 5838 مترمکعب در سال در هکتار است. نتایج بررسی ها نشان می دهد راندمان کل آبیاری دشت نازلوچای برای کشاورزی در حدود 85 درصد است. نتایج این مطالعه نیز نشان می دهد که میزان واقعی مصرف آب کشاورزی در این حوضه کمتر از ارقام اعلام شده بر مبنای راندمان در سطح کشور است، حتی در ارقام اعلام شده برای بهره وری آب برای تولید محصولات زراعی و باغی باید تجدید نظر شود.

    کلیدواژگان: آب برگشتی، راندمان انتقال آب، راندمان کاربرد آب در مزرعه، نرم افزار کراپ وات، نیاز آبی
|
  • A. Moradinejad*, A. H. Haghiabi, M. Sanei, H. Younesi Pages 1-16

    Abstract In order to decrease the amount of sediment entering intakes, skimming wall could be used as control structure. Skimming wall changes the flow pattern and consequently changes the volume of sediment. In intakes, the average of the flow lines angles that enter the intake increases from the floor to the surface. The main propose of this research was to evaluate the effects of skimming wall and spur dike in controlling the sediment entrance and to find out the changes in velocity. The velocity components were determined in two dimensions- in the direction of the channel's length and perpendicular to flow in front of the span of the intake- and the angle of entry of the flow along the span of the intake. The velocity distribution and the method of entering and transporting of sediment to the intakes in different layers were investigated by using velocity angle of the entrance of flow to the intake and the longitudinal and transverse components of the velocity, Changes of velocity in front of the intake were compared in three layers. The results showed that the velocity angle of the surface layer was higher than that of  other layers, due to directing of flow through the spur, the existence of a separator wall structure and the effects on the middle and floor layers,. The spur dike caused longitudinal velocity near the bed layer increased 2.25 times, and the transverse velocity in the surface layer increased 1.33 times comparing to  when there is no spur dike.

    Keywords: Dewatering, Diversion Channel, Flow Pattern, Intake Angle, Sediment Control
  • A. Barghi, Khezerloo, A. Vatankhah* Pages 17-36

    Sluice gates are designed and used in Ogee spillways with high height (regulator dams) or low height (as sill) for better controlling the flow. In latter case, according to different combinations of weir geometry, gate opening, upstream and downstream flow depths, four different flow conditions are recognizable: (a) free uncontrolled flow, (b) submerged uncontrolled flow, (c) free controlled flow, and (d) submerged controlled flow. Determination of change threshold of these flow condition is useful for choosing the proposed discharge equations in any situation. In current research, using the experimental data gathered from two Ogee spillways with different height in this program and using the data gathered from typical spillway structures in central and southern Florida water-control project, different equations for determining the change threshold and flow discharge in four different flow conditions are developed. In free uncontrolled flow condition, the proposed discharge equation has an average relative error of 1.95% while in free and submerged controlled flow condition, the proposed discharge equations have the average relative errors of 2% and 5% respectively. Results showed that the change threshold of uncontrolled flow into controlled flow occurs when upstream flow depth increases about 1.46 times the gate opening. Furthermore, the relative submergence threshold and flow discharge increase by increasing the downstream flow depth and decreasing the upstream flow depth.

    Keywords: Flow Control, Hydraulic Structure, Measurement, Submergence Threshold
  • M. Mardani, Najafabadi*, A. Abdeshahi, M. Forouzani, M. Zeinali Pages 37-56

    Different studies show that the performances of many irrigation and drainage networks are less than what expected due to design and implementation defects and lack of proper management. On the other hand, the existence of several effective factors in the performances of these networks has made their evaluation as a complicated issue. Data Envelopment Analysis (DEA) is one of the most effective methods to evaluate efficiency. Of course, the precise and accuracy assumption of the data has restricted the use of this model. Therefore, in this study, Data Envelopment Analysis with conservative control parameters (RDEA) were used to determine the technical, scale, and pure technical efficiency of 4 irrigation and drainage networks of Great Karun with considering the uncertainty problem in the data. The results showed that at the level of 50% probability of deviation, Gotvand and Northwest Ahwaz irrigation and drainage network with the mean score of 1 and 0.52 have the highest and lowest efficiency, respectively. Investigating the causes of inefficiencies in the networks showed that personnel costs and maintenance cost had the highest impact on this way, so that the difference between actual use and the optimal level of these two inputs are 48% and 41% respectively. Finally, to validate decision makers in using the results, validation of the method was performed by Monte Carlo simulation. The results of this simulation indicated the ability of the RDEA model against uncertain data.

    Keywords: Monte Carlo Simulation, Performance Evaluation, Robust Data Envelopment Analysis, Uncertainty
  • A. Zare, Ganjaroodi, M. Masoudian, M. Esmaeili, Varaki* Pages 57-76

    In this paper, the effects of debris dimensions, pile cape thickness and installation levels, array and diameter piles on the maximum scour depth around inclined bridge pier groups were investigated experimentally. The bridge pier consist of two rectangular piers with 2.5 and 3.5 cm dimensions which mounted at an angle of 28 degrees on a pile cap with 10 cm width, 16 cm length, 3 and 5cm thickness which placed on an array of 2×2 and 2×3 piles with different diameters. The experiments were performed for relative flow depth (y/D) 6.42, 7.85, relative pile cap levels (Z/Tpc) 0, 1, 1.5, relative debris width and 2.85 and length 2, the relative thickness 0.85 and 1.42, in clear water conditions. Comparison of results proved that the effect of increasing flow depth has no significant effect on maximum scour depth. Results that in presence of the debris for pile cap relative level Z/Tpc=0, the maximum scour depth increases about 8.5% in comparison with no debris. For pile cap relative level Z/Tpc=1 presence of the debris increases the maximum scour depth up to 4.5% compared to no debris. By increasing the pile cap relative level to 1.5, presence of the debris causes an increase in the maximum scour depth about 4% in comparison with no debris

    Keywords: Diameter Piles, Pile Arrangement, Pile Cap Level, Pile Cape Thickness
  • R. Valizadeh, A. Arman* Pages 77-94

    The precise prediction of shear stress in open channel is important in many engineering issues such as designing of sustainable channels, calculation of energy losses, and sedimentation in channels. In flood duration, due to difference in depth of flow between the main channel and the flood plains surrounding the flow, the flow velocity is also different, and subsequently the stress and distribution of stress significantly changes. In this paper, it has been shown the performance of the Ansys Fluent three-dimensional numerical model in simulating various hydraulic parameters for a rectangular compound channel with smooth and rough bed and wall. Comparison of shear stress values showed that with decreasing depth in flood plains, the amount and percentage of shear stress in flood walls, and in main channel increased and decreased respectively, and also it was shown that with increasing roughness, shear stress increased. Results also indicated that with increasing flow rate, the power flow increased and velocity and vortices were formed at the intersection of flood plains and main channels. The results of this research can play a role in designing of sustainable channels, especially at the intersection of the main channel and flood walls.

    Keywords: Flood Plain, Main Channel, Open Channel
  • N. Pourabdollahand, M. Heidarpour, BanitabahS. S* Pages 95-110

    Water after passing over weirs or through gates often has a lot of energy. If the water enters to the river with the same energy, it will damage downstream structures. Creation hydraulic jump is one of the approaches to reduce this energy. Therefore, it is important to study hydraulic jump. In this study, the characteristics of hydraulic jump on bed with vertical trapezoidal roughness with heights of 0.5, 1 and 2 cm and bed slope of 0, -1.5 and -3% were investigated. Based on the results, sequent depth ratio, in Froude number range of 4-9, was decreased by 18.8% more than the classic jump. The energy loss was increased by 9.6% compared to the classic jump. The maximum decrease in sequence depth was related to roughness with 2 cm height and bed slope of -3%. Moreover, the rough bed with adverse slope affected the jump length and caused to decrease it compared to the classic jump.

    Keywords: Energy Loss, Jump Length, Sequence Depth Ratio
  • E. Ansari*, M. Masoudian, M. Sedghi, Asl Pages 111-124

    Estimating water surface profile would be important if it happens simultaneously with surface recharging (eg. precipitation). Surface recharging can fluctuate the subsurface water profile, so that designers cannot predict the water profile. This condition will be worsened when the media consists of coarse alluvial and highly permeable texture and the flow regime is Non-Darcy. For this reasons, it is necessary to determine accurate seepage profile through the media and consider the technical problems to avoid financial and human risks. In this regard, subsurface profiles through coarse porous media was investigated by presenting analytical solution considering recharge and Non-Darcy assumption and full-developed turbulent flow. In this study, we used the data resulted from a laboratory model (5*0.6*1 m with 0.0135 slope) and different upstream and downstream level affected by surface recharge for modelling. Results showed acceptable accuracy when analytical results were compared with available analytical solutions of other researcher.

    Keywords: Analytical Model, Bed Sloped, Non-Darcy Flow, Water Profile
  • H.Taifeh, rezaee, J.Ahmadaali*, KH.Ahmadaali Pages 125-142

    This study was carried out in 2012 to determine the total irrigation efficiency and real hydro module of Nazlouchai plain in Urmia, using water balance method. In addition to field experiments, we used data gathered from previous documents and related analytical conclusions. Field experiments conducted in 14 farmer’s fields. The result showed that water application efficiency varied from 55.4 to 78.8%. Water distribution efficiency varied from 75 to 94% and water conveyance efficiency was 66 to 92%. Total efficiency of traditional network estimated 44% and net water requirement of cropping pattern of the plain based on Penman-Monteith method calculated about 4930 m^3/ha, thus gross water requirement of cropping pattern was 11204 m^3/ha. The traditional irrigation network of Nazlouchai plain, with 29050 hectares of land, is located in the lower part of Nazlouchai basin. Annual water withdrawal from Nazlouchai river estimated about 128 Mm^3 and differential of input – output of the plain groundwater estimated about 13 Mm^3 annually. Water balance of Nazlouchai plain was negative with 29 Mm^3/year shortage. Estimation reveald that water consumption of Nazlouchai plain was 170 Mm^3 and irrigation actual hydro module of the plain 5838 m^3/yr/ha. The results showed that water efficiency of Nazlouchai plain in agricultural activities was about 85%. The results of this study showed that the actual rate of agricultural water consumption was lower than what was declared, based on national efficiency; the figures announced for water productivity in agricultural production should be reviewed too.

    Keywords: Application Efficiency, Conveyance Efficiency, Cropwat Software, Return Flow, Water Requirement