فهرست مطالب

نشریه سد و نیروگاه برق آبی ایران
پیاپی 29 (تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/07/18
  • تعداد عناوین: 7
|
  • امیر روشن، روزبه آقا مجیدی* صفحه 1

    سرریزها بنابرنوع شرایط بهره برداری، نوع سازه، شرایط محل احداث سد و خصوصیات هیدرولیکی به صورت های مختلف طراحی می شوند. یکی از آنها سریز نیلوفری است. این سرریز شامل یک دهانه دایروی، یک تبدیل دایروی قایم و یک تونل تحت فشار افقی می باشد. در این مطالعه آزمایشگاهی به بررسی تاثیر پلکان و تعداد آن و همچنین تاثیر وجود گردابشکن بر عملکرد هیدرولیکی سریز نیلوفری پرداخته شد. که علت آن ساده سازی شکل هندسی در هنگام اجرا و افزایش بازدهی انتقال دبی هنگام عبور جریان می باشد. بر اساس نتایج مشاهده شد که در ضرایب نسبت استغراق پایین سریز با 4 طبقه بیشترین عملکرد را در انتقال دبی دارد و با افزایش ضریب نسبت استغراق وجود پلکان باعث کاهش عملکرد هیدرولیکی سریز می شود. از طرفی در تمامی حالات (به جزء در حالت سریز با 12 طبقه) وجود گردابشکن با آرایش 3 تایی بر جدایی گردابشکن ها تاثیر دارد و راندمان انتقال دبی از سریز و جداشدگی خطوط جریان بهتر انجام می شود.

    کلیدواژگان: سرریز نیلوفری، مجرای پلکانی، ضریب سرریز
  • امین ابراهیمی*، مجتبی کریمائی صفحه 11

    بر این اساس در تحقیق حاضر اقدام به محاسبه ضریب های ایمنی پایداری شیروانی سد خاکی نمرود در استان تهران به عنوان مطالعه موردی در شرایط مختلف بارگذاری شامل تراوش ماندگار و پایان ساخت در حالت قطعی و احتمالاتی گردید. برای انجام تحلیل احتمالاتی از بسته نرم افزاری Geo-studio و روش تحلیل قابلیت اطمینان شبیه سازی مونت کارلو استفاده شد. همچنین اثر اعمال بار زلزله بر پایداری سازه سد نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در شرایط موجود سد احتمال شکست مقطع های بحرانی سد نمرود ناچیز بوده به گونه ای که بیشترین مقدار احتمال شکست برابر با 00007/0 بدست آمد. در ادامه اقدام به مطالعه میزان حساسیت خصوصیات احتمالاتی فراسنجه های موثر ورودی بر احتمال پایداری شیروانی سد گردید. نتایج تحلیل حساسیت نشان داد که با افزایش بار زلزله به میزان 15 درصد، احتمال شکست سد به میزان 100 درصد افزایش یافت. همچنین نتایج نشان داد که نوع توزیع فراسنجه های موثر اثر چندانی بر احتمال شکست سازه سد ندارد به گونه ای که با تغییر نوع توزیع فراسنجه وزن مخصوص از حالت نرمال به لگ نرمال، احتمال شکست سد تنها به میزان 88/1 درصد کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: سد خاکی نمرود، پایداری شیروانی، روش تعادل حدی، تحلیل قابلیت اطمینان، احتمال شکست
  • حسین حکیمی خانسر*، جواد پارسا، علی حسین زاده دلیر، جلال شیری صفحه 26

    در این مطالعه قابلیت الگوریتم هیبریدی WCA-ANN در زمینه مدل سازی ضریب فشار آب حفره ای در بدنه سد کبودوال (مطالعه موردی) در زمان ساخت و تعیین ویژگی های موثر بر آن ارزیابی شده است. در این راستا از پنج ویژگی شامل تراز خاک ریزی، زمان ساخت سد، تراز مخزن (آبگیری)، سرعت آبگیری و سرعت خاک ریزی در طول دوره آماری 4ساله به عنوان ورودی مدل هیبریدی انتخاب شدند. با اجرای الگوریتم هیبریدی و روش انتخاب ویژگی، دو ویژگی تراز خاک ریزی و زمان ساخت در نقاط RU19.1  و RU19.2  بیش ترین تاثیر را بر مدل سازی ضریب فشار آب حفره ای خاک دارند. علاوه بر دو ویژگی فوق، در نقاط محور میانی و مرکز مقطع عرضی، ویژگی های سرعت خاک ریزی و تراز آبگیری با مقدار خطا (MSE) برابر 00006/0 و در نقاط نزدیک مخزن ویژگی های تراز آبگیری و سرعت آبگیری با مقدار خطا برابر 00004/0، بر مدل سازی ضریب فشار آب حفره ای موثر هستند. در نهایت می توان گفت که در نقاط نزدیک به محور سد، تراز خاک ریزی و در نقاط واقع در قسمت های دورتر از محور میانی و نزدیک مخزن زمان ساخت، با ضریب حساسیت بالا به عنوان مهمترین ویژگی ها در مدلسازی ضریب فشار آب حفره ای با مدل های هوش مصنوعی شناخته می شوند.

    کلیدواژگان: سد خاکی، الگوریتم چرخه آب، شبکه عصبی مصنوعی، انتخاب ویژگی، ضریب فشار آب حفره ای
  • علی عزیزپور*، محمدعلی ایزدبخش، احمد رجبی، سعید شعبانلو صفحه 39

    در این مطالعه با استفاده از روش نوین ماشین آموزش نیرومند الگوی آبشستگی در پایین دست سرریزهای مستغرق پیش بینی شد. در مطالعه حاضر برای بررسی توانایی دقت مدل عددی از روش شبیه سازی های مونت کارلو بهره گرفته شد. علاوه بر این، به منظور صحت سنجی دقت مدل های عددی از روش اعتبار سنجی ضربدری استفاده گردید. در ادامه با توجه به پارامترهای ورودی، پنج مدل عددی ماشین آموزش نیرومند توسعه داد شد. در ابتدا، بهینه ترین تعداد نرون های لایه مخفی برای مدل عددی محاسبه شد. سپس تابع فعال سازی بهینه برای مدل عددی انتخاب شد. تحلیل توابع فعال سازی نشان داد که تابعsigmoid مقادیر تابع هدف را با دقت بیشتری تخمین زد. همچنین نتایج تحلیل حساسیت نشان داد که مدل برتر مقادیر آبشستگی را بر حسبU0/Uc, z/ht, d50/ht تخمین زد. این مدل مقادیر آبشستگی در پایین دست سرریزهای مستغرق را با دقت قابل قبولی تخمین زد به عنوان مثال مقادیر ضریب تبیین و شاخص پراکندگی برای این مدل به ترتیب مساوی با 880/0 و 127/0 محاسبه شد. علاوه بر این، پارامتر بدون بعد سرعتU0/Uc به عنوان موثرترین پارامتر ورودی شناسایی شد. در نهایت یک ماتریس برای محاسبه عمق آبشستگی برای مهندسین بدون نیاز به دانش قبلی در مورد ماشین آموزش نیرومند ارایه شد.

    کلیدواژگان: سرریز مستغرق، آبشستگی، مدل سازی، ماشین آموزش نیرومند
  • محمدحسین منصورقناعی، مرتضی بیک لریان*، علیرضا مردوخ پور صفحه 52

    در پژوهش حاضر جهت ساخت بتن ژیوپلیمری بمنظور بکارگیری در سدهای بتنی، 6 طرح اختلاط شامل 288 عدد نمونه بتنی از بتن کنترل حاوی سیمان پرتلند و بتن ژیوپلیمری سرباره ای حاوی0 تا 8 درصد نانوسیلیس و 1 تا 2 درصد الیاف پلی الفین تهیه گردید که در سنین عمل آوری 7 ، 28 و 90 روزه تحت آزمایش های مکانیکی و دوام قرار گرفتند، بمنظور بررسی ریزساختاری در این پژوهش از آزمایش های XRF و SEM استفاده گردید. نتایج حاکی از بهبود میزان مقاومت فشاری، مقاومت کششی، نفوذ ناپذیری آب، عدم جذب مویینه آب برای بتن ژیوپلیمری حاوی 8 درصد نانوسیلیس و 2 درصد الیاف پلی الفین(بعنوان طرح بهینه) نسبت به بتن کنترل، به ترتیب به میزان 3%، 9%، 56 % و 65 برابر در سن 90 روز عمل آوری بود. در این راستا حداکثر مقدار مقاومت فشاری و مقاومت کششی کسب شده به ترتیب 96/82 و 51/5 مگاپاسکال و حداقل میزان نفوذ آب در بتن 13 میلیمتر و حداقل میزان سرعت جذب مویینه آب Cm/s1/2 049/0 برای بتن ژیوپلیمری بدست آمد. تصاویر SEM نشان از تقویت فرایند ژیوپلیمریزاسیون به واسطه تولید ژل های هیدراته بیشتر و بهبود ریزساختار بتن ژیوپلیمری با افزایش حضور نانو ذرات سیلیس بود.

    کلیدواژگان: بتن ژئوپلیمری، سرباره کوره آهنگدازی، نانوسیلیس، الیاف پلی الفین، سد بتنی ژئوپلیمری
  • محمدسجاد رودسری، مرتضی سهرابی گیلانی*، خشایار بذری صفحه 64

    سدهای بتنی از جمله سازه های مرسوم به منظور ذخیره و کنترل منابع آبی به حساب می آیند. در سالیان اخیر با توجه به تعدد ساخت سدها، با ساختگاه هایی مواجه هستیم که علی رغم تنگ بودن دره از کفایت لازم فونداسیون جهت ساخت سدهای بتنی قوسی برخوردار نیستند. علی رغم تعدد پژوهش های صورت گرفته در زمینه مدلسازی عددی سدهای بتنی وزنی،  اکثر این تحقیقات معطوف به مدلسازی دوبعدی این سدها بوده است. با این حال به نظر می رسد که مدلسازی دوبعدی سدها در مواردی به جواب هایی متفاوت با واقعیت منجر گردد. لذا در این پژوهش به بررسی پاسخ دینامیکی سدهای بتنی وزنی با در نظر گرفتن اثرات شکل دره در حالت سه بعدی پرداخته شده است. نتایج مدلسازی سه بعدی با در نظر گرفتن اندرکنشهای سد-فونداسیون-دریاچه در سه عرض متفاوت 20، 100 و 350 متر تفاوت قابل ملاحظه ای را با نتایج تحلیل های دو بعدی نشان می دهد. مشاهدات حاصل بیانگر آن است که تغییر مکان نسبی تاج سد و الگوی توزیع تنش و ترک خوردگی در دره های عریض شباهت بیشتری به مدل دوبعدی دارد درحالی که در دره های تنگ تفاوت بین مدل های دوبعدی و سه بعدی کاملا مشهود است بنابراین انجام تحلیل های سه بعدی در چنین ساختگاه هایی ضروری است.

    کلیدواژگان: سدهای بتنی وزنی، تحلیل سه بعدی، شکل دره، روش اجزاء محدود
  • مریم ضیاالدینی دشتخاکی، مسعودرضا حسامی کرمانی*، مهناز Mahnaz صفحه 72

    مسئله شکست سد که در اثر رها شدن ناگهانی حجمی از آب در یک آبراهه اتفاق می افتد، شامل امواج شوک و انبساطی می شود. از آنجا که این پدیده باعث ایجاد خسارات مالی و جانی می شود، حایز اهمیت است. با توجه به اهمیت مسئله شکست سد تاکنون روش‎های مختلفی برای مدلسازی عددی امواج ناشی از آن ارایه شده است. در سال های اخیر روش حجم محدود مبتنی بر معادلات آب کم عمق با توانایی مدلسازی امواج شوک، به عنوان روشی پیشرو مورد استقبال محققین زیادی قرار گرفته است که دلیل این امر توانایی بالای این روش در مدلسازی انواع جریان های فوق بحرانی، زیر بحرانی، دایمی، غیر دایمی، پیوسته و ناپیوسته است. در تحقیق حاضر عملکرد پنج روش از روش های پرکاربرد ارایه شده توسط محققین که مهمترین حل کننده های تقریبی مسئله ریمان به شمار می‎ روند با توجه به معیارهای دقت، زمان شبیه سازی، سهولت اجرا، قابلیت کاربرد و پایداری مورد بررسی قرار گرفته و سپس با استفاده از فرایند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) و فرایند تحلیل سلسله مراتبی فازی (FAHP) روش بهینه معرفی شده است. نتایج هر دو روشAHP و FAHP نشان دهنده برتری روش Osher نسبت به سایر روش هاست.سپس روش های HLLC و FVS با اختلاف کمی در رتبه بعد قرار می گیرند.

    کلیدواژگان: تحلیل سلسله مراتبی، تحلیل سلسله مراتبی فازی، امواج شوک، حل کننده های تقریبی ریمان، بهینه سازی
|
  • Amir Roshan, Roozbeh Aghamajidi* Page 1

    Spillways are designed in different methods according to the operating conditions, type of structure, site conditions of the dam, and hydraulic characteristics. One of them is the Glory spillway, which consists of a circular opening, a vertical circular opening, and a horizontal pressurized tunnel. The present study investigates the effect of stairs and their numbers as well as the effect of the presence of a vortex breaker on the hydraulic performance of the Glory spillway. This is due to the simplification of the geometric shape during construction and increasing the efficiency of the flow. Based on the results, it was observed with the coefficients of low immersion ratio,4 floors have the highest performance in discharge transfer. Also, increasing the immersion ratio coefficient of stairs will reduce the hydraulic performance of the spillway. On the other hand, in all cases (except in the case of spillway with 12 floors), the presence of a vortex breaker with a triple arrangement can affect the separation of vortex breakers, which ameliorates the flow transfer efficiency from the spillway and separation of flow lines.

    Keywords: Glory spillway, Stepped duct, Spillway Coefficient
  • Amin Ebrahimi*, Mojtaba Karimaei Page 11

    in the present study, the slope stability coefficient of Namrood dam as a case study was calculated for different load conditions, including permanent leakage and completion of construction by using deteministic and probabilistic methods. Geo-studio software package and Monte Carlo simulation techniques were used for analysis. The effect of earthquake load on the stability of the dam structure was also investigated. The results showed that in the present conditions of the dam, the failure probability of the critical sections of Namrood dam was negligible, so that the maximum probability of failure was calculated as 0.00007. Then, sensitivity analysis were carried out on the value and type of distribution of effective input parameters. Results showed that with the increase in the earthquake load by 15%, the probability of dam failure increased by about 100%. The results also showed that the type of effective parameters distributions including cohesion of soil (c), soil friction angle (φ) and unit weight (γ) have little effect on the probability of dam failure.

    Keywords: Namrood dam, slope stability analysis, limit equilibrium method, reliability analysis, probability of failure
  • Hossein Hakimi Khansar*, Javad Parsa, Ali Hosseinzadeh Dalir, Jalal Shiri Page 26

    In this study, the ability of WCA-ANN hybrid algorithm to model the pore water pressure coefficient in the body of Kabudwal dam at the time of construction was investigated and the effective features were identified. Therefore, five features including fill level, time, reservoir level, dewatering rate and fill speed during the 4-year statistical period were selected as the input of the model. By running the hybrid algorithm and feature selection method, the two features of fill level and time at points RU19.1  and   RU19.2 have the greatest impact on modeling the pore water pressure coefficient. In addition to the above two features, in the points of the middle axis , the features of fill speed and reservoir level with error value (MSE) equal to 0.00006 and in points close to the dam reservoir, dewatering level and dewatering rate with error value equal to 0.00004 are effective in modeling the pore water pressure coefficient. The results showed that at points close to the dam axis, the fill level and at points farther from the middle axis construction time (with high sensitivity coefficient) was recognized as the most important features in modeling the pore water pressure coefficient with artificial intelligence models.

    Keywords: Earthen dam, water cycle algorithm, artificial neural network, feature selection, pore water pressure coefficient
  • Ali Azizpor*, Mohammad Ali Izadbakhsh, Ahmad Rajabi, Saeid Shabanlou Page 39

    Scour in vicinity of hydraulic structures is considered as one of the most important parameters to design the structures. In this study, scour pattern at downstream of submerged weirs was predicted using the novel method “Extreme Learning Machine”. In current study, in order to survey the accuracy of the numerical model, the Monte Carlo Simulations(MCs) was employed. In addition, the k-fold cross validation was utilized so as to validate the results of numerical models. Then, regarding with input parameters, five ELM models were developed. Firstly, the number of optimized hidden neurons for soft computing model was calculated. Next, the best activation function for numerical model was chosen. Analysis of activation function showed that the sigmoid activation function predicted the scour around submerged weirs with more accuracy. Additionally, results of sensitivity analysis proved that the superior model estimated the scour in terms of U0/Uc, z/ht,d50/ht. This model simulated the scour around submerged weirs with reasonable accuracy, for instance, determination coefficient and scatter index were computed 0.880 and 0.127, respectively. Moreover, the velocity parameter U0/Uc was identified as the most effective input variable. Finally, a matrix was provided to estimate the scour depth for engineers without previous knowledge of Extreme Learning Machine.

    Keywords: Submerged weir, Scour, Modeling, Extreme Learning Machine
  • Mohammadhossein Mansourghanaei, Morteza Biklaryan*, Alireza Mardokhpour Page 52

    In the present study, in order to make geopolymer concrete for use in concrete dams, 6 mixing designs including 288 concrete samples of control concrete containing Portland cement and slag geopolymer concrete containing 0 to 8% nanosilica and 1 to 2% polyolefin fibers were prepared. 7, 28 and 90 days processing were subjected to mechanical and durability tests. In order to study the microstructure in this study, XRF and SEM tests were used. The results show that the compressive strength, tensile strength, water impermeability, capillary water absorption for geopolymer concrete containing 8% nanosilica and 2% polyolefin fibers (as an optimal design) compared to control concrete, by 3%, respectively, 9 %, 56% and 65 times at 90 days of processing. In this regard, the maximum values ​​of compressive strength and tensile strength obtained were 82.96 and 5.51 MPa, respectively, and the minimum amount of water penetration in concrete was 13 mm and the minimum rate amount of water capillary absorption was 0.049 Cm/s1/2 for geopolymer concrete. SEM images showed that the geopolymerization process was enhanced by producing more hydrated gels and improving the microstructure of geopolymer concrete by increasing the presence of silica nanoparticles.

    Keywords: Geopolymer Concrete, Blast furnace slag, Nanosilica, Polyolefin fibers, Geopolymer Concrete Dam
  • Mohammad Sajjad Roudsari, Morteza Sohrabi Gilani*, Khashayar Bazri Page 64

    Concrete gravity dams are one of the conventional structures for storing and controlling water resources. In recent years, due to large number of dam constructions, designers are encounter with narrow valleys which are not adequate for arch dam constructions. In recent decades, many researches have been done on the numerical modeling of concrete gravity dams, however most of these studies consider the dam and its foundation as an ideal two-dimensional model. In narrow valleys, it seems that two-dimensional modeling of these structures may lead to inaccurate results. In this thesis, the 3D behavior of the concrete gravity dams including dam-reservoir-foundation interactions under static and dynamic loads has been studied. The obtaining results for models with three different 20,100 and 350 meters width shows significant differences between two and three dimensional models. Observations from results indicated that the crest relative displacements and stress distributions as well as crack patterns are more similar for wide valleys and 2D model in compare with narrow valleys. In the other words, 2D models don’t have necessary adequacy for modelling gravity dams in narrow valleys and three dimensional studies should be conducted in such cases.

    Keywords: Concrete gravity dams, 3D analysis, valley shape, Finite element method
  • Maryam Ziaadini-Dashtekhaki, Masoud-Reza Hessami Kermani*, قائینی حصاروئیه Ghaeini-Hessaroeyeh Page 72

    Dam break in recent decades has caused extensive damage to infrastructure and economic activities.Recently, the finite volume method based on shallow water equations with the ability to model shock waves has been welcomed by many researchers due to the high resolution of this method in the modeling of various supercritical, subcritical, steady, unsteady, continuous and discontinuous flows.. The five widely used methods are HLL, HLLC, Osher, FVS and REF (Roe with Entropy Fixed). Important features of mentioned numerical methods include five factors of accuracy, simulation time, ease of implementation, applicability for different issues and stability. The Analytical Hierarchy Process (AHP) and  Fuzzy Analytical Hierarchy Process (FAHP) provide convenient approaches for solving complex Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) problems in engineering.Each methods are evaluated in terms of the decision criteria based on the weight of each criterion and pairwise comparisons are used to determine the relative importance of each method in terms of each criterion. Pairwise comparisons are quantified by using a scale.The results show that the Osher method appear to be superior to the other types of approximate Riemann solvers. Then the HLLC and the FVS methods, with slight difference in weight, are ranked next.

    Keywords: AHP, FAHP, Shock Waves, Approximate Riemann Solvers, Optimization