فهرست مطالب

نشریه پژوهش های مهندسی آب ایران
سال دوم شماره 2 (پیاپی 3، تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/06/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • جعفر جعفری اصل*، مهدی ربیعی لاکرمه سری صفحات 1-14

    سکوهای جکت فلزی از جمله سازه های مهم فراساحلی هستند که در بحث اکتشاف و استخراج انرژی از دریا نقش بسیار مهمی ایفا می کنند. علی رغم اینکه، این سازه های حساس و مهم برای استفاده در زمان طولانی طراحی می گردند، به دلیل وجود برخی از عوامل غیرقابل پیش بینی دچار خرابی زودرس می گردند. ارزیابی احتمال خرابی این سازه های حساس با در نظر گرفتن عدم قطعیت بار و نیروهای وارده و همچنین مصالح اجرایی آن ها، می تواند سطح ایمنی آن ها را مشخص و کمک شایانی برای جلوگیری از خرابی زودهنگام نماید. از این رو، هدف از مقاله حاضر توسعه یک روش کارا و قدرتمند برای مدل سازی عملکرد سکوهای جکتی فلزی در شرایط عدم قطعیت پارامترها می باشد. برای این منظور، یک روش ترکیبی با استفاده از شبیه سازی خطی ([1]LS) و الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری بهبود یافته توسعه داده شد. ابتدا عملکرد مدل توسعه یافته بر روی توابع بنچمارک مورد ارزیابی قرار گرفت و در ادامه احتمال خرابی سازه جکت فولادی در اثر بارهای ناشی از امواج محاسبه شد. نتایج نشان داد بیشترین احتمال خرابی سکو در شرایط برخورد امواج با زاویه 315، با ارتفاع 2/12 متر و پریود 11 ثانیه برابر 10-5 × 6/1 است که سطح ایمنی بالای سکوی طراحی شده را نشان می دهد. همچنین، مدل معرفی شده از دقت مناسبی برخوردار است و می تواند با دقت قابل قبولی سطح ایمنی انواع سازه های فراساحلی را محاسبه نماید.

    کلیدواژگان: قابلیت اطمینان، شبیه سازی مونت کارلو، شبیه سازی خطی، سکوهای جکت، بهینه ساز گرگ خاکستری
  • نگین اله وردی یموتی*، سیدعلی ایوب زاده، سید اویس ترابی صفحات 15-35

    رودخانه نقش پررنگی در زندگی بشر ایفا می کند. با سرعت یافتن فعالیت های متعدد بشر از قبیل ساخت سازه ها، تجهیزات کنترل و انتقال آب و سازه های متقاطع با رودخانه ، رژیم جریان و رسوب و به تبع آن روند تغییرات توپوگرافی و مورفولوژی رودخانه ها نیز به طور قابل توجهی دستخوش تغییر گردید. از اینرو فرسایش دیواره ساحلی رودخانه ها در خصوصیات جریان رودخانه های آبرفتی و غلظت رسوبات داخل جریان نقش کلیدی را ایفا می کند. بدین منظور در این پژوهش با استفاده از مدل CCHE2D جهت بررسی تغییرات مورفولوژی بستر و سواحل رودخانه کن براثر عبور سیلاب 25 ساله به صورت غیر ماندگار پرداخته شد و همچنین امکان فرسایش ساحل غربی رودخانه و تغییر مسیر جریان آن پس از شکست دیواره ساحلی مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج حاصل از شبیه سازی، بعد از پل راه آهن تهران-تبریز و در مجاورت شن چاله فربت، دیواره ساحلی غربی رودخانه فرسایش می یابد به طوری که سبب شکست دیواره و انحراف جریان رودخانه به سمت شن چاله شده و مسیر جریان رودخانه تغییر پیدا می کند. در سیلاب با دوره بازگشت 25 ساله برای جریان غیر ماندگار، روند غالب در طول مسیر رودخانه فرسایش تا حداکثر مقدار حدود 2/3 متر است و همچنین به علت سرعت بالای جریان (در نقاطی این سرعت در حدود 12متر بر ثانیه می رسد) در محدوده سازه شرقی تند آب احتمال کنده شدن بتن و تخریب سازه را به همراه دارد.در پل فتح نیز آب شستگی شدید رخ داده که احتمال شکست پل را زیاد می کند و همچنین بعد از تند آب و شیب شکن موجود در مسیر رودخانه فرسایش چشم گیری می شود.

    کلیدواژگان: انتقال رسوب، رودخانه آبرفتی، سیلاب، مدل CCHE2D
  • مهران آشناور، مهدی یاسی* صفحات 37-48

    احداث سرریزها در محدوده پیچ رودخانه، مشکلاتی را از نظر توزیع غیریکنواخت جریان به سوی آبگیرهای دو طرف پیچ پدید می آورد. هدف اصلی در این تحقیق، مقایسه بده جریان و بار رسوب ورودی به آبگیرهای سرریز در دو طرف و در یک طرف پیچ یک آبراهه، در شرایط جریان آب با انتقال رسوب بوده است. برای این منظور از مدل عددی FLOW-3D که در مطالعات پیشین واسنجی و تایید شده استفاده گردید. نتایج نشان داد که بهترین موقیت ساخت سرریز در مقطع 60 درجه از ابتدای پیچ 90 درجه است. همچنین، سازه آبگیر با زاویه 90 درجه به دلیل ورود کمتر رسوبات و یکنواختی توزیع بده جریان، کارایی بهتری دارد. مدل برای سه سناریو (آبگیری از دو طرف سرریز، و از یک طرف در پیچ خارجی و در پیچ داخلی) اجرا گردید. نتایج نشان داد که بیشترین رسوبگذاری همواره به سمت آبگیر پیچ داخلی است. در آبگیری از یک طرف در پیچ خارجی ، بده جریان و بار رسوبی ورودی به آبگیر بیشتر از شرایط آبگیری دو طرفه است. در آبگیری یک طرفه از پیچ داخلی، بده جریان کاهش، ولی بار رسوب ورودی افزایش می یابد. استفاده از آستانه و مجرای تخلیه رسوب برای کنترل رسوبات ورودی به آبگیرها، به ویژه در آبگیری از پیچ داخلی ضرورت دارد. مقایسه نتایج شبیه سازی آبگیری از دو طرف و یک طرف سرریز در آبگیر خارجی نشان می-دهد که بده جریان مقدار 002/0 مترمکعب بر ثانیه افزایش یافته است که این مقدار در آبگیر داخلی 001/0 مترمکعب بر ثانیه دچار کاهش شده است.

    کلیدواژگان: آبگیر، پیچ آبراهه، جریان آب با انتقال رسوب، سد انحرافی، مدل FLOW-3D
  • زینب السادات موسوی*، محمودرضا ملائی نیا، مرتضی محمدی صفحات 49-62

    حوضه آبریز رودخانه قره سو (یکی از زیر حوزه های حوضه آبریز کرخه) در غرب کشور، همواره در معرض سیلاب قرار دارد، بنابراین، به منظور مدیریت سیلاب و جلوگیری از خسارت های احتمالی آن لازم است تا نقش عوامل موثر بر وقوع سیلاب در این منطقه بررسی شود. در این تحقیق، برای تعیین میزان وابستگی بین دو متغیر اصلی موثر بر پدیده سیلاب، یعنی دبی اوج و حجم، در یک دوره آماری 41 ساله (سال های 1353 تا 1393) از تابع های مفصل دومتغیره استفاده شده است. پس از تعیین توزیع های لوگ نرمال و وایبل به ترتیب به عنوان مناسب ترین توزیع-های حاشیه ای دو متغیر دبی اوج و حجم، تابع های مفصل کلایتون، گامبل، نرمال (گوسی)، جو، فرانک و تی برای به دست آوردن بهترین الگوی ساختار وابستگی بین این دو متغیر برازش داده شد. آزمون های نیکویی برازش نشان داد که تابع مفصل نرمال از توان برازش بیشتری برخوردار است. محاسبه دوره بازگشت توام با استفاده از تابع مفصل نرمال نشان داد که دوره بازگشت دومتغیره در حالت {یا} از دوره بازگشت های دومتغیره درحالت {و} و تک متغیره مقدار کمتری دارد، برعکس، طول دوره بازگشت دومتغیره درحالت {و} از حالت {یا} و دوره بازگشت تک متغیره بزرگتر است.

    کلیدواژگان: هیدروگراف سیل، تحلیل دومتغیر، نیکویی برازش، دوره بازگشت تک متغیره، دوره بازگشت توام
  • محمد سالخورده حقیقی، رامین امینی*، بهروز کشته گر صفحات 63-78

    مهم ترین عامل کاهش نشت در شبکه های آبرسانی، مدیریت فشار است و بهترین راه کار جهت نیل به این هدف نصب شیرهای فشارشکن می باشد. از طرفی با توجه به این که اضافه فشار موجود در گره های هدف شبکه، توسط شیرهای فشارشکن تلف می شود، اهمیت جایگزینی تجهیزاتی مانند پمپ ها به عنوان توربین (PATs) که علاوه بر کاهش نشت در شبکه، اضافه فشار موجود در شبکه را برای تولید انرژی برق-آبی به عنوان انرژی تجدیدپذیر و دوستدار محیط زیست به کار می گیرد ضروری است. در این پژوهش پس از ورود اطلاعات اولیه شبکه معتبر 25-گرهی (با فرض قرار داشتن شبکه در کشور ایران) به نرم افزار منبع باز ایپانت و ادغام کتابخانه این نرم افزار به نرم افزار متلب، بهینه سازی موقعیت این توربین ها  به کمک الگوریتم بهینه ساز ژنتیک انجام می گیرد. برای این منظور تابع هدف جدیدی با رویکرد همزمان 1-مدیریت فشار در یک شبکه آبرسانی (با محوریت کاهش نشت در لوله ها) ، 2-تولید برق از منبع تجدیدپذیر پمپ به عنوان توربین (با محوریت افزایش درآمد ناشی از تولید انرژی) و 3-کاهش اثر گازهای گلخانه ای در نتیجه ی جایگزینی انرژی تجدیدپذیر به جای انرژی تولیدی نیروگاه هایی مانند نیروگاه های فسیلی معرفی می گردد. پس از صحت سنجی نتایج بهینه سازی شبکه آبرسانی موردنظر به کمک تابع هدف جدید در نهایت نصب سه عدد توربین در محل لوله های شماره 20، 18 و 1 به عنوان بهترین حالت جایگذاری این توربین ها در شبکه 25-گرهی معرفی می شود. با افزایش تعداد توربین ها در شبکه، نشت به میزان قابل توجهی از مقدار  29/701 در حالت شبکه بدون  توربین تا 9/457 لیتر بر ثانیه در حالت نصب همزمان3 عدد توربین کاهش یافته و انرژی تولیدی این منابع تجدیدپذیر افزایش می یابد. همچنین با توجه به این که دوره بازگشت سرمایه یکی از پارامترهای مهم در تصمیم گیری پروژه های عمرانی است، تاثیر ترم هزینه اجتماعی گازهای گلخانه ای (با تاکید بر گاز دی اکسید کربن) بر دوره بازگشت سرمایه مورد تحلیل قرار گرفته و نتایج حاصل به ترتیب کاهش 7/4، 8/7 و 7/32 ماه در دوره بازگشت سرمایه را برای هر یک از توربین های شماره 1 تا3 در شبکه مورد بحث نشان می دهد.

    کلیدواژگان: شبکه آبرسانی شهری، پمپ به عنوان توربین، هزینه اجتماعی، دوره بازگشت سرمایه
  • مائده فرخی، عاطفه پرورش ریزی* صفحات 79-91

    به دلیل بهبود بهره وری در مصرف آب، گسترش سطح زیر کشت با یک مقدار مشخص از آب در دسترس، سامانه های آبیاری تحت فشار گسترش چشمگیری پیدا کرده اند، که خود افزایش قابل توجه مصرف انرژی در بخش کشاورزی را به دنبال دارد. در نتیجه صرفه جویی در مصرف آب و انرژی از الزامات آبیاری تحت فشار است. در کشور ما نبود دستورالعمل، استاندارد مشخص، و نظارت کافی در طراحی، انتخاب، نصب، و بهره برداری سیستم های پمپاژ متناسب با شرایط و نیازها، موجب شده تا اغلب این سیستم ها با بازده پایین و تلفات بالای انرژی بهره برداری شوند. یکی از بهترین روش ها برای بهبود کارایی مصرف انرژی آبیاری، تعیین فرصت های صرفه جویی انرژی در سامانه آبیاری است (ممیزی انرژی آبیاری). مطالعاتی که به بحث ممیزی انرژی در سامانه های آبیاری پرداخته اند، نادر هستند. هدف این پژوهش ارایه روندی برای ممیزی انرژی در سامانه های آبیاری بارانی به صورت دستورالعمل هایی در هر سه سطح (مقدماتی، قدم زنانه، جامع) تعریف شده برای ممیزی انرژی است. همچنین روش شناسی ارایه شده، در دو موردکاوی (سامانه آبیاری بارانی کلاسیک ثابت در استان قزوین و سامانه آبیاری بارانی دوار مرکزی (سنترپیوت) در شهرستان شهریار) بکار گرفته شده است. در این مطالعات به دلیل پایش نشدن بسیاری از داده های ضروری در مدیریت انرژی در ایستگاه پمپاژ و سامانه آبیاری بارانی، ممیزی به طور کامل قابل پیاده سازی نبود، ولی ممیزی سطح پایین هم می تواند دلیل تلفات انرژی را توضیح دهد و انجام سطوح بالاتر ممیزی را امکان پذیر کند.

    کلیدواژگان: صرفه جویی انرژی، بهره وری آب و انرژی، آبیاری بارانی کلاسیک، آبیاری بارانی دوار مرکزی، ایستگاه پمپاژ
|
  • Jafar Jafari-Asl *, Mahdi Rabiei Pages 1-14

    This paper aims to develop a robust and efficient method for modeling the performance of steel jacket platforms under parameter uncertainties. For this purpose, a combined approach using Linear Simulation (LS) and the improved Grey Wolf Optimization algorithm was developed. First, the performance of the developed model was evaluated on benchmark functions, and then, the probability of failure of the steel jacket structure due to wave loads was calculated. The results showed that the highest probability of platform failure occurred under wave impact with an angle of 315 degrees, a height of 12.2 meters, and a period of 11 seconds, with a probability of 1E-5. This indicates a high level of safety for the designed platform. The results showed that the proposed model has suitable accuracy and can calculate the safety level of various offshore structures with acceptable precision.

    Keywords: Reliability, Monte Carlo simulation, Line Sampling. Gray Wolf Optimizer
  • Negin Allahverdy Yamooty *, Seyed Ali Ayyoubzadeh, Seyed Oveis Torabi Pages 15-35
    Introduction

    River have always played a significant role in human’s life in a way that development of agriculture , desire for industrialization and urbanization could not have been possible without rivers . Since 1950 s the construction of structures, water control and convergence structures, bridges and structures crossing the rivers increased, and as a consequence the flow regime , sediment and the trend of rivers topographic and morphological changes altered greatly . Bank erosion play an important role in the alluvial river and its bed load concentration , while it is also considered on of the human threats in river engineering . Another phenomenon that causes changes in sediment transport rates is flooding, which naturally increases with erosion and increasing flow velocity, erosion power of the river, and in addition, sedimentation rates in lower slope areas will increase. For this purpose, bank erosion of river and hydraulic changes during flood was investigated by using CCHE2D ( National Center for Computational Hydroscience and Engineering, two dimensional ) model.

    Methodology

    In this study the morphological change of river’s bed and bank was studied.The study area is about 4 km. The change mentioned are due to flood with 25 years return period which were studied in unsteady flow. Two-dimensional depth averaged CCHE-Mesh software was used for meshing and construction of the study area topography and CCHE2D model was used to simulate hydrodynamic , sediment transport and bank erosion . And CCHE has the ability to simulate one, two and three-dimensional flow in aquatic zones , especially natural rivers in steady and unsteady state . In addition , simulation of flow Hydrodynamics in alluvial streams and rivers , simulation of sediment transport in non-uniform sediment distribution mode , investigation of changes and retreats of riverbanks are among the model capabilities . Furthermore the possibility of the right bank erosion and change in flows direction due to the walls breaking was also studied. In this research, by using the model, the sensitivity of the flow characteristics namely water depth and flow velocity and sediment transport and result of bank erosion , in the River, are investigated in respect to the various Manning's roughness coefficient and three turbulent models i.e. two zero equation eddy viscosity models,depth averaged parabolic model , depth averaged mixing length model and k - e standard model that is based on two equation eddy viscosity models.

    Results and discussion

    The novelty of this study is to investigate the bank erosion and the possibility of failure of the river bank wall in the study area in the flood with a 25 years return period in unsteady state. The results of erosion and sedimentation at different coefficients of manning and three different eddy viscosity models indicate that the overall erosion and sedimentation process is almost same for all of these different conditions, but there is a significant difference in their values and the amount of them . Finally, by comparing the erosion process that occurred in study area, the mixing length eddy viscosity model yielded the closest response, followed by simulations. In unsteady hydrograph of water level there is no significant change in the ratio of change in resistance coefficient . with change of about 50 percent , this coefficient of water level changes only about 10 percent and since the depth of river in the river for 25 returns is about It is one meter,It means that changes of about 10 cm is negligible. The results indicated the erosion of right bank of river after rail way near hole is happen. This erosion may result in the destruction of bank and lead the rivers flow to hole (in 25 years return period flood, for unsteady flow, erosion prevailed over sedimentation). Furthermore the high speed of flow in chute domain result in demolition of it’s structure. In bridge, extreme erosion may cause bridge to collapse. Also considerable erosion happen after Chute, in stilling basin and river bed . The velocity of about 12 m / s in the stilling basin is beyond the tolerance of the concrete structure and is likely to be eroded and destroyed.

    Conclusion

    Finally, in flood with 25 years return period after erosion and fracture of the coastal wall of River, part of the water flow diverts to the hole, initially causing water to enter in the hole , also cause the flow lines to reduce and this means to increase velocity and more erosion in bed and banks of river. A breakdown point that decreases the water level reduces the flow depth, increases the speed and ultimately increases the erosion and flooding power of the flood stream. In addition to the river bed and banks,the structure such as the chute is also damaged due to the high velocity of the flow when the flood passes over it.

    Keywords: Alluvial river, CCHE2D model, flood, Sediment transport
  • Mehran Ashnavar, Mehdi Yasi * Pages 37-48

    The main purpose of this study was to investigate the uniformity of sediment transporting flows into bilateral intakes on both sides of a spillway and compare it with a single intake either in outer or inner bend. The results indicated that most of the sediment deposition is towards the inner-bend intake. In the case of a single intake structure, the comparative results with the bilateral intakes indicated that both the water inflow rate and sediment entrainment increase in the case of a single intake located on the outer bend. In the case of a single intake on the inner bend, the water inflow rate decreases, but the inward-sediment load increases. It is necessary to use both the intake sill and sluice way to control the sediments entering the intakes, especially for the inner-bend intake.

    Keywords: Diversion dam, FLOW-3D model, River bend, sediment transporting flow, Water intake
  • Zeynab Alsadat Mousavi *, Mahmoud Reza Mollaeinia, Seiyed Morteza Mohammadi Pages 49-62

    The catchment area of Qarasu river is always exposed to floods. To prevent possible damages, factors affecting the occurrence of floods in this area should be investigated. In this research, the dependence between the two main flood variables of peak flow and volume was determined during a statistical period of 41 years using copula functions. The results showed that the most suitable marginal distributions for both variables are Log-normal and Weibull, respectively. moreover, normal copula function is the most capable function to depict the structure of dependence between them, according to goodness of fit tests. Finally, applying the selected copula illustrated that the joint return periods in the state {or} is less than the joint return periods in the {and} and single variable state.

    Keywords: flood hydrograph, Bivariate analysis, Goodness of fit, univariate return period, Joint return periods
  • Mohammad Salkhordeh Haghighi, Ramin Amini *, Behrooz Keshtegar Pages 63-78

    The most important factor in reducing leakage in water supply networks is pressure management, and the best solution to achieve this aim is to put in Pressure Reducing Valves(PRVs). On the opposite hand, due to the fact that the excess pressure in the target nodes of the network is wasted by PRVs, the importance of replacing equipment such as PATs(Pump As Turbines), which, in addition to reducing leakage in the network, increases the excess pressure in the network to produce hydro-electric energy as It is important to apply renewable and environmentally friendly energy. In this article, after entering the initial information of the 25-node network, optimization of the number and position of PATs is done with the Genetic Algorithm. For this purpose, a new objective function is introduced with the simultaneous approach of "pressure management in a water supply network, electricity generation from renewable sources and reducing the effect of greenhouse gases as a result of replacing renewable energy instead of energy produced by power plants (such as fossil fuels power plants)".

    Keywords: Water Distribution Network, PAT, Social cost, Payback Period
  • Maedeh Farrokhi, Atefeh Parvaresh Rizi * Pages 79-91

    Pressurized irrigation is employed to enhance water efficiency and expand cultivated areas within limited water resources, but it results in a substantial rise in energy consumption within the agricultural sector. Consequently, the need to conserve water and energy arises as a critical requirement for pressurized irrigation. One effective approach to address this issue is the implementation of energy audits, which identify opportunities for energy savings within irrigation systems. However, there is a scarcity of studies that examine energy audits specifically in irrigation systems. Thus, the objective of this research is to present a methodology for conducting energy audits in sprinkle irrigation systems, encompassing all three defined levels of analysis. Additionally, the proposed methodology is applied to two case studies. It is worth noting that due to insufficient data monitoring in energy management and sprinkle irrigation systems, a comprehensive energy audit could not be fully executed. Nonetheless, conducting a preliminary audit can still elucidate the causes of energy losses and facilitate future planning for higher-level energy audits.

    Keywords: Energy Saving, Water, energy efficiency, Classic sprinkler irrigation, Center pivot Irrigation, Pumping Stations