فهرست مطالب

راهبردهای فنی در سامانه های آبی - پیاپی 1 (تابستان 1402)

نشریه راهبردهای فنی در سامانه های آبی
پیاپی 1 (تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/08/15
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سمیرا مزروعی *، رضا میرزایی، شمسا بصیرت، ودود حسن نیا صفحات 1-14

    در کانال های زهکشی و آبیاری معمولا برای انتقال آب از یک ارتفاع بالاتر به ارتفاع پایین تر از شیب شکن های قایم استفاده می شود. در پایین دست این سازه ها، جهت جلوگیری از فرسایش بستر کانال و کاهش انرژی جنبشی مخرب آن، تمهیداتی درنظر گرفته می شود. در تحقیق حاضر نیز تاثیر پله غیرممتد بر انرژی نسبی باقی مانده شیب شکن قایم به کمک نرم افزار FLOW-3D و مدل آشفتگی RNG بررسی شد. انرژی نسبی باقی مانده تابعی از ارتفاع نسبی پله، عرض نسبی پله و عمق بحرانی نسبی در نظر گرفته شد. دو ارتفاع نسبی و سه عرض نسبی برای پله در نظر گرفته شده و محدوده عمق بحرانی نسبی نیز بین 2/0 تا 5/0 انتخاب شد. نتایج حاکی از آن است که مقادیر عمق نسبی پایین دست حاصل از نتایج عددی تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی دارند. همچنین به کارگیری پله به صورت ممتد و غیر ممتد نتایج مشابهی را داشته و با افزایش ارتفاع نسبی پله انرژی نسبی باقی مانده کاهش می یابد. به عبارتی، در یک ارتفاع نسبی پله ثابت، به ازای تمامی مقادیر عمق بحرانی نسبی، افت و تلاطم ایجاد شده در پشت جت ریزشی در مدل با پله ممتد و غیرممتد یکسان است. علاوه براین، در صورت به کارگیری حوضچه آرامش در پایین دست، مدل دارای پله در مقایسه با مدل بدون پله، ارتفاع دیواره و طول حوضچه آرامش را بیش از 12 درصد کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: آشفتگی، انرژی نسبی باقی مانده، پله غیرممتد، شیب شکن قایم، عمق پایین دست
  • محسن معمارزاده، مژگان احمدی ندوشن *، پیام نجفی، مهران هودجی صفحات 15-26

    تصفیه خانه آب اصفهان با ظرفیت نهایی 5/12 متر مکعب در ثانیه، یکی از بزرگترین تصفیه خانه های آب خاور میانه است؛ که دارای 10 حوض ته نشینی با زمان ماند 91/1 تا 75/2 ساعت که حجم هر کدام 9172 متر مکعب و بار سطحی 14/2 تا 85/2 متر مکعب بر متر مربع در ساعت هستند. این تحقیق با هدف بررسی میدانی کارایی استفاده ترکیبی از حوض های ته نشینی اکسیلاتور مجهز به ته نشین کننده های لوله ای در مقیاس کامل و میدانی با هدف دست یابی به کارایی بیشتر در افزایش کیفیت آب خروجی و مدیریت کاهش هدررفت آب، اتلاف زمان شستشوی معکوس و کاهش تعمیرات و نگهداری تجهیزات تصفیه خانه انجام گردید. در این مطالعه، حوض های ته نشینی اکسیلاتور مربوط به دو زلال ساز استریم 1 از فاز اول تصفیه خانه، به ته نشین کننده های لوله ای از جنس پلی پروپیلن با درجه خوراکی و شکل شش گوشه با قطر هیدرولیکی50 تا 80 میلی متر با زاویه 60 درجه نسبت به سطح و طول 90 سانتی متر نصب گردیدند. استریم 2 بدون استفاده از همزمان از ته نشین کننده های لوله ای در مدار بهره برداری بود. تعداد شستشوی معکوس صافی ها، تعداد دفعات در مدار قرارگرفتن هواده ها و پمپ های شستشوی معکوس و میزان هدررفت آب و زمان مورد نیاز هر شستشو در دو استریم 1 و 2 با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج این مطالعه نشان داد که تعداد دفعات شستشوی معکوس فیلترها نسبت به استریم 2، به طور میانگین %25 کاهش یافت. این عمل همچنین باعث کاهش مقدار آب مصرفی شستشوی معکوس فیلترها و همچنین کاهش در تعداد ساعت کاری تجهیزات الکتریکی و مکانیکی تصفیه خانه آب گردید.

    کلیدواژگان: اتلاف زمان، تجهیزات الکترو مکانیکال، ته نشین کننده های لوله ای، شستشوی معکوس، هدررفت آب
  • کاظم جلوب مشالی، علی خوش فطرت *، امیرحسین فتحی صفحات 27-36

    سرریزهای کلیدپیانویی جزء سرریزهای تاج طولانی با پی سبک و دارای ضریب آبگذری بالایی هستند. به دلیل راندمان بالای این سرریزها؛ لذا راهکار برای افزایش استهلاک انرژی در آن ها و در نهایت کاهش آبشستگی بسیار حیاتی است. در این تحقیق از یک سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه ای شکل همراه با جامپ در کلیدهای خروجی آن به صورت آزمایشگاهی و از سه دبی 03/0، 035/0 و 04/0 متر مکعب بر ثانیه استفاده شد. همچنین از دو جامپ با شعاع 21/0 و 15/0 متر و ارتفاع لبه جامپ برابر 14/0 و 075/0 متر استفاده شد. نتایج نشان که با افزایش شعاع جامپ، میزان استهلاک انرژی در سرریز با شعاع جامپ 21/0 متر و در سرریز با شعاع جامپ 15/0 متر نسبت به سرریز بدون جامپ، به ترتیب حدود 8/3 درصد و 5/2 درصد بیشتر است. همچنین میانگین استهلاک انرژی در سرریزهای با شعاع جامپ برابر 0، 15/0 و 21/0 متر، به ترتیب برابر 1/54، 4/55 و 2/56 درصد است. با افزایش شعاع جامپ و ارتفاع لبه آن، ضریب آبگذری کاهش می یابد. میزان کاهش ضریب آبگذری در سرریز با شعاع جامپ 21/0 و 15/0 متر نسبت به سرریز بدون جامپ، برابر 9/10 درصد و 9/3 درصد است. همچنین در ادامه روابطی برای میزان استهلاک انرژی در سرریزهای معرفی شده، ارایه شد. استفاده از جامپ در کلیدهای خروجی سرریز، چنانچه باعث استهلاک انرژی زیادی نمی شود؛ اما جریان را به جلوتر از پنجه سرریز پرتاب می کند که در بررسی میزان آبشستگی و کاهش آن، می تواند موضوع حایز اهمیتی باشد.

    کلیدواژگان: استهلاک انرژی، جامپ، سرریز کلیدپیانویی، ضریب آبگذری، کلید خروجی
  • فرزانه قادری نسب گروهی *، مریم احمدی صفحات 37-54

    با پیشرفت تکنولوژی، توسعه ابزارها و به‏کارگیری روش‏های نوین، بازدیدهای میدانی مهندسان، کارشناسان و محققان آسان‏تر شده است. استفاده از ابزارها و برنامه‏هایی که با هدف اصلی مسیریابی، جهت‏یابی و کاهش ترافیک ارایه شده، در زمینه بازدیدهای میدانی خصوصا بازدید از رودخانه ها بسیار کارآمد وموثر واقع شده است. AlpineQuest یکی از این برنامه‏های کارآمد در این زمینه است. کاربر با استفاده از این برنامه می‏تواند به طیف زیادی از نقشه‏های توپوگرافی دسترسی پیدا کرده، به آسانی آن ها را دانلود کند و در زمانی که به اینترنت دسترسی ندارد به راحتی به فراخوانی نقشه بپردازد. در بازدید میدانی که جهت بررسی دلایل ورود سیلاب مرداد ماه 1401 به شهر رفسنجان صورت پذیرفت، از این نرم افزار استفاده شد. بدین صورت که محل نقاط حادثه‏خیز و سازه های تقاطعی بحرانی به صورت نقطه‏ای و مسیرهای ورودی سیلاب به داخل شهر به صورت نقشه خطی در نرم افزار ثبت شدند. همچنین برای محدوده های درگیر سیل پلیگون ترسیم شد. برای هر کدام از عارضه های ثبت شده اطلاعات توصیفی مورد نظر نیز وارد شد. در تحلیل های اولیه در محل بازدید از نقشه های گوگل‏ارث، گوگل هیبرید و همچنین نقشه های شیب موجود در AlpineQuest استفاده شد. پس از پایان بازدید میدانی، نهایتا تمامی اطلاعات جهت بررسی نهایی با فرمت مناسب از AlpineQuest به نرم افزار GIS منتقل شد. نتایج کلی نشان داد وقوع بارش با دوره بازگشت بالا، توسعه شهر در پایین دست مخروطه افکنه، سازه های تقاطعی بحرانی، نقاط حادثه خیز و طرح سیل بند غیر اصولی در بالادست فرودگاه رفسنجان از دلایل وقوع سیلاب در شهر رفسنجان هستند.

    کلیدواژگان: AlpineQuest، مسیریاب، سیل رفسنجان، مهندسی رودخانه
  • رضا قضاوی *، ابراهیم امیدوار صفحات 55-67

    مهار سیلاب ها از طریق احداث سدهای اصلاحی یکی از روش های تامین آب شیرین است. در این مطالعه، تاثیر سدهای اصلاحی بر روی سیل در حوضه آبخیز خاوه واقع دراستان مرکزی مورد ارزیابی قرار گرفت. برای ارزیابی اثرات احداث سازه های آبخیزداری، حجم سیلاب و دبی اوج با دوره بازگشت‏های مختلف محاسبه شد. به منظور برآورد میزان آب‏دهی حوضه آبخیز خاوه، در این مطالعه روش-های تورک، انجمن کشاورزی هند و جاستین بررسی شد. سپس با استفاده از مدل HEC-HMS وضعیت سیل خیزی حوضه آبخیز خاوه شبیه سازی شد. بدین منظور هیدروگراف سیل حاصل از رگبارهای طراحی با دوره بازگشت های مختلف در حالت های قبل و بعد از اجرای سازه های آبخیزداری با یکدیگر مقایسه شد. نتایج نشان داد که بندهای اصلاحی احداث شده به وضوح دبی پیک و حجم سیلاب های منطقه را کاهش داده است. بر اساس نتایج حاصل احداث سازه های اصلاحی باعث کاهش دبی اوج، افزایش زمان پایه هیدروگراف و افزایش زمان تا اوج هیدروگراف در دوره بازگشت های مختلف شده است. به طوری که برای دوره بازگشت های 5، 10، 20، 50 و 100 ساله دبی اوج به ترتیب از 6/0 به 3/0، 9/4 به 7/2، 4/9 به 1/5، 6/14 به 0/8 و 4/22 به 4/12 متر مکعب بر ثانیه کاهش یافته است. همچنین زمان پایه هیدروگراف برای دوره بازگشت های ذکر شده به ترتیب از 8/6 به 2/11، 3/9 به 0/16، 2/10 به 5/17، 5/10 به 5/18 و 8/10 به 3/29 ساعت افزایش یافته است. میزان تاخیر در زمان تا اوج برای هیدروگراف ها در اثر احداث سازه ها نیز حدود 5/3 ساعت بوده است. میزان آورد کل حوضه مورد مطالعه بر اساس محاسبات معادل 51/1 میلیارد مترمکعب و حجم رواناب مازاد بر ظرفیت خالی مخزن ها در شرایط کنونی معادل 32/1 میلیارد مترمکعب برآورد شد.

    کلیدواژگان: سدهای اصلاحی، دبی پیک، سیلاب، خاوه
  • محمدرضا فدایی تهرانی *، الهام یباره پور صفحات 68-84

    سدهای بتنی قوسی، سازه های سه بعدی بوده که به لحاظ شکل خاص خود به عنوان یک پوسته عظیم، فشار آب مخزن را به تکیه گاه های سنگی خود منتقل می نمایند. نیروی عمده دیگری که علاوه بر وزن، فشار هیدرواستاتیک و تنش های حرارتی باید توسط سیستم سازه ای یک سد تحمل گردد، نیروهای دینامیکی ناشی از زمین لرزه است. در این گونه سدها، امکان بروز رفتار غیرخطی ناشی از تغییر مکان دو وجه درزهای انقباض، ترک خوردگی، خوردشدگی و یا رفتار غیرخطی بتن بدنه سد بسته به شدت زمین لرزه وجود دارد. آنالیزهای دینامیکی تاریخچه زمانی با فرض اینکه بدنه سد، سازه ای یکپارچه با رفتار الاستیک باشد، معمولا منجر به ایجاد تنش های قوسی کششی قابل توجهی در ترازهای فوقانی سد می گردد که منطبق بر واقعیت نیست. از آنجاییکه سدهای قوسی به صورت بلوک های طره ای ساخته می شوند، به لحاظ باز و بسته شدن درزهای انقباضی طی زلزله، تنش های کششی رها و نیروهای داخلی از حالت عملکرد قوسی به عملکرد طره ای بازتوزیع می گردند. در نتیجه، با کاهش سطح تنش های کششی و استهلاک انرژی در اثر باز و بسته شدن درز، ریسک ترک خوردگی بتن و تخریب سد تا حد زیادی کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: تحلیل لرزه ای، سد بتنی قوسی، درزهای انقباض، زلزله
  • سید حمید علوی * صفحات 85-100

    هدررفت آب سالانه خسارات بسیاری به منابع آب، زیرساخت های عمرانی، محیط زیست و شرکت های توزیع آب وارد می کند. هدررفت آب از شبکه های آبرسانی شهری، به ویژه در مناطقی که منابع آب کمیاب هستند، یک مسیله مهم است. نشت از سامانه های آبرسانی شهری که بخشی از هدررفت آب را تشکیل می دهد، بخش عمده ای از آن را در بر می گیرد. این موضوع به دلایل بسیاری چون قدیمی شدن شبکه آبرسانی، آسیب رسیدن به لوله ها به دلیل تنش های سربار خاک و ترافیک شهری و همچنین افت و خیز فشار شبکه آبرسانی، اجرای نادرست لوله کشی شهری و خاکریز نامناسب است. با بررسی مولفه های تاثیرگذار در دبی نشت مثل فشار، جنس لوله، محیط خاکی پیرامون لوله و دما، می توان میزان رخداد نشت را کاهش داد و حجم نشتی را مدیریت کرد. با بررسی های آزمایشگاهی و میدانی انجام شده بر خلاف رابطه ی روزنه فشار-نشت، توان نشت در بازه ی 5/0 تا 79/2 قرارگرفته و بیشتر از 5/0 است که تفاوت در جنس لوله، تفاوت ابعاد و نوع ترک در تغییر توان در بازه ی گفته شده موثر است. با انتخاب مناسب دانه بندی خاک پیرامون لوله و کاهش D50 خاک می توان دبی نشت را کاهش داد. در مقاله ی حاضر ابتدا کلیاتی از هدررفت آب، انواع آن و دلایل آن مطرح می شود سپس به مبانی محاسبه ی نشت پرداخته می شود.

    کلیدواژگان: مدیریت نشت، دبی نشت، شبکه آب رسانی، فشار، ترک
|
  • Samira Mazrouei*, Reza Mirzaee, Shamsa Basirat, Vadoud Hasanniya Pages 1-14

    In drainage and irrigation channels, vertical drop structures are commonly used to transfer water from a higher elevation to a lower one. At the downstream end of these structures, measures are taken to prevent channel bed erosion and reduce the destructive kinetic energy. In the present study, the effect of a nonextended step on the relative energy of the vertical drop structure was investigated using the FLOW-3D software and RNG turbulence model. Two relative heights and three relative widths for the step were considered, and the relative critical depth range was chosen between 0.2 and 0.5. The results indicate that the computed values of downstream relative depth show good agreement with experimental data. Additionally, both extended and non-extended step configurations yielded similar results, with an increase in the relative height of the step resulting in a reduction in the relative remaining energy. In other words, at a constant relative height of the step, for all critical relative depth values, the drop and turbulence generated in the plunge pool are the same for both extended and non-extended step models. Furthermore, employing a tranquility basin downstream reduced the wall height and length of the tranquility basin by more than 12% compared to the model without a step.

    Keywords: Downstream depth, Energy loss, non-Extended step, Turbulence, Vertical drop
  • Mohsen Memarzadeh, Mozhgan Ahmadi Nadoushan*, Payam Najafi, Mehran Hoodaji Pages 15-26

    The Isfahan water treatment plant, with a final capacity of 12.5 cubic meters per second, is one of the largest water treatment plants in the Middle East. It has 10 sedimentation basins with a retention time ranging from 1.91 to 2.75 hours; each basin has a volume of 9172 cubic meters and a surface load of 14.2 to 2.85 cubic meters per square meter per hour. This research was conducted to investigate the efficiency of the combined use of accelerator sedimentation basins equipped with tube settlers on a full and field scale. The goal was to achieve greater efficiency in improving the quality of output water and managing the reduction of water wastage, backwashing time wastage, as well as reducing the need for repairs and maintenance of treatment plant equipment. In this study, the accelerator sedimentation ponds related to two stream 1 clarifiers from the first phase of the treatment plant were equipped with rapid tubular settlers made of food-grade polypropylene. These settlers are hexagonal in shape with a hydraulic diameter of 50 to 80 mm; placed at a 60-degree angle to the surface, and have a length of 90 cm. Stream 2 was operated without the simultaneous use of rapid tube settlers in the circuit. The amount of backwashing’s of filters, the number of times the aerators and backwashing pumps are engaged in the circuit, the amount of water wastage, and the time required for each wash in streams 1 and 2 were compared with each other. The results of this study showed that the number of times of reverse washing of filters was reduced by an average of 25% compared to stream 2. This action also reduced the amount of water used for backwashing the filters and consequently reduced the number of working hours of the electrical and mechanical equipment of the water treatment plant.

    Keywords: Backwashing, Electromechanical equipment, Time wastage, Tube settlers, Water wastage
  • Kadhim Challoob Mshali, Ali Khoshfetrat *, Amirhossein Fathi Pages 27-36

    Piano key weirs are a type of long-crested weirs with a light foundation and a high discharge coefficient. Due to the high efficiency of these weirs, it is essential to find ways to increase their energy dissipation and ultimately reduce scour. This study investigated the energy dissipation of piano key weirs with a jump in their outlet keys. A laboratory experiment was conducted using a trapezoidal piano key weir with three discharges of 0.3, 0.35, and 0.4 cubic meters per second. Two jumps with radii of 0.21 and 0.15 meters and jump heights of 0.14 and 0.075 meters were also used. The results showed that the energy dissipation increased with increasing jump radius. The energy dissipation in the weir with a jump radius of 0.21 meters and in the weir with a jump radius of 0.15 meters is approximately 3.8% and 2.5% higher, respectively, than in the weir without a jump. The average energy dissipation in weirs with jump radii of 0, 0.15, and 0.21 meters was 54.1%, 55.4%, and 56.2%, respectively. With increasing jump radius and jump height, the discharge coefficient decreases. The discharge coefficient in piano key weirs with jump radii of 0.21 and 0.15 meters is reduced by 10.9% and 3.9%, respectively, compared to the weir without a jump. The use of a jump in the outlet keys of a weir can throw the flow forward of the weir toe. This can be effective in reducing scour.

    Keywords: Energy loss, Jump, Output key, Piano Key Weir (PKW), The discharge coefficient
  • Farzaneh Qaderi Nasab Gorouhi*, Maryam Ahmadi Pages 37-54

    Advancements in technology have significantly facilitated fieldwork for engineers and researchers by providing new tools and methods. Utilizing tools and software designed for routing, orientation, and traffic management has proven highly efficient and effective in field surveys, particularly in river engineering. One such software is AlpineQuest. This application is easily installable on both Android and iPhone devices, granting users access to topographic maps, Google Earth imagery, slope maps, and more for any location on Earth. Additionally, AlpineQuest aids in determining the optimal route efficiently in terms of cost and time. This software offers various capabilities, including sketching, data collection in different formats, compatibility with other engineering software, and geometry calculations. In this study, AlpineQuest was used during a field visit to investigate the causes of the July 2022 flood in Rafsanjan. The software was used to register the accident locations, critical intersection structures, and the entrance to the floodway. The flood polygon was mapped and point data were defined within the application. Initial analyses of the field sites were conducted using Google Earth maps, Google Hybrid, and AlpineQuest slope maps. Subsequently, all data collected during the field visit were exported from AlpineQuest in GIS format. The findings indicate that factors such as long-term precipitation, urban development in the downstream alluvial fan, critical intersection structures near accident locations, and the presence of unregulated flood control structures upstream from Rafsanjan airport were responsible for the flood in Rafsanjan City.

    Keywords: AlpineQuest, Navigation application, Rafsanjan flood, River engineering
  • Reza Ghazavi*, Ebrahim Omidvar Pages 55-67

    In this study, the hydrological processes of Khaveh Watershed located in Markazi province, Iran were simulated and the effect of check dams on floods in this basin was evaluated. To assess the impact of watershed management structures on floods, flood volume and peak discharge with different return periods were calculated. In order to estimate the irrigation rate of Khaveh Watershed, in this study, the method of Justin was studied. Then, flooding situation of Khaveh Watershed was simulated using HEC-HMS model. For this purpose, the flood hydrographs resulting from the design storms with different return periods in the pre- and post-construction states of watershed management structures were compared with each other. The results showed that the constructed dams clearly reduced the peak discharge and flood volume of the region. Based on the results, the construction of corrective structures has reduced the peak flow, increased the base time of the hydrograph and increased the time to the peak of the hydrograph in different return periods. For the 5, 10, 20, 50, and 100-year return periods, the peak is 0.6 to 3.3, 4.9 to 2.7, 9.4 to 1.5, and 6, hours respectively. Discharge decreased to 0.8 and 22.4 to 12.4 cubic meters per second. Also, the base time of the hydrograph for the mentioned return periods increased from 6.8 to 11.2, 9.3 to 0.16, 2/10 to 17.5, 5/10 hours to 18.5 and 10.10 to 29.3 hours. The latency in time-to-peak for hydrographs due to the construction of structures was approximately 3.5 h.

    Keywords: Check dams, Discharge peak, Flood, Khaveh
  • Mohammadreza Fedai-Tehrani*, Elham Ybarehpour Pages 68-84

    Arched concrete dams are three-dimensional structures that, in terms of their special shape resembling a huge shell, transfer the water pressure from the tank to their stone supports. Besides the forces of weight, hydrostatic pressure and thermal stresses, another significant force that the dam's structural system must withstand is the dynamic forces generated by earthquakes. In such dams, there is a possibility of nonlinear behavior due to the change in the location of the two faces of the contraction joints, cracking, corrosion, or non-linear behavior of the concrete of the dam body depending on the intensity of the earthquake. Dynamic analysis of time history, assuming that the dam body is an integrated structure with elastic behavior, usually leads to the creation of significant tensile arch stresses in the upper levels of the dam, which is not in accordance with reality. Since the arch dams are built as ridge blocks, due to the opening and closing of the contraction joints during the earthquake, the released tensile stresses and internal forces are redistributed from the arch performance mode to the ridge performance. As a result, by reducing the level of tensile stresses and energy consumption as a result of joint closure, the risk of concrete cracking and dam destruction is greatly reduced.

    Keywords: Seismic analysis, Arched concrete dam, Contraction seams, Earthquake
  • Seyed Hamid Alavi * Pages 85-100

    Water loss is a significant issue that leads to substantial damage to water resources, civil infrastructure, the environment, and water distribution companies. Urban water supply networks, particularly in regions with scarce water resources, face challenges related to water loss. Leakage from these networks constitutes a major portion of the overall water loss. Factors contributing to leakage include the aging of water supply systems, pipe damage due to soil stresses and urban traffic, fluctuations in water pressure, improper urban plumbing practices, and inadequate embankments. Examining factors such as pressure, pipe type, soil environment, and temperature can help identify the causes of leakage and effectively manage and mitigate its volume. Laboratory and field investigations have revealed that the leakage power, contrary to the pressure-leakage relationship, falls within the range of 0.5 to 2.79, with values exceeding 0.5 due to variations in pipe types, dimensions, and the type of cracks. Reducing the D50 (median grain size) of the soil and selecting an appropriate soil granulation around the pipes can effectively reduce the leakage flow rate. This article provides an overview of water wastage, its types, and underlying causes, followed by a discussion on the fundamentals of leakage calculation.

    Keywords: leakage management, leakage flow, Water supply network, Pressure, Crack