فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال دهم شماره 3 (پاییز 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/08/25
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مقاله کامل
  • محبوبه قاسمی زانیانی، منوچهر حیدرپور*، سید حسن طباطبایی صفحات 1-14
    نظر به اهمیت شکل های بستر نظیر تلماسه ها در کنترل میزان انتقال رسوب، تولید اغتشاش و مقاومت جریان و همچنین نقش پوشش گیاهی در انتقال جریان و جرم در رودخانه ها، کانال ها و تالاب ها، ضرورت مطالعه ساختار جریان در اثر برهم کنش پوشش گیاهی و تلماسه بیش از پیش مطرح می گردد. هدف از تحقیق حاضر بررسی اثر ارتفاع تاج تلماسه در حضور پوشش گیاهی بر توزیع سرعت و شدت آشفتگی است. بدین نظور مدل فیزیکی شامل تلماسه ها با طول موج یک متر، دو ارتفاع تاج 04/0 و 08/0 متر، شیب وجه پایین دست 28 درجه و عرضی برابر عرض کانال تهیه شد. شن مورد استفاده برای ساخت تلماسه ها دارای قطر متوسط 14 میلی متر می باشد. برای شبیه سازی پوشش گیاهی کناری رودخانه ها از ساقه برنج استفاده گردید. نتایج نشان داد که با افزایش ارتفاع تاج تلماسه، ناحیه جدایی جریان از نزدیکی تاج تلماسه با ارتفاع 4 سانتی متر به نزدیکی بخش فرورفته انتقال می یابد. مقدار بیشینه تنش با افزایش ارتفاع تاج تلماسه در فاصله دورتری از بستر اتفاق می افتد. بیشینه نوسانات در راستای جریان روی تلماسه با ارتفاع تاج 4 سانتی متر روی وجه بالادست قرار گرفته است، در حالی که این مقدار در تلماسه با ارتفاع 8 سانتی متر در بالای ناحیه جدایی جریان در منطقه برخاستگی اتفاق افتاده است.
    کلیدواژگان: تلماسه، ساختار جریان، پوشش گیاهی، جدایی جریان
  • احمد شرافتی صفحات 15-26
    برآورد ریسک روگذری سدهای خاکی از مسائل مهم و موثر در تعیین ارتفاع سد و ظرفیت آبگذری سیستم تخلیه سیلاب محسوب می شود. حالت ایده ال برآورد ریسک روگذری، در نظر گرفتن تمام متغیرهای تصادفی و موثر بر روگذری می باشد. البته در نظر گرفتن کلیه متغیرهای تصادفی موثر و برآورد ریسک روگذری با الگوریتم هایی مانند مونت کارلو بسیار زمان بر و بعضی مواقع غیرممکن است. در این تحقیق سعی شده است با استفاده از تئوری بارش آستانه و تلفیق آن با روش مونت کارلو شرطی، گام مهمی در کاهش زمان شبیه سازی ها برداشته شود. نتایج این تحقیق نشان داد با پذیرش 6 درصد خطا در محاسبه ریسک روگذری سد جامیشان، زمان محاسبات در حدود 29 ساعت کمتر می شود و یا به عبارت دیگر راندمان الگوریتم شرطی معرفی شده در این تحقیق 7 برابر بیشتر از روش مونت کارلو معمولی در تحلیل ریسک روگذری سد جامیشان می باشد.
    کلیدواژگان: ریسک، روگذری سد، عدم قطعیت، منحنی بارش آستانه
  • جعفر یزدی* صفحات 27-40
    رویکرد اصلی حل مسائل بهینه سازی چند هدفه در اغلب الگوریتم های بهینه سازی فراکاوشی، بکارگیری مفهوم « غلبگی پارتو» می باشد. یک روش جدید و جایگزین برای این دسته از الگوریتم های حل، الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر تجزیه است که در آن به جای حل مستقیم، با استفاده از تجمیع توابع هدف، مساله اصلی به چند زیر مساله تک هدفه گسسته تبدیل شده و همزمان حل می شوند. در این مقاله الگوریتم مبتنی بر تجزیه برای طراحی بهینه شبکه های آب رسانی بزرگ مقیاس مورد آزمون قرار می گیرد. برای این منظور عملگرهای الگوریتم ژنتیک در قالب رویکرد بهینه سازی مبتنی بر تجزیه بکار گرفته می شود و برای حل دو مساله استاندارد و شناخته شده طراحی بهینه شبکه توزیع آب، به ترتیب با 99 و 454 متغیر تصمیم، مورد استفاده قرار می گیرد. عملکرد مدل توسعه داده شده با دو الگوریتم معروف بهینه سازی، الگوریتم های NSGA-II و SPEA-II، که بر اساس «غلبگی پارتو» توسعه داده شده اند، مقایسه می شود. نتایج حاصل نشان می دهد که الگوریتم مبتنی بر تجزیه هم به لحاظ معیار همگرائی (کیفیت جواب ها) و هم به لحاظ حفظ تنوع در جمعیت بر دو الگوریتم مذکور برتری دارد. این نتایج بیانگر امیدبخش بودن عملکرد این الگوریتم در حل مسائل پیچیده بهینه سازی در حوزه مهندسی آب می باشد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی مبتنی بر تجزیه، شبکه آب رسانی، NSGA، II، بهینه سازی چند هدفه، الگوریتم ژنتیک
  • محمد صادق مقصودی، مهدی شفیعی فر* صفحات 41-52
    روش هیدرودینامیک ذرات هموار، یک روش عددی لاگرانژی مبتنی بر مقیاس ذره و مناسب برای مسائل هیدرودینامیک سطح آزاد است. کد عددی SPHysics از جمله کدهایی است که با روش SPH میدان سیال را حل می کند. این کد متن باز قادر به حل محیط سیال تک فاز و محدود به سیالات نیوتنی است. در این تحقیق با توسعه کد دو بعدی سریال SPHysics به یک مدل دو فازی غیرنیوتنی با مدل بینگهام، مساله شکست سد با بستر متحرک ناشی از رسوبات به روش SPH مدل سازی شده است. برای توسعه مدل از تعریف یک ترم جدید برای فشار افزوده استفاده شده است. سپس مدل برای مسائل مختلف شبیه سازی مورد استفاده قرار گرفته و نتایج با مدل های مشابه و داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است. در انتها نیز از مدل برای شبیه سازی مساله شکست سد در بستری از رسوبات که به صورت سیال غیرنیوتنی بینگهام مدل شده، مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج با مدل MPS و نتایج آزمایشگاهی صحت سنجی شده است. نتایج نشان می دهند مدل SPH توانایی خوبی در مدل سازی مساله با تلاش اجرایی معقول در مقایسه با روش MPS دارد.
    کلیدواژگان: SPH، شکست سد، انتقال رسوب، دوفازی، غیر نیوتنی
  • یادداشت تحقیقاتی
  • سید رضاهاشمی نژاد، محمد جواد خانجانی*، مهناز قایینی حصاروییه صفحات 53-62
    تعداد زیادی از پدیده های طبیعی جریان سیال توسط معادلات سنت-ونانت و مدل موج دینامیکی توصیف می شوند. از آن جمله می توان به پدیده شکست سد و روندیابی سیلاب اشاره کرد. روندیابی سیلاب یک روش ریاضی برای پیش بینی تغییرات حجم، سرعت و شکل موج سیل بصورت تابعی از زمان و مکان است. آگاهی از شدت وقوع سیلاب، نقش بسزایی در کاهش خسارت های جانی و مالی ناشی از آن دارد. تغییرات شدید متغیر وابسته در فاصله مکانی کوتاه ویژگی بارز این پدیده ها است. لذا در نتایج شبیه سازی ریاضی آنها، اغلب بالا و پایین زدگی های غیرفیزیکی و نوسانات غیریکنواخت مشاهده می شود که می توانند موجب بی اعتباری نتایج مدل سازی گردند. از این رو علاوه بر استفاده از روش گسسته سازی کارآمد لازم است تمهیداتی برای کاهش خطا و جلوگیری از بروز نتایج غیرفیزیکی بکار گرفته شود. در این تحقیق مدل موج دینامیکی توسط روش گسسته سازی حجم محدود، که روشی تقریبا جدید و بسیار کارآمد است، منفصل سازی شده است. سپس برای مدل سازی، الگوریتمی ارائه شده که در عین سادگی استراتژی Ultimate را برای جلوگیری از بوجود آمدن نتایج غیرفیزیکی و نوسانات غیرواقعی به خدمت گرفته است. همچنین در الگوریتم حل پیشنهادی امکان استفاده از انواع الگوهای مرتبه بالا ممکن می باشد و امکان استفاده از آن در انواع محیط های کدنویسی وجود دارد. در آخر، برای بررسی صحت دستگاه معادلات گسسته و الگوریتم حل پیشنهادی، کدی در محیط نرم افزار مت لب تهیه شد و نتایج آن با نتایج Chow et al. (1988) مقایسه گردید. نتایج مقایسه اعتبار دستگاه معادلات گسسته و توانمندی الگوریتم حل را اثبات نمود.
    کلیدواژگان: معادلات سنت، ونانت، مدل موج دینامیکی، روش حجم محدود، استراتژی Ultimate، الگوریتم حل
  • مهدی کماسی *، امیر کهزادی، امیر حسینی صفحات 63-69
    شبیه سازی هیدرولیکی پدیده شکست سد، برای برآورد خسارت، برنامه ریزی صحیح و تدارک فعالیت های امدادی در محدوده ساختگاه اهمیت زیادی دارد. از جمله این شبیه سازی ها پیش بینی دبی اوج سیلاب ناشی از شکست سدهای بتنی است. روابط مختلف با استفاده از مدل سازی عددی و مدل های فیزیکی در شبیه سازی پدیده شکست سد و رها شدن آب موجود در مخازن آن ها ارائه گردیده است. در این مقاله به مدل سازی پدیده شکست سد پرداخته شده است. در این راستا هیدروگراف خروجی ناشی از شکست سد محاسبه و سپس با توجه به مورفولوژی پایین دست روند یابی و پهنه بندی سیلاب انجام گردید. این مطالعه به ارزیابی مقایسه نتایج نرم افزار Mike11 با نتایج حاصل از حل تحلیلی در خصوص هیدرو گراف سیلاب ناشی از شکست سد دز و نتایج حاصل از معادلات تجربی پرداخته است. نتایج این پژوهش بیانگر آن است که تاثیر اوج سیلاب ناشی از شکست سد دز تنها در 30 کیلومتر پایین دست آن و در محدوده سد دز علیا شهر دزفول اهمیت داشته و برای سایر نواحی رودخانه اهمیت چندانی ندارد. همچنین نتایج نشان داد که سد دز به هر صورتی که شکسته شود، سیلابی در حدود 60000 مترمکعب بر ثانیه به شهر دزفول و 11000مترمکعب به شهر اهواز می رسد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی هیدرولیکی، شکست سد دز، Mike11، هیدرو گراف سیل
|
  • M. Ghasemi, M. Heidarpour* Pages 1-14
    Formation of bed forms, such as dunes, is a prominent feature in natural open channel flows with sediment transport. Knowledge of turbulent flow over sand dunes is needed to understand the interaction between the flow, the bed forms and the associated sediment transport. This study presents results of an experimental work aimed at investigating the effect of different dunes and vegetated banks on flow velocity, Reynolds stresses and turbulence intensities. Experimental measurements were made over fifth and sixth dunes in a series of ten of 2-dimensional asymmetric gravel dunes which had dune height of 4 and 8 cm, respectively. These dunes had a mean wavelength of 100 cm, mean lee slope angles of 28º, and width equal to the flume width. Rice stems with a median diameter of 2.7 mm and a stem distribution density of 400 stem/m were used to cover the flume banks for simulating vegetation on riverbanks. From experimental measurements, the effect of different heights of crest of gravel dunes on the characteristics of flow in vegetated flume; and the reattachment points for different heights of crest of gravel dunes were investigated.
    Keywords: Flow Separation, Dunes, Height of Crest, Reynolds Stress, Turbulence Intensities, Vegetation
  • Ahmad Sherafati Pages 15-26
    Estimation of earthfill dam overtopping risk is an important issue in computing the dam height and spillway capacity. However, estimation of dam overtopping risk using Monte Carlo simulation and considering all effective random variable is very time consuming and is an ideal variant in assessment of dam overtopping risk. In this respect, due to the mentioned weakness of regular Monte Carlo simulation, the low number of random variables were used in previous studies. In this study, new approach for assessment of dam overtopping and reduction of simulation time was developed using rainfall threshold overtopping curve and Monte Carlo simulation. Result show that the relative error of estimated risk between regular and conditional (used in this study) Monte Carlo is 6 percent but the time of simulation was reduced about 29 hours. Hence, the proposed methodology (conditional Monte Carlo) respect to regular approach is more efficient in estimation of Jamishan dam overtopping risk.
    Keywords: Risk, Overtopping, Uncertainty, Rainfall Threshold Curve
  • Jafar Yazdi* Pages 27-40
    The use of Pareto dominance for evaluating the solutions has been the mainstream in evolutionary multi objective optimization for the last two decades. An alternative is multi objective evolutionary algorithm based on decomposition (MOEA/D) which uses scalarizing the objective functions. In this paper, decomposition strategies are developed for water distribution network (WDN) design problems by integrating the concepts of genetic algorithm (GA) within the MOEA/D framework. The proposed algorithms are then compared with the two well-known non-dominance based MOEAs: NSGA2, and SPEA2. This comparison is made by plotting the Pareto fronts and evaluating the hyper-volume and two-set coverage metrics across two large scale WDN design problems. Experimental results show that MOEA/D outperform the Pareto dominance methods in terms of both non-domination and diversity criteria. It suggests that decomposition based multi objective evolutionary algorithms are very promising in dealing with real-world water engineering optimization problems.
    Keywords: MOEA, D, Water Distribution Network, NSGA2, Optimization, MOEA
  • M. S. Maghsoudi, M. Shafieefar* Pages 41-52
    Smoothed Particle Hydrodynamic method is a Lagrangian numerical particle method, best fitted for free surface hydrodynamics. SPHysics is one of the most well-known computer models based on SPH. However, this open source code is limited to one-phase Newtonian fluid problems. In this research, after developing the standard serial SPH code to a two-phase non-Newtonian model, the movable bed dam break problem has been modeled. An added pressure term is used in the pressure equation of state. Afterward, the model has been used for various problems and the validity of results was evaluated by related numerical models and experiments. Finally, the model has been challenged with modeling of dam break movable bed material by non-Newtonian Bingham model and compared with MPS method and experimental results.
    Keywords: SPH, Dam break, Sediment Transport, Two, phase, Non, Newtonian
  • Seyedreza Hasheminejad, M. J. Khanjani *, Mahnaz Ghaeini Pages 53-62
    A wide range of natural phenomena is modeled by Saint-Venant equations or the dynamic wave model, such as: dam breaks and flood routing. Flood routing is a mathematical method to forecast the changes of the volume, velocity and the shape of the flood wave as a function of time and space. Knowing flood intensity and its wave propagation manners plays a substantial role in minimizing human and financial disasters. A fairly significant change of dependent variable within a short distance is a primary criterion of those phenomena. Therefore, there are often non-physical and non-uniform oscillations in the result of their numerical model, which could entirely invalidate the solution which is obtained. Hence, in addition to an efficient discretization method, some measures must be utilized to reduce cited error and prevent unrealistic results. In this investigation the dynamic wave model was discretized by Finite Volume Method, which is a novel and absolutely reliable method. Then a straightforward algorithm was introduced to solve discrete equations set which prevents spurious numerical oscillations by putting ULTIMATE strategy in use. Furthermore, take advantages of different schemes is possible in innovative algorithm and it could be implemented in various coding programs. Finally, to examine discrete equations set and proposal algorithm, a code was written in MATLAB and its outputs were compared with Chow et al. (1988). Comparison demonstrated that discrete equations set were absolutely correct and the presented algorithm is efficient and well-established.
    Keywords: Saint, Venant Equations, Dynamic Wave Model, Finite Volume Method, ULTIMATE Strategy, Solution Algorithm
  • M. Komasi *, Amir Kohzadi, A. Hoseini Pages 63-69
    Hydraulic simulation of the "dam break" phenomenon is crucial in estimating the amount of losses, aid and rescue measures downstream of the dam. An example of such simulation is the prediction of the peak flood discharge caused by the break of concrete dams. In this study, the phenomenon of "dam break" is modeled. By considering the surrounding morphology, flood routing and flood zoning were also performed. In the present study, attempts have been made to compare the results obtained from the software “MIKE 11" with those from the analytical solution. Besides, the flood hydrographs caused by dam break and experimental equation were also compared. The results of the present study indicates that the impact of the peak flood discharge caused by the break of Dez Dam is likely to affect only 30 kilometers downstream of the dam and is effective only at the adjacent areas of the great Dez Dam around the city of Dezful. Furthermore, the results revealed that if Dez Dam breaks, floods of 60,000 and 11,000 cubic meters per second will reach Dezful and Ahvaz cities respectively.
    Keywords: Hydraulic Simulation, Dez Dam Break, Math Modeling, MIKE 11, Flood Hydrograph