فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال یکم شماره 1 (تابستان 1384)

  • تاریخ انتشار: 1384/06/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدعلی شاهرخ نیا، محمود جوان صفحات 1-12

    کی از انواع دریچه های کنترلکننده جریان آب که در دنیا در مقیاس وسیع از آن استفاده میشود، دریچه قوسی است. علیرغم کاربرد وسیع، تخمین دبی این دریچه ها کار سادهای نیست و مطالعات چندانی در این زمینه انجام نشده است. در تحقیق حاضر چند رابطه جدید برای تخمین ضریب دبی جریان در دریچه های قوسی در شرایط مستغرق و آزاد ارایه شده که با استفاده از آنها، براورد دبی جریان با دقت بیشتری انجام میشود. در این روابط ضریب دبی جریان، به عنوان تابعی از نسبت بار آبی به عمق بازشدگی دریچه و زاویه لبه دریچه با خط افق، در نظر گرفته شده است. برای بهدست آوردن این روابط، از داده های آزمایشگاهی منتشر شده توسط محققان قبلی و برازش چند متغیره غیرخطی استفاده شده است. اعتبار روابط به دست آمده، با بررسی چند پارامتر آماری، نظیر میانگین خطای تخمین و بیشینه خطای تخمین و خطای استاندارد تخمین و همچنین با استفاده از چند مجموعه داده اندازهگیری شده میدانی، تایید شد. در تحقیق حاضر محدوده دبی جریان مورد استفاده برای دریچه های قوسی آزاد در آزمایشگاه بین 030/0 تا 320/0 متر مکعب بر ثانیه و در میدان بین 110/0 تا 6/239 متر مکعب بر ثانیه بوده است. نتایج نشان داد که روابط به دست آمده، برای تخمین ضریب دبی جریان در دریچه های قوسی مستغرق و آزاد مناسب است. با استفاده از این روابط، متوسط خطای تخمین ضریب دبی را در حالت مستغرق، تا 02/0 و در حالت آزاد تا 01/0 میتوان کاهش داد.

    کلیدواژگان: هیدرولیک، دریچه قوسی، جریان آزاد، جریان مستغرق
  • منصور ابوالقاسمی، مسعود قدسیان، سید علی ایوب زاده، محمود شفاعی بجستان صفحات 13-28

    مصالح رسوبی بستر در بازه های قوسیشکل، بهدلیل وقوع جریان حلزونی ناشی از شرایط انحنا، تحت تاثیر این جریان از ساحل قوس خارجی به سمت قوس داخلی رانده شده و بنابراین دستیابی به جریان، با میزان رسوب کمتر در ساحل قوس خارجی برای اهداف عملی انحراف جریان آب امکانپذیر است. همچنین بهدلیل فرسایشی که در قوس خارجی به وقوع میپیوندد، عمق آب در این ناحیه افزایش یافته و بار بستر، در عمق بیشتری از سردهانه آبگیر حرکت خواهد کرد، لذا در مکانی از قوس که در آن، جریان مارپیچی به بلوغ کامل یا به حداکثر قدرتش رسیده باشد، شرایط فوق تشدید یافته و محل مناسبتری برای جانمایی آبگیر است. در این تحقیق، موقعیت این مکان برروی مدلی با مقطع ذوزنقهای در آبراه سینوسی با تزریق پیوسته رسوب (بار بستر) بررسی شده است. نتایج نشان میدهد که موقعیت شکلگیری چاله و نیز سایر پارامترهای مربوط، تابعی از عدد فرود جریان ورودی قوس است. موقعیت بلوغ جریان حلزونی یا مکان بیشترین فرسایش، با افزایش عدد فرود، از نواحی پاییندست به بالادست جریان در قوس منتقل میشود.

    کلیدواژگان: مدل فیزیکی، کنترل رسوب، آبگیر جانبی، خم رودخانه، چاله فرسایشی
  • عاطفه پرورش ریزی، صلاح کوچک زاده، محمدحسین امید صفحات 29-38

    در مجاری روباز سازه های مسیر جریان، تغییر شرایط مرزی و یا تغییر شیب و سطح مقطع در طول کانال، موجب بروزحالتهای مختلفی از جریان غیرماندگار میشوند. یکی از این شرایط، وقوع جریان دوگانه است که در آن، هر دو رژیم زیربحرانی و فوقبحرانی وجود دارد. مثال بارز این نوع جریان، پرش هیدرولیکی متحرک است. تحلیل عددی این جریان از پیچیدگیهای خاصی برخوردار است و از نظر آزمایشگاهی نیز، داده های انتشاریافته چندانی در باره آن وجود ندارد. از اینرو مطالعه آزمایشگاهی و تعیین ویژگیهای هیدرولیکی آن مدنظر قرار گرفت. آزمایشها در فلوم مستطیلی انجام شد که در بالادست، به دریچهای کشویی محدود بود. هیدروگراف دبی با رژیم فوق بحرانی از زیر دریچه خارج میشد و به این ترتیب جهش هیدرولیکی متحرک شکل میگرفت که پروفیل آن در هر لحظه ثبت میشد. بر مبنای برداشتها، پارامترهای جریان دوگانه در زمانهای مختلف بهدست آمد و روند تغییرات آنها با درنظرگرفتن غیرماندگاری جریان تحلیل شد. نتایج، تغییر پارامترها را نسبت به تغییرات دبی یا انرژی و همینطور وضعیت فشار در مقطع زیربحرانی جریان دوگانه را، مستقل از زمان و تابع روابط معینی نشان میدهد. بنابراین با معلوم بودن تغییرات شرط مرزی بالادست، میتوان روابط مناسبی را برای پیشبینی وضعیت جریان دوگانه و تدوین الگوریتم بهرهبرداری ارایه داد.

    کلیدواژگان: : جریان دوگانه، جریان غیرماندگار، شرایط مرزی، پرش هیدرولیکی متحرک
  • لیلا افتخاریان، احمد ابریشم چی، مسعود تجریشی صفحات 39-54

    طراحی، تحلیل و بهرهبرداری از سیستمهای کنترل سیل با مقداری از عدم قطعیت همراه است، از این رو، مدیریت موثر سیل، به تحلیل عدم قطعیتها نیاز دارد. یکی از بخشهای اصل ی مطالعات مد یریت س یل، تحلیل جریان و محاسبه تراز سطح آب رودخانه در دبیهای مختلف سیل است. در این مقاله با درنظر گرفتن عدم قطعیتهای هیدرولوژیکی و هیدرولیکی، عدم قطعیت تراز سطح آب رودخانه سیستان تحلیل شده است. بدین منظور، عدم قطعیتهای بارگذاری (سیل طراحی) و مقاومت (ظرفیت هیدرولیکی رودخانه) تحلیل و با استفاده از نتایج آنها، تحلیل قابلیت اعتماد سیستم کنترل سیل انجام شده است. عدم قطعیت ظرفیت هیدرولیکی به روش تحلیل مرتبه اول و عدم قطعیت هیدرولوژیکی با توجه به عدم قطعیت آماره ها توزیع نمونه گیری آنها، تحلیل شده است. برای تحلیل قابلیت اعتماد سیستم رودخانه از روش انتگرالگیری مستقیم استفاده شده است . نتایج نشان میدهد که در صورت صرفنظر کردن از عدم قطعیتهای هیدرولیکی، تراز سطح آب در رودخانه به میزان قابل ملاحظهای دست پایین برآورد شده و به افزایش ریسک سیستم کنترل سیل منجرمیشود.

    کلیدواژگان: رودخانه سیستان، تحلیل عدم قطعیت، تحلیل قابلیت اعتماد، تراز سطح آب، سیل بند
  • کاظم بدو، بهزاد عیسی زاده صفحات 55-68

    نقش سیستم های زهکش نیمه اشباع و کنترل هیدرولیکی در مدفنهای مهندسی- بهداشتی زباله، با استفاده از مدلهای آزمایشگاهی یک بعدی سهلایهای شبیه سازی شد. در مدل مورد مطالعه بترتیب از بالا به پایین، منبع حاوی محلول کلرورسدیم به عنوان مخزن آلودگی، لایه متراکم شده سیلت اول به عنوان لایه مانع 1 اولیه، لایه ماسهای درشت دانه به عنوان لایه زهکش ثانویه و یا لایه کنترل هیدرولیکی؛ لایه سیلت دوم به عنوان لایه مانع ثانویه و در انتها مخزن آب به عنوان سفره آب زیرزمینی. در دو آزمایش اول، مدل سیستمهای زهکش ثانویه و تله هیدرولیکی طبیعی (حرکت رو به بالای جریان آب در لایه سیلت دوم) شبیه سازی شد. در این و نفوذ ملکولی 2 حالت، انتقال آلودگی از میان لایه سیلت اول به صورت فرارفت 3 رو به پایین و انتقال از میان لایه سیلت دوم به صورت نفوذ ملکولی رو به پایین و فرارفت رو به بالا انجام شد. نتایج به دست آمده نشان دادکه به کارگیری سیستم تله هیدرولیکی طبیعی در کاهش انتقال آلودگی به مخزن پایین (سفره آب زیرزمینی) موثر است. در آزمایش سوم، مدل سیستمهای تله هیدرولیکی طبیعی و مهندسی (حرکت رو به بالای آب از مخزن پایین تا مخزن آلودگی بالا) و در آزمایش چهارم، مدل فقط سیستم تله هیدرولیکی مهندسی (حرکت جریان آب در لایه سیلت اول رو به بالا و در لایه سیلت دوم رو به پایین) را شبیه سازی کرد. نتایج این آزمایشها نشان داد که سیستمهای تله هیدرولیکی در کاهش انتقال آلودگی نقش موثری داشته وسیستم تله هیدرولیکی مهندسی نیز از انتقال آلودگی به مخزن پایین به طور چشمگیری جلوگیری کرده و انتقال بطریقه انتشار مولکولی را نیز تضعیف میکند. در تمامی آزمایشها غلظت یون کلر در لایه های سیلتی و ماسهای و همچنین در مخازن بالا و پایین تعیین شد و داده های مشاهده شده با داده های تیوری به دست آمده از برنامه کامپیوتری V6-POLLUTE مقایسه شد. نتایج نشان داد که بین داده های مشاهده شده و تیوری تطابق خوبی وجود دارد.

    کلیدواژگان: انتقال آلودگی، مدفن زباله، انتشار ملکولی، فرارفت، تله هیدرولیکی طبیعی و مهندسی
  • عبدالرضا ظهیری، سید علی ایوب زاده، حسین محمدولی سامانی، صلاح کوچک زاده صفحات 69-82

    جریان غیرماندگار در مقاطع مرکب به دلیل تفاوت ویژگیهای هیدرولیکی جریان در مقطع اصلی و دشتهای سیلابی، از پیچیدگی خاصی برخوردار است. در هنگام سیلاب، معمولا جریان آب از مقطع اصلی فراتر رفته و به دشتهای سیلابی وارد میشود. در این حالت، سرعت جریان در مقطع اصلی بسیار بیشتر از سرعت در دشتهای سیلابی بوده و در نتیجه، مومنتوم جریان از مقطع اصلی به دشتهای سیلابی منتقل می شود . مطالعات نشان داده است که این انتقال مومنتوم تاثیر زیادی بر ویژگیهای هیدرولیکی جریان در مقاطع مرکب دارد. در این مقاله با استفاده از حل عددی مدل دوبعدی (1991 (Knight and Shiono و تلفیق آن با معادلات سن ونان (مدل پخشیدگی)، روندیابی سیلاب در مقاطع مرکب مطالعه شده است . در این مدل تلفیقی، اثر خواص هیدرولیکی مقاطع مرکب و تبادل مومنتوم بین مقطع اصلی و دشتهای سیلابی در نظر گرفته شده است. برای ارزیابی دقت مدل، نتایج آن با نتایج مدلهای DAMBRK مبتنی بر مدل موج کامل دینامیکی و مدل RFMFEM مبتنی بر مدل پخشیدگی مقایسه شده است. نتایج حاکی از آن است که علاوه بر مطابقت خوب مدل پیشنهاد شده با مدلهای مذکور، مدت زمان اجرای مدل ما حدود 10درصد زمان اجرای مدل DAMBRK است که به عنوان مدل پایه در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین نتایج مقایسه این مدل با داده های آزمایشگاهی(1988 (Treske در مقطع مرکب نشان میدهد که دبی پیک سیلاب انتهای بازه حاصل از مدل پیشنهادی، فقط 5/3 درصد با مقدار اندازهگیری شده تفاوت دارد. به طور کلی نتایج این بررسیها نشان میدهد که این مدل، از دقت بالایی داشته و مزیت آن، زمان اجرای بسیار کم و کارایی مناسب در شرایط توام مقاطع مرکب با بستر و جداره همگن و ناهمگن است.

    کلیدواژگان: جریان غیرماندگار، مدل پخشیدگی، مقاطع مرکب، روش تفاضل محدود، مدل دوبعدی شیونو و نایت
|
  • M.A. Shahrokhnia, M. Javan Pages 1-12

    Radial gates are used widely as a kind of control gates, worldwide. Although they are used widely, discharge estimation is not easy and few studies have been cited in the literature. In the present study, new relationships for estimation of discharge coefficients under free flow and submerged conditions are obtained. In these relationships, the dischargecoefficient was related to the gate lip angle and the ratio of the water head to the gate opening height. By using these relationships, the accuracy of estimated discharge is increased. For this purpose, nonlinear multiple regression analysis and a set of laboratory data were used. Some statistical parameters such as maximum error, average error and standard error and three sets of field observed data were also used for evaluation of the relationships. One set of these data was collected in the present study and the others from previously published studies. The ranges of used observed discharge data were 0.030 to 0.320 and 0.010 to 0.180 m3s-1 in laboratory under free flow and submerge conditions, respectively. For the field observed data, these ranges were 0.11 to 239.6 and 0.05 to 209.02 under free flow and submerged conditions. Results showed that the relationships obtained could be appropriate for estimation of discharge coefficients in free flow and submerged radial gates. Relationships including gate lip angle, gate opening and upstream water depth are more reliable than the ones using only gate opening and upstream water depth. The average values of discharge estimation error could be about 2 and 1 percent under submerged and free flow conditions, respectively.

    Keywords: Hydraulics, Free Flow, Submerged Flow, Radial Gates
  • M. Abou Alghasemi, M. Ghodsian, S.A. Ayyoubzadeh, M. Shafaei Bajestan Pages 13-28

    Bed load in curved rivers usually move from outer to inner curve as a result of helical flows due to curvature. Hence, there will be a chance to have flows with lower sediment around outer curves which will result in water flow diversion. Moreover, water depth will increase around the outer curve of the river following erosion occurring at this part and bed load will consequently move at a higher depth than of the entrance of intake. Therefore, impoundment condition will grow at the part of the curve at which helical flow reaches its maximum intensity and makes a more appropriate section as intake location.The present research deals with the process of locating such a point in some model with a trapezoidal section through continuous injection of sediment (bed load) in a sinuous channel form. The results show that the place of pothole formation as well as some other relevant parameters is a function of Froud number of the approach flow in up the curve. The location of helical flow maturity or the part at which the most rate of scouring and deepest part occurs, moves from downstream to upstream of the flow in curve with the increase in Froud number.

  • A. Parvaresh Rizi, Salah Kouchakzadeh, MohammadHosein Omid Pages 29-38

    The occurrence of transcriticalor mixed flow, i.e., supercritical and sub critical flow regimes, is considered as a special case of unsteady flow in a channel reach, which can clearly be exemplified by a moving hydraulic jump. Some complexity is inherent in the numerical analysis of transcritical flow and published experimental data regarding this kind of flow are rarely available. In this research an experimental setup was prepared to compile the hydraulic characteristics of transcritical flow in a rectangular flume. The flume was equipped with a sluice gate at the upstream boundary. Each inflow hydro graph generated unsteady supercritical flow regime at the downstream side of the sluice gate and formed a moving hydraulic jump along the channel. During each run, the water surface profile was continuously recorded using a pressure transducer. Based on the recorded data, some flow parameters such as flow depth, pressure head and energy head were determined. The result reveals specific relations between the discharge and moving hydraulic jump parameters. Also, by applying proper assumptions and employing steady state momentum and energy equations simple yet reasonable (and time independent) relations were obtained, that determines the pressure head in subcritical region of unsteady mixed flow. Consequently, having the discharge variation as a boundary condition, one may reliably determine the unsteady transcritical flow parameter based on time independent relations.

  • L. Eftekharian, A. Abrishamchi, M. Tajrishi Pages 39-54

    Uncertainty is always an element in the design process of flood control systems. Hence, efficient flood management needs uncertainty analysis. Computation of water levels at different floods magnitudes is a main task in flood management studies such as flood plain delineation for flood insurance studies, flood hazard mapping, and project planning for flood damage reduction investigations, design of levees, and design of bridges at stream crossings. Two of the sources of uncertainty associated with the computation of water levels, those of hydrologic uncertainty of estimation of design discharge and hydraulic uncertainty of channel capacity, are examined in this paper. The uncertainty of the channel capacity is determined by first-order uncertainty of the Manning's equation using Mean First-Order Second-Moment (MFOSM) method. The uncertainty of flow area, wetted perimeter, and the friction slope, as the parameters of Manning's equation, are expressed in terms of the variance of vertical, lateral, and longitudinal measurements performed with land surveying instruments. The uncertainty of Manning's n is characterized by the equation of standard deviation of n developed by Hydrologic Engineering Center, US Army Corps of Engineers. The uncertainty of design discharge, as hydrologic uncertainty, is investigated considering the parameters uncertainty and different probability distributions.The uncertainty information is used to derive confidence limits for the water surface elevation of 100 year return period and to analyze the reliability of levees via direct integration method of solving the joint probability of design discharge and channel capacity as the system's loading and resistance respectively. In a case study application to the Sistan River, Sistan and Balouchistan Province, results show that ignoring the hydraulic uncertainties, the water level would be underestimated and the reliability overestimated.

  • K. Badv, B. Esazadeh Pages 55-68

    The role of unsaturated drainage layer and hydraulic control systems in sanitary-engineered solidwaste landfills were simulated using three-layer one-dimensional laboratory models. In the models,from top to bottom, a sodium chloride solution as a contaminant source reservoir, a first compacted siltlayer as a primary liner, a coarse sand layer as a secondary leachate collection system or a hydrauliccontrol layer, a second compacted silt layer as a secondary liner, and a bottom water reservoir as agroundwater aquifer, were used. In the first two tests, the model simulated the secondary leachatecollection system and natural hydraulic trap system (upward flow through the second clayey siltlayer). In this case, the contaminant transport mechanisms through the first silt layer were downwardadvection and diffusion, and through the second silt layer, diffusion was downward and advection wasupward. The results showed that the implementation of the natural hydraulic control system couldeffectively reduce the contaminant transport to the underlying groundwater reservoir. In the third test,the natural and engineered hydraulic trap systems were simulated (upward flow from the bottomreservoir to the upper reservoir). In the fourth test, the model simulated the engineered hydraulic trapsystem (downward flow through the first silt layer and upward flow through the second silt layer). Theresults showed that natural and engineered hydraulic trap systems have important effects on reducingthe contaminant transport toward the underlying aquifer. In all experiments the chloride concentrationin silt and coarse sand layers and top and bottom reservoirs were measured and the observedconcentrations were compared with theoretical concentrations calculated by computer code POLLUTEV6. The results showed that there is good agreement between theoretical and observed data.

    Keywords: Contaminant Transport, Landfill, Diffusion, Advection, Natural, Engineered HydraulicTrap
  • Abd Alreza Zahiri, S.A. Ayyoubzadeh, H. M.V. Samani, Salah Kouchakzadeh Pages 69-82

    Due to large differences in hydraulic characteristics of main channel and floodplains, unsteady flow mechanisms in compound open channels is very complex. In these types of channel sections, the main channel velocity is considerably higher than that of floodplains and this leads to high momentum transfers from main channel to floodplains. Available unsteady mathematical models for compound channels have such limitations that need to be modified. In this paper, to take this interaction effect into account in the flood routing computations, the combined depth-averaged Shiono and Knight model (1991) with Saint-Venant equations in diffusion form, have been solved numerically using the finite difference method. For evaluating the accuracy of this model, the results have been compared with two benchmark unsteady mathematical models for the homogeneous and heterogeneous compound channels. The finite element DAMBRK and RFMFEM models selected in this paper are based on full dynamic and diffusion wave solutions, respectively. The results showed that in comparison to the selected models, the present proposed model have considerably shorter execution time, i.e. about 10% that of DAMBRK model. Furthermore, compared to the experimental data of Treske (1988) in a straight compound open channel, the results showed that the computed peak outflow discharge differs from the observed one by a factor of 3.5%. Generally, the most important features of the proposed model are the small execution time and good performance in both homo and heterogeneous compound channels.