فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال دوازدهم شماره 1 (بهار 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/03/21
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مقاله کامل
  • علی لیاقت، آرش ادیب*، حمیدرضا غفوری صفحات 1-22
    شبیه سازی توزیع عرضی سرعت جریان و تنش برشی در قوس رودخانه ها، دارای اهمیت زیادی بوده و در حفاظت سواحل رودخانه ها کاربرد دارد. تهیه نقشه مقاومت فرسایشی خاک (آبرفت) به روش معمول بسیار وقتگیر و پرهزینه است. کاربرد سیستم های اطلاعات جغرافیایی و به کارگیری داده های سنجش از دور برای تعیین نقشه مقاومت فرسایشی خاک، روشی مناسب و مفید در جمع آوری اطلاعات و تصمیم گیری سریعتر، دقیقتر و با صرفه تر محسوب می شوند. در این تحقیق که هدف ارائه روشی تلفیقی بر مبنای تنش برشی بحرانی (آستانه حرکت) برای تعیین فرسایش پذیری رودخانه های مئاندری است، تغییر شکل هندسی رودخانه کرخه بین سال های 1375 تا 1390 در فاصله 40 کیلومتری پایین دست ایستگاه پای پل با استفاده از مدل هیدرودینامیکی CCHE2D مشخص شده و پارامترهای هیدرولیکی رودخانه از جمله تنش برشی تعیین شد. بررسی ها نشان می دهد که قبل از احداث سد بین کیلومتر 30 تا 35 از ایستگاه پای پل، بسیار مساعد برای فرسایش بوده و بعد از احداث سد، بازه فرسایشی به سمت بالادست یعنی بین کیلومتر 25 تا 32 از ایستگاه پای پل انتقال پیدا کرده است. در قبل از احداث سد طول کل بازه فرسایشی حدودا 1314 متر، تقریبا 3/3 درصد از کل مسیر را شامل می شد. بعد از احداث سد، طول کل بازه فرسایشی حدودا 840 متر بوده که تقریبا 2 درصد کل مسیر را شامل شده است. در نتیجه به دلیل احداث سد، حدود یک درصد از طول بازه فرسایشی کاسته شده است.
    کلیدواژگان: نقشه مقاومت فرسایشی، خم رودخانه، GIS، مدل CCHE2D، رودخانه کرخه
  • مجتبی مهرآیین*، مسعود قدسیان، مرجان فلکی ساری یاریقان صفحات 23-42
    در مقاله حاضر بررسی میدان جریان شکل گرفته توسط جت های دوگانه آفست و ارتباط آن با فرایند آبشستگی در مراحل ابتدایی تشکیل حفره آبشستگی بررسی شد. برای این منظور دو آزمایش با عدد فرود مصالح متفاوت در شرایط عمق پایاب زیاد بر روی بستر صلب انجام شد و نتایج مطالعات میدان جریان بر روی بستر صلب با آزمایشات آبشستگی مقایسه شد. مطابق نتایج این تحقیق پارامترهایی مناسب برای بی بعد سازی و رسیدن به پروفیل های خود متشابه در عمق جریان، میزان افت حداکثر سرعت در طول جریان، میزان توسعه عمقی جت و پارامترهای نوسانی سرعت از جمله: نوسانات مولفه های طولی و عمقی سرعت و تنش های رینولدز ارایه شدند که هماهنگی خوبی بین پروفیل های بی بعد ارایه شده در این تحقیق و نتایج ارایه شده توسط سایر محققان وجود داشت. بررسی تنش های رینولدز وارد بر بستر نشان داد که روند تغییرات تنش های برشی با استفاده از سه روش استفاده شده تقریبا یکسان بوده و تخمین تنش برشی وارد بر بستر با استفاده از نوسانات عمقی سرعت بیشترین مقدار تنش برشی وارد بر بستر را نشان می دهد. علاوه براین اختلاف بین مقادیر تنش برشی محاسبه شده از سه روش مورد مطالعه، برای نواحی با تنش برشی بیشتر، بیشتر است. از میان پارامترهای متعددی که برای تعیین ارتباط بین میزان آبشستگی و پارامترهای آشفتگی نزدیک کف بررسی شد، تنش برشی وارد بر بستر، محاسبه شده از تنش رینولدز، بیشترین هماهنگی را با فرایند آبشستگی داشته و پارامترهایی همچون زوایای اعمال پدیده های بیرون رانی و جاروبی و نیز احتمال ایجاد پدیده ها، پارامترهای مناسبی برای تعیین حاکمیت پدیده های چهارگانه و تاثیرات آنها بر فرایند انتقال رسوب نیستند.
    کلیدواژگان: جت آفست، میدان جریان آشفته، مطالعه آزمایشگاهی، آبشستگی
  • میلاد خواستار بروجنی، سعید رضا خداشناس*، حسین صمدی، الهام طاهریان طاهریان صفحات 43-57
    ریخت شناسی یکی از مهم ترین شاخه های علم مهندسی رودخانه است که بررسی تغییرات آن در رودخانه هایی که سدهای بزرگ را تغذیه می کنند، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در حقیقت بدست آوردن درک بهتر از رفتار رودخانه موجب کاهش صدمات و آسیب های احتمالی به سازه های هیدرولیکی و زیر ساخت های عمومی می شود. در همین راستا در این پژوهش به بررسی تغییرات ریخت شناسی رودخانه ارمند که از حوضه کارون شمالی سرچشمه می گیرد و نهایتا وارد سد کارون 4 می شود، پرداخته شده است. در این مطالعه با استفاده از 14 تصویر ماهواره ای لندست ETM+ و OLI الگوی جابه جایی مجرای اصلی رودخانه، به همراه تغییرات عرض و سینوسیته حاصل از فرایندهای رسوبگذاری و فرسایش در ده سال منتهی به سال 1394 و ناشی از دو سیلاب بزرگ در این بازه زمانی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد متوسط جابه جایی مجرای اصلی رودخانه منجر به فرسایش (رسوبگذاری) برای ساحل راست و چپ به ترتیب 15 (14) و 10 (12) درصد عرض متوسط رودخانه است. همچنین نرخ خالص تغییرات مساحت ناشی از جابه جایی مجرای اصلی رودخانه برای ساحل راست و چپ به ترتیب 11/0 و 74/0 هکتار در سال بدست آمد. با بررسی تاثیر سیلاب ها مشخص شد در هر دو ساحل میزان فرسایش بیشتر از رسوبگذاری است و ساحل راست پویاتر از ساحل چپ است. بررسی های مربوط به چهار بازه طولی در مسیر رودخانه نشان داد مقدار سینوسیته در تمام سال ها با نزدیک شدن بازه ها به مخزن سد کارون 4 افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان داد که سد کارون 4 بر تمامی پارامترهای ریخت شناسی رودخانه ارمند تا بازه ی 5/3 کیلومتری تاثیر بسزایی دارد.
    کلیدواژگان: سنجش از دور، شاخص های آب، فرسایش و رسوبگذاری، سیلاب دشت
  • زهرا پاسخی درگاه، مهدی اسمعیلی ورکی*، بهنام شفیعی ثابت صفحات 59-75
    در نظر نگرفتن نقش عوامل هیدرولیکی به ویژه حداکثر عمق آب شستگی در طراحی پل ها، یکی از مهم ترین عوامل تخریب این نوع از سازه ها می باشد. در شرایط سیلابی، تجمع شاخه و برگ و نیز تنه درختان در جلوی پایه های پل، با مسدود نمودن کامل یا بخشی از دهانه پل، باعث تغییر الگوی جریان و تسریع روند آب شستگی در اطراف آن شده و در نهایت عمق آب شستگی را افزایش خواهد داد. در تحقیق حاضر تاثیر ابعاد اجسام شناور بر حداکثر عمق آب شستگی در اطراف گروه پایه کج مورد بررسی قرار گرفت. پایه پل مورد بررسی متشکل از دو پایه مستطیلی شکل با ابعاد 5/2 در 5/3 سانتی متر که با زاوایه 28 درجه بر روی فونداسیونی با ابعاد 10 در 16 سانتی متر نصب گردید، می باشد. آزمایش ها برای عمق های نسبی (نسبت عمق جریان به عرض پایه) 7/3، 2/5 و 6/6، جسم شناور با عرض نسبی (نسبت عرض جسم شناور به عرض پایه) 6، طول های نسبی (نسبت طول در راستای جریان جسم شناور به عرض پایه) 2 و 3 و ضخامت های نسبی (نسبت ضخامت جسم شناور به عرض پایه) 5/0 و 1 در شرایط آب زلال انجام پذیرفت. مقایسه نتایج نشان داد افزایش عمق جریان تاثیر محسوسی بر حداکثر عمق آب شستگی ندارد. مقایسه نتایج نشان داد افزایش عمق جریان تاثیر محسوسی بر حداکثر عمق آب شستگی ندارد. تجزیه و تحلیل نتایج حاکی از آن است که افزایش ضخامت جسم شناور منجر به افزایش عمق آب شستگی (بطور متوسط به مقدار 29 درصد) نسبت به حالت بدون جسم شناور می شود. ولی با افزایش طول نسبی جسم شناور از میزان تاثیر آن کاسته شده و به 24 درصد نسبت به حالت بدون جسم شناور می رسد. تجزیه و تحلیل نتایج نشان داد که به طور کلی حضور اجسام شناور در دامنه هندسه های مورد بررسی بطور متوسط باعث افزایش حداکثر عمق آب شستگی به میزان 29 درصد می گردد.
    کلیدواژگان: آب شستگی، اجسام شناور، رقوم کارگذاری فونداسیون، عمق جریان، گروه پایه کج
  • یادداشت تحقیقاتی
  • میر جعفر صادق صفری *، میر علی محمدی صفحات 77-84
    انتقال رسوب یکی از موضوع های مهم در طراحی هیدرولیکی کانال ها با جداره صلب می باشد. سیستم کانال های زهکشی آب های سطحی در شهرها، کانال های آبیاری و سایر کانال های انتقال و توزیع آب، نوعی از کانال ها با جداره صلب می باشند. شکل سطح مقطع کانال، یکی از عوامل تاثیرگذار در انتقال رسوب در کانال ها با جداره صلب می باشد. در این مطالعه آزمایشگاهی، آستانه حرکت ذره های رسوب در یک کانال U-شکل با جداره صلب بررسی شده است. داده های آزمایشگاهی با استفاده از روش های تنش برشی بحرانی و سرعت بحرانی تحلیل شده و روابطی برای محاسبه تنش برشی و سرعت مورد نیاز برای آستانه حرکت ذره های رسوبی در کانال U-شکل با جداره صلب ارائه شده است. روابط ارائه شده با روابط متناظر برای کانال ها با جداره متحرک و صلب موجود در پیشینه موضوع مقایسه شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، ذره های رسوب در کانال ها با جداره صلب نیاز به تنش برشی بحرانی و سرعت بحرانی کمتری در مقایسه با کانال ها با جداره متحرک دارند. مقایسه روابط آستانه حرکت بر اساس روش سرعت بحرانی در کانال ها با جداره صلب نشان می دهد که ذره های رسوب در کانال U-شکل نیاز به سرعت بحرانی بیشتری در مقایسه با کانال های دایره ای، مستطیلی و مستطیلی با کف V-شکل دارند.
    کلیدواژگان: آستانه حرکت، تنش برشی بحرانی، رسوب، سرعت بحرانی، U، شکل، کانال با جداره صلب
  • مریم فرزادخو، علیرضا کشاورزی، حسین حمیدی فر* صفحات 85-91
    گیاهان موجود در سیلاب دشت باعث پیچیده تر شدن ساختار جریان در مقاطع مرکب می شوند. با این وجود گیاهان می توانند تاثیر به سزایی در بهبود کیفیت آب، از جمله کاهش غلظت آلاینده ها ایجاد کنند. در این پژوهش به بررسی آزمایشگاهی تاثیر دو ردیف پوشش گیاهی روی سیلاب دشت بر ضریب انتشار طولی و نحوه ی تغییر غلظت در پایین دست آلودگی توسط ماده ی زوال ناپذیر پرمنگنات پتاسیم پرداخته شده است. آزمایش ها بر روی یک فلوم مستقیم به طول 8 متر، عرض 25/0 متر و ارتفاع 6/0 متر با مقطع مرکب مستطیلی انجام شده است. پوشش گیاهی با استوانه های فلزی شبیه سازی شده اند. تغییرات غلظت در سه مقطع در پایین دست محل تزریق، با تصویربرداری از ابر آلودگی و استفاده از تکنیک پردازش تصویر در نرم افزار متلب بررسی شده است. نتایج نشان داد وجود دو ردیف درخت روی سیلاب دشت به دلیل تقویت جریان برشی بین گیاهان روی سیلاب دشت و دیواره سیلاب دشت تاثیر زیادی بر ضریب انتشار طولی آلودگی دارد. بر این اساس، وجود درختان در یک عمق نسبی خاص (56/0) تا میزان 2/39 درصد ضریب انتشار طولی را نسبت به حالت بدون پوشش گیاهی افزایش می دهد و باعث کاهش غلظت آلودگی در نواحی پایین دست محل تزریق می شود. نتایج ضریب بدون بعد انتشار طولی به دست آمده در این پژوهش با روابط ارائه شده توسط محققان مختلف مقایسه شد و دقت روش های مورد بررسی در برآورد ضریب انتشار طولی در آبراهه های مرکب با پوشش گیاهی روی سیلاب دشت ارزیابی شد. نتایج نشان داد مدل های Elder (1959) و Deng et al، (2002) با دقت بالاتری ضریب انتشار طولی رابرای حالت دو ردیف پوشش گیاهی سیلاب دشت برآورد می کنند.
    کلیدواژگان: آلودگی، پردازش تصویر، پوشش گیاهی، سیلاب دشت، ضریب انتشار طولی، مقطع مرکب
|
  • Ali Liaghat, Arash Adib *, Hamid Reza Gafouri Pages 1-22
    For protection of river banks, simulation of lateral velocity and shear stress distribution is necessary in river bends. Using usual methods for preparation of soil erosion resistance map is very time-consuming and expensive. Therefore, using GIS and RS can improve usual methods for this purpose. Preparation of soil erosion resistance maps by GIS and RS is an exact, rapid and economic method for collection of spatial data and making decision. In this research an integrated method was developed based on critical shear stress for incipient motion of sediment particles. Changes in the geometry of the Karkheh river within 40 km reach downstream of Pay-e-Pol hydrometric station was determinedand hydraulic parameters and the shear stress were calculated by CCHE2D model. Erodible reach was located at 30 to 35 km downstream of Pay-e-Pol hydrometric station before construction of dam. After construction of dam this reach moved to 25 to 32 Km downstream of Pay-e-Pol hydrometric station (this reach has transferred to upstream). Before construction of the dam, the length of erodible reach was 1314 m (3.3% of the total reach) and after construction of the dam this length decreased to 840 m (2% of the total of reach). Therefore, the length of erodible reach was reduced approximately by 1% due to the construction of dam.
    Keywords: Soil erosion resistance map, Meander, GIS, CCHE2D model, Karkheh river
  • Mojtaba Mehraein *, Masoud Ghodsian, Marjan Falaki Sari Yarighan Pages 23-42
    In this research the flow field and the correlation between the flow field and scour due to double jets in the preliminary stages are investigated. Two experiments were conducted with different densimetric Froude number in fixed bed and high tailwater depth condition. Comparisons between scour process and flow field are presented. According to the results of this research, appropriate parameters are presented to find the non-dimension at profiles, non-dimensional velocity decay, and velocity development in flow depth and non-dimensional form of velocity fluctuation such as velocity fluctuation component in vertical and streamwise directions and Reynolds stresses. Good agreement was found between present data and previous researchers data. The Reynolds stress investigations show that, the shear stress variation using different methods are approximately the same and the estimation of the shear stress with vertical velocity fluctuation gives larger values. In addition, difference between the bed shear stress estimation using different methods are large in the regions with higher values. The estimation of shear stress with Reynolds stresses has better correlation with scour process. The angles of ejection and sweep events do not have good correlation with scour process.
    Keywords: Offset jet, Turbulent flow field, Experimental study, Scour
  • Milad Khastar Borujeni, Saeeid Reza Khodashenas *, Hossein Samadi, Elham Taheriyan Pages 43-57
    Evaluating the changes in river morphology, as one the most important fields in river engineering, plays a vital role for rivers upstream of large dams. Increasing our knowledge and understanding of the river’s behavior could help us to mitigate and reduce the possible impacts of the changing river morphology to water structures and public infrastructure. Therefore, in this study morphological changes in the Armand River which originated from basin of the Northern Karun and finally entered into the Karun 4 Dam, have been discussed. In this study fourteen selected images of Landsat OLI and TM acquired from 2005 to 2015 mostly in summer were used. The riverbank migration patterns and the changes of width and sinuosity resulted from accretion/erosion processes for 10 years and two biggest floods in this time were also investigated. The results indicated that the bank line movement rate lead erosion (accretion) on the right and left bank as 15 (14), 10 (12) percentage of average river width, respectively. It was also found that changes of net area rate (ha/years) for right and left bank was 0.11 and 0.74, respectively. The results obtained from flood data showed that generally in both banks of the river the erosion area was more than accretion and right bank is more active than the left bank. The results also showed that, the branch of the river that reach as Karun4 reservoir had the most increase in sinuosity for all the years studied. These indicated that Karoun4 dam construction caused surprisingly increasing changes in the morphology of the River up to the 3.5 km upstream of the reservoir entrance section.
    Keywords: Remote sensing, Water index, Erosion, accretion, Flood plain
  • Zahra Pasokhi, Mehdi Esmaeili Varaki *, Behnam Shafiee Sabet Pages 59-75
    The destruction of bridges in most cases occur as a result of neglecting the role of hydraulic factor, particularly maximum scour depth. In flood events, accumulation of leaves and tree trunks in front of the bridge piers by blocking all or a part of the bridge opening, changes the flow pattern and accelerates the scouring process around the piers and eventually will change the maximum scour depth. In this paper, the effect of debris dimension on the maximum scour depth around inclined bridge pier groups was evaluated. The bridge piers under the study were two rectangular piers with 2.5×3.5 cm dimensions installed on the foundation with 10 cm width and 16 cm length at an angle of 28 degrees. Experiments were conducted for relative depth (the depth to pier width ratio) of 3.7, 5.2 and 6.6, debris relative width (the debris width to pier width ratio), 6, the relative length (debris length in flow aim to pier width), of 2 and 3, the relative thickness (debris thickness to pier width), of 0.5 and 1, under clear water condition. Comparison of results indicated that with increasing the thickness of debris raft, the maximum scour increases up to 29%. But with increasing the relative length of debris raft, maximum scour depth increases about 24% in comparison with no debris condition. Comparison of results showed a maximum scour depth increase in the presence of debris accumulation of up to 29%.
    Keywords: Debris, Flow depth, Foundation level, Scour, Inclined bridge pier groups
  • Mir Jafar Sadegh Safari *, Mirali Mohammadi Pages 77-84
    Sediment transport is one of the essential aspects in hydraulic design of rigid boundary channels. Urban drainage systems, irrigation canals and other water transport systems are examples of rigid boundary channels. Channel cross-section shape is one of the effective parameters in sediment transport in rigid boundary channels. In this experimental study, incipient motion of sediment in a U-shape rigid boundary channel is investigated. Experimental data are analyzed based on critical shear stress and critical velocity approaches and new relationships for computing required shear stress and velocity for initiation of sediment motion are presented. The developed relationships are compared with corresponding models available in the literature for loose and rigid boundary channels. It is found that in rigid boundary channels, sediment particles require lower incipient shear stress and velocity in comparison with loose boundary channels. Comparison of incipient motion relationships based on critical velocity approach in rigid boundary channels indicates that among U-shape, circular, rectangular and rectangular with V-bottom cross-section channels, higher incipient motion velocity is required for U-shape channel.
    Keywords: Critical shear stress, Critical velocity, Cross-section shape, Incipient motion, Rigid boundary channel, Sediment
  • Maryam Farzadkhoo, Hossin Hamidfar * Pages 85-91
    Vegetation can be a significant factor for improving water quality and reducing the concentration of pollutants. In this study, the longitudinal dispersion coefficient and variations of the tracer concentration have been studied using Potassium permanganate (KMnO4) as a non-decayable tracer. The experiments were conducted in a straight rectangular compound cross section with 8 m length, 0.25 m width, and 0.6 m height. Two rows of metal cylinders were used over the floodplain for simulating rigid vegetation. Digital image processing technique with imaging from tracer cloud in Matlab software was used for measuring tracer concentration in three sections downstream of the injection. The results showed that shear flow between vegetation and floodplain wall was invigorated in the presence of two rows of vegetation. Consequently, this shear flow had a significant impact on longitudinal dispersion coefficient. Accordingly, two rows of trees increase the longitudinal dispersion coefficient up to 39.2% in specific relative depth (0.56) compared to non-vegetated case and causes reduction in the concentration of contaminants downstream of the injection section. The results of non dimensional longitudinal dispersion coefficient obtained in this study compared with the empirical relationship proposed by different researchers and the accuracy of each method for estimating the longitudinal dispersion coefficient of waterways combined with vegetation over the floodplain were also investigated. The results showed that the models of Elder (1959) and Deng et al. (2002) predict the longitudinal dispersion coefficient with two rows of vegetation over flood plain with higher accuracy.
    Keywords: Compound channel, Floodplain, Image processing, Longitudinal dispersion coefficient, Tracer cloud, Vegetation