فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال سیزدهم شماره 1 (بهار 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/01/30
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مقاله کامل
  • استفاده از روش ترکیبی موجک-ماشین بردار پشتیبان برای پیش بینی وقوع امواج غیرعادی
    کیومرث محمودی، محمد جواد کتابداری*، حسن قاسمی صفحات 1-15
    امواج غیرعادی یا سهمگین به امواجی گفته می شود که با ارتفاع خیلی زیاد، ولی بطور ناگهانی و غیر قابل پیش بینی و به ندرت رخ می دهند. عوامل مختلفی مثل طوفان های شدید، توپوگرافی خاص بستر، تلاقی جریان های کرانه ای و امواج و برهم کنش امواج با طول موج ها و فرکانس های مختلف با یکدیگر، ممکن است سبب بروز آن ها شوند. اما همه اینها هنوز در حد فرضیه هستند. هدف از این تحقیق ارائه یک روش ترکیبی برای پیش بینی وقوع امواج غیرعادی از روی متغیرهای هواشناسی با استفاده از روش ترکیبی تبدیل موجک و ماشین بردار پشتیبان دسته بندی کننده است. برای بررسی کارایی مدل ارائه شده از داده های تاریخی متغیرهای هواشناسی برداشت شده طی سه سال از ایستگاه های شماره 41041 و 41004 در دو طوفان مشهور Dean (2007) و Irene (2011) استفاده شده است. ابتدا با استفاده از تبدیل موجک امواج غیرعادی شناسایی شده، سپس از خروجی های این روش برای آموزش ماشین بردار پشتیبان استفاده شده است. تبدیل موجک روی داده های ارتفاع مشخصه اعمال می شود. در این روش امواج غیرعادی نواحی از طیف تبدیل موجک را تشکیل می دهند که در آن ها انرژی زیاد است. از داده های تاریخی هواشناسی پارامترهایی مانند جهت باد، سرعت باد، ارتفاع موج مشخصه، فشار سطح دریا، دمای هوا و دمای سطح دریا که در طول سه سال بصورت ساعتی ثبت شده، برای آموزش و آزمون مدل های ماشین بردار پشتیبان استفاده شده است. نتایج نشان داد که روش ارائه شده از دقت قابل قبولی برای پیش بینی وقوع امواج غیرعادی برخوردار است.
    کلیدواژگان: پیش بینی امواج غیرعادی، داده های هواشناسی، ماشین بردار پشتیبان، تبدیل موجک
  • کاظم گمار، مسعود قدسیان*، سیدعلی ایوب زاده صفحات 17-34

    در این مقاله به بررسی آزمایشگاهی تشکیل و توسعه ی دلتا و تاثیر متقابل الگوی جریان و رسوب در مخزن تحت جریان دائمی و غیردائمی آب و رسوب پرداخته می شود. مشاهدات آزمایشگاهی نشان داد که علی رغم وجود تقارن کامل در هندسه و شرایط هیدرولیکی مدل، جریان در ورودی مخزن به صورت تصادفی به یکی از طرفین منحرف شده و یک جریان نامتقارن، اما پایدار در ورودی مخزن ایجاد می شود. ورود رسوبات و آغاز رسوب گذاری در مخزن، منجر به ناپایدار شدن جریان و تغییر جهت جریان خواهد شد. ناپایداری جریان در حالت غیردائمی بیشتر از جریان دائمی است. نتایج نشان داد که با توسعه ی دلتا، انحراف دلتا کاهش می یابد و به سمت تقارن پیش می رود. پیشروی دلتا به صورت تناوب توسعه ی طولی-عرضی بوده و حداکثر میزان کشیدگی دلتا در مراحل ابتدایی آن برابر 0/8 است که با توسعه ی دلتا از میزان آن کاسته می شود. رابطه ای برای محاسبه ی زمان تغییر جهت جریان بر حسب پارامتر مشخصه ی هیدروگراف استخراج شد. برای بررسی الگوی ته نشینی رسوبات پارمترهای بدون بعدی به نام طول پیشروی (Xt*)، نسبت انحراف (ψ) و کشیدگی دلتا (η) معرفی شدند و رابطه ای برای تخمین طول پیشروی دلتا با استفاده از پارامترهای بدون بعد موثر به دست آمد.

    کلیدواژگان: الگوی جریان، دلتا، مخزن، جریان دائمی، جریان غیردائمی، رسوب گذاری
  • محدثه صادقی عسکری، مهدی قمشی * صفحات 35-46
    جریان های چگال که اغلب جریان گرانشی یا شناوری نامیده می شوند جریان هایی هستند که به سبب اختلاف چگالی بین جریان و سیال پیرامون آن اتفاق می افتند. وقتی یک جریان چگال در یک سیال لایه بندی به سطح شناوری خنثی برسد، از کف جدا می شود و داخل سیال پیرامون نفوذ می کند. در این مطالعه برای بررسی رفتار جریان چگال در محیط پیرامون لایه بندی شده، آزمایش هایی انجام شد. این آزمایش ها با 4 دبی 1، 5/1، 2 و 5/2 لیتر بر ثانیه و 4 غلظت 5، 10، 15 و 20 گرم بر لیتر که به ترتیب جریان هایی با چگالی 2/1003، 3/1006، 4/1009 و 5/1012 گرم بر لیتر ایجاد می کردند، روی شیب 5/2 درصد انجام شد. لایه بندی با استفاده از مخلوط آب و نمک با گرادیان غلظت عمقی ایجاد شد. برای ایجاد جریان چگال از ذرات سیلیس با قطر متوسط 8 میکرون و وزن مخصوص 673/2 گرم بر سانتی متر مکعب استفاده شد و برای بررسی پروفیل غلظت، غلظت جریان چگال در سه مقطع در طول فلوم با فواصل 3 سانتی متری در عمق با استفاده از سیفون برداشت شد. مشاهدات آزمایشگاهی نشان داد که جریان چگال بعد از جدا شدن از بستر تقریبا بصورت افقی در سیال پیرامون پیش می رود و چگالی سیال پیرامون در زیر نقطه جدایی کاهش می یابد. اندازه گیری ها در این مطالعه نشان داد که با افزایش غلظت، عمق غلظت بیشینه و ضخامت جریان کاهش می یابد و با افزایش دبی ضخامت جریان ثابت می ماند.
    کلیدواژگان: جریان چگال، سیال لایه بندی شده، غلظت، چگالی
  • حسین افضلی مهر *، پریسا ستایش صفحات 47-62
    پوشش گیاهی موجود در رودخانه ها را می توان از نظر ارتفاع گیاه نسبت به عمق آب، در دو گروه گیاهان مستغرق و غیرمستغرق دسته بندی کرد. در این مقاله از پوشش گیاهی غیرمستغرق نی در تراکم های مختلف، روی بستر شنی کانال آزمایشگاهی استفاده گردید. در این مطالعه شکل و سایر ویژگی های گیاه نی در تمام عمق آب ثابت است و تاثیر حضور و تراکم آن روی نیم رخ سرعت جریان و اعتبار قانون های لگاریتمی و کولز بر نیم رخ سرعت بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که در بخش داخلی لایه مرزی که در نزدیکی بستر واقع است، قانون لگاریتمی برای پوشش گیاهی با تراکم های گوناگون معتبر است؛ هرچند میزان انحراف داده ها از این قانون در لایه خارجی بسیار بیشتر از بستر شنی بدون حضور پوشش گیاهی است. کاربرد قانون کولز در ناحیه خارجی بر خلاف بستر شنی در حالت پوشش گیاهی به دلیل توزیع نامتعارف نیم رخ سرعت جریان و تشدید آشفتگی با افزایش تراکم پوشش گیاهی نامعتبر است.
    کلیدواژگان: پوشش گیاهی غیرمستغرق، بستر شنی، نیم رخ سرعت، قانون لگاریتمی، قانون کولز
  • احمد شرافتی* صفحات 63-72
    تخمین میزان آبشستگی اطراف خطوط لوله در بستر دریا از مسایل مهم در طراحی خطوط لوله کف دریا است. با توجه به عدم قطعیت های آبشستگی، در این تحقیق با استفاده از روش غیرقطعی GLUE، مدل آبشستگی غیرقطعی درخت تصمیم گیری تهیه گردید و با مدل قطعی درخت تصمیم گیری برای حالت های هیدرولیکی بستر فعال مقایسه شدند. نتایج نشان داد در مرحله های آموزش و آزمایش مدل، متوسط ضریب تعیین روش GLUE در تخمین عمق آبشستگی برای حالت هیدرولیکی بسترفعال برابر 72/0 می باشد که مبین دقت مناسب روش غیرقطعی ترکیبی ( ) است. همچنین براساس مقایسه دو شاخص مجذور مربع خطا و ضریب همخوانی مشخص شد که مدل ترکیبی باعث بهبود حدود 18 درصد دقت تخمین نسبت به مدل قطعی درخت تصمیم گیری شده است. البته در میان حالت های هیدرولیکی مورد بررسی، برای حالت بستر فعال با e/D کوچک، کمترین بهبود دقت نسبت به مدل قطعی درخت تصمیم گیری ایجاد شده است. بطور کلی نتایج بدست آمده نشان می دهد که با توجه به غیرقطعی بودن مکانیزم آبشستگی خطوط کف دریا، برآورد آبشستگی به روش های غیرقطعی دقیق تر از مدل های قطعی است.
    کلیدواژگان: آبشستگی، درخت تصمیم گیری، عدم قطعیت، GLUE
  • یادداشت تحقیقاتی
  • مریم ضیاالدینی دشتخاکی، مهناز قایینی * صفحات 73-84
    امواج غلتان با ایجاد ناپایداری ها و رفتار آشفته در کانال ها و شوت ها، سازه هیدرولیکی و سازه های مستهلک کننده ی انرژی پایین دست آن را تحت تاثیر قرار می دهند. تحقیق حاضر با هدف ارائه ی مدل عددی برای مدل سازی امواج غلتان در رژیم آشفته و تحلیل شرایط شکل گیری امواج غلتان در سطح آزاد جریان و عوامل موثر بر آن انجام شده است. معادلات حاکم در مدل عددی حاضر، معادلات ناویر استوکس متوسط گیری شده در عمق هستند که با استفاده از روش حجم محدود منقطع سازی شده اند. در تحقیق حاضر، از روش HLLC برای مدل سازی استفاده شده است. سپس به منظور افزایش دقت، روش TVD-WAF که دارای دقت مرتبه دوم در مکان و زمان می باشد، انتخاب شده است. به منظور مدل سازی آشفتگی، مدل k- e استاندارد انتخاب شده است. نتایج حاصل از مدل عددی حاضر با نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی موجود مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهند که اعمال اغتشاش منظم در ورودی کانال می تواند باعث ایجاد امواج غلتان متناوب شود و دامنه و دوره ی تناوب این امواج غلتان متناوب به دامنه ی اغتشاش اعمال شده در ورودی کانال بستگی ندارد. اما هرچه دامنه ی اغتشاش اعمال شده درصد بزرگتری از عمق نرمال باشد، فاصله ی تشکیل امواج غلتان از ابتدای کانال کوتاهتر شده و امواج سریعتر تکامل می یابند. به علاوه تحلیل و مقایسه نتایج نشان دهنده تاثیر عدد فرود در شکل گیری و تکامل امواج غلتان است.
    کلیدواژگان: معادلات ناویر استوکس متوسط گیری شده در عمق، روش حجم محدود، روش HLLC، روش TVD-WAF، مدل k- استاندارد، امواج غلتان
|
  • Hybrid Wavelet-SVM Method to Predict the Occurrence of Abnormal Waves
    Kumars Mahmoodi, Mohammad Javad Ketabdari *, Hassan Ghasemi Pages 1-15
    Abnormal waves are extremely large and unusual which rarely occur, but cause serious damages. Various factors such as extreme storms, particular topography of the seabed, marine currents, wave-wave interaction with different wavelengths and frequencies may cause wave occurrence and transformation. The main objective of this study is to propose a new hybrid approach to predict the occurrence of abnormal waves using wavelet transform and support vector machines (SVM) classifier based on meteorological data. The data sets used in this paper are from two major hurricanes Dean 2007 and Irene 2011 at four locations namely, 41004 and41041 in the Gulf of Mexico. To predict the occurrence of abnormal waves, at the first extreme waves are detected using wavelet transform. The outputs of this method are considered as SVM classifier targets. Wavelet transform is applied on the significant wave height data samples. The abnormal waves are readily identified from the wavelet spectrum as an area of high energy. The inputs of SVM classifier models are historical metrological data, including: Wind direction (WDIR), Wind speed (WSPD), Sea level pressure (PRES), Air temperature (ATMP), and Sea surface temperature (WTMP). The experiment results show that the proposed method is able to predict the occurrence of extreme wave heights with height accuracy.
    Keywords: Abnormal wave, Meteorological data, Support Vector Machines, Wavelet Transform
  • Kazem Gomar, Masoud Ghodsian *, S. Ali Ayyoubzadeh Pages 17-34

    In the present research, the formation and development of the delta and the interaction of the flow pattern and sediment in the reservoir under steady and unsteady flow condition of water and sediment is experimentally investigated. Laboratory observations showed that in spite of the perfect symmetry of the geometry and hydraulic conditions of the model, the flow at the reservoir entrance is randomly diverted to one side and an asymmetric but stable flow is created at the reservoir entrance. The sediment entry and its deposition in the reservoir leads to an unstable flow and a change in flow direction. The instability in unsteady flow is more severe than under steady flow condition. The results showed that with the growth of the delta, the deviation of delta decreases and approaches the symmetry. Delta development takes place in longitudinal and transvers directions and the maximum elongation of delta is about 0.8 at the initial stages, and decreases with delta development. An equation is developed for time of change in direction of flow in terms of the specific parameter of the hydrograph. In order to study the sedimentation pattern, non-dimensional parameters such as the length of delta (Xt*), deviation ratio (ψ) and delta elongation (η) are introduced. An equation is developed to estimate the length of delta using non-dimensional parameters.

    Keywords: Flow pattern, Delta, Reservoir, Steady flow, Unsteady flow, Sedimentation
  • Mohadeseh Sadeghi Askari, Mehdi Ghomeshi * Pages 35-46
    Gravity currents, also called density currents or buoyancy currents, are flows driven by the density difference between the flow and its ambient environments. When a gravity current reaches the level of neutral buoyancy in a stratified water body, it can separate from the bed as an intrusion. Laboratory experiments are performed to investigate dense flow behavior in stratified ambient in this study. Experiments were carried out on 2.5% bed slope by 4 discharges, 1, 1.5, 2 and 2.5 l/s, and 4 concentrations 5, 10, 15 and 20 mg/l, that created current with a density of 1003.2, 1006.3, 1009.4 and 1012.5 respectively. Stratification was made by mixture of water and salt with vertical gradient. For creating density flow, silica particles with 8 diameters in average and density of 2.673 g/cm3 was used. To investigate the concentration profile, density and concentration were measured in three sections along the flume with three centimeters interval in depth using siphon mechanism. Experimental observations showed that the currents would separate from the bed and then horizontally intrude into the ambience and the density of ambient fluids below the separation point decreases. The measurements in this study indicate that the maximum concentration depth and thickness of body current decreases with increasing concentration in interflow and body current thickness stabilize with increasing discharge.
    Keywords: Density current, Stratified fluid, Concentration, Interflow
  • Hossein Afzalimehr *, Parisa Setayesh Pages 47-62
    Vegetation can be divided into two groups in terms of height and water depth as the submerged vegetation and the emergent vegetation. This paper investigates the emergent vegetation, using reedy rods. The presence of vegetation cover in rivers and open channels calls for better understanding the effect of this significant factor in application of the boundary-layer laws, including the logarithmic law and the Coles’ law. The results show that the logarithmic law can be applied in the presence of vegetation cover with different densities as well as the gravel-bed streams. However, this law deviates in the outer layer where the empirical Coles’ law is not valid in the presence of vegetation cover. The more vegetation density, the more deviation of data from the Coles’ law. The reason for invalidity of Coles’ law in the outer layer is due to irregular velocity distribution and turbulence intensity in the presence of vegetation, leading to augmentation of the deviation with vegetation density.
    Keywords: Emergent vegetation, Gravel bed, Velocity profile, The logarithmic law, Cole's law
  • Aahmad Sharafati * Pages 63-72
    Estimation of scour depth in pipelines laid on the seabed is an important subject in pipeline design process. Due to the variability of scouring nature, a hybrid stochastic scouring decision tree model (M5ʹ-GLUE) was developed using GLUE approach and it was compared with other deterministic scouring decision tree model under live bed condition. The results obtained in both train and test steps showed that the mean value of determination coefficient of hybrid model in estimation of scouring was 0.72. Therefore, the M5ʹ-GLUE model has good accuracy in the estimation of pipeline scouring. Furthermore, having employed two other index Root Mean Square Error and Agreement Coefficient, it was revealed that the accuracy of scouring estimation was improved by 18 percent using hybrid model in comparison to deterministic tree model. Less improvement was occurred under live bed condition with small (e/D). Generally, it can be concluded that the developed hybrid model in comparison to the deterministic tree model has good accuracy for estimation of scour depth in pipes laid on the seabed.
    Keywords: Scouring, Decision tree model, Uncertainty, GLUE
  • Maryam Ziaadini-Dashtekhaki, Mahnaz Ghaeini * Pages 73-84
    Estimation of scour depth in pipelines laid on the seabed is an important subject in pipeline design process. Due to the variability of scouring nature, a hybrid stochastic scouring decision tree model (M5ʹ-GLUE) was developed using GLUE approach and it was compared with other deterministic scouring decision tree model under live bed condition. The results obtained in both train and test steps showed that the mean value of determination coefficient of hybrid model in estimation of scouring was 0.72. Therefore, the M5ʹ-GLUE model has good accuracy in the estimation of pipeline scouring. Furthermore, having employed two other index Root Mean Square Error and Agreement Coefficient, it was revealed that the accuracy of scouring estimation was improved by 18 percent using hybrid model in comparison to deterministic tree model. Less improvement was occurred under live bed condition with small (e/D). Generally, it can be concluded that the developed hybrid model in comparison to the deterministic tree model has good accuracy for estimation of scour depth in pipes laid on the seabed.
    Keywords: Scouring, Decision tree model, Uncertainty, GLUE