فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال پنجم شماره 2 (پاییز و زمستان 1389)

  • تاریخ انتشار: 1389/10/11
  • تعداد عناوین: 7
|
  • حسین حمیدی فر، محمدحسین امید * صفحه 1

    با وجود آن که تعداد عوامل موثر بر پدیده آبشستگی موضعی در پایین دست سازه های آبی زیاد است، بیشتر پژوهشها در این زمینه بدون در نظر گرفتن تاثیر بسیاری از پارامترها از جمله چسبندگی خاک انجام شده است. در این تحقیق، با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی و برای هفت ترکیب مختلف خاک با درصدهای رس برابر 0، 10، 15، 20، 25، 30 و 40 درصد، اثر درصد رس بر آبشستگی موضعی بستر در پایین دست کف بند صلب در شرایط مختلف هیدرولیکی مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که درصد رس به صورت چشمگیری بر میزان آبشستگی اثر می گذارد، به گونه ای که در آزمایش های با رسوب حاوی 40% رس، عمق آبشستگی نسبت به رسوبهای غیرچسبنده تا 80% کاهش می یابد. با استفاده از تحلیل ابعادی، پارامتر بدون بعد جدیدی -که دربرگیرنده تاثیر پارامترهای هیدرولیکی (عدد فرود ذره) و مکانیکی (میزان رس)- معرفی شده است. با تحلیل داده های به دست آمده، مقداری بحرانی برای این پارامتر بدون بعد به دست آمد که برای مقادیر کمتر از آن هیچ فرسایشی رخ نمی دهد. بر این اساس، روابط و نمودارهای جدیدی برای محاسبه پارامترهای مشخصه حفره آبشستگی در خاک های چسبنده، شامل حداکثر عمق آبشستگی، حداکثر گسترش حفره و ارتفاع دیون ارائه شده است.

    کلیدواژگان: آبشستگی، رسوبهای چسبنده، درصد رس، تحلیل ابعادی، حوضچه آرامش
  • نینا اسدی پور، حسین محمدولی سامانی * صفحه 13

    امروزه منابع آب و بهره برداری مناسب از آنها، موضوعی حیاتی است. توسعه و استقرار جوامع در مسیر رودخانه ها سبب شده ایمنی دربرابر سیل نیز اهمیت ویژه ای بیابد. از این رو، اتخاذ سازوکارهای مناسب برای بهره برداری از دریچه های سرریز و مخازن سدها از اهمیتی کلیدی برخوردار است.
    در این مقاله به منظور تامین اهداف مختلفی مانند کاهش خسارت ناشی از سیلاب، حفظ ایمنی سد و توجه به ذخیره سازی مناسب در مخزن، سیاست های عملکردی دریچه های سرریز سد مطالعه شده است. به این منظور و برای پاسخگویی بلادرنگ به وقوع سیلاب ها، روش های عملکرد چندمرحله ای مطالعه و تحلیل می شود. سپس قوانین و اصول منطق فازی برای بهینه سازی عملکرد دریچه های سرریز و برطرف ساختن معایب و مشکلات سیاست عملکرد چند مرحله ای استفاده شده است. در این تحقیق، سد کارون 3 به عنوان مطالعه موردی درنظر گرفته شده و سیاست عملکرد پنج مرحله ای به روش منطق فازی برای عملکرد دریچه های سرریز استفاده شده است. به کارگیری منطق فازی نتایج هموارتری را نسبت به سیاست چندمرحله ای در پی داشته است. به منظور اعتبارسنجی نتایج، خروجی های این روش با نتایج به دست آمده از الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی عملکرد دریچه های سرریز بر مبنای هیدروگراف های ورودی معین مقایسه شده است که نتیجه مقایسه، تایید کننده نتایج روش پیشنهادی است.

    کلیدواژگان: عملکرد دریچه های سرریز، سیاست های عملکرد پنج مرحله ای، منطق فازی، الگوریتم ژنتیک
  • محمد دانیالی، احمدرضا غواصیه*، جلال عطاری صفحه 31

    در سیستم های پیش بینی و هشدار سیل و همچنین در ساماندهی رودخانه ها، به منظور پیشگیری یا کاهش خسارت مالی و جانی، در اختیار داشتن مدلی سریع و دقیق برای روندیابی سیل اهمیت فراوانی دارد. یکی از روش های روندیابی که با حذف عبارت های شتاب از معادله مومنتم به دست می آید، روش موج پخشیدگی (دیفیوژن) است. در تحقیق حاضر از میان مدل های نوع موج پخشیدگی، مدل کاپلار با توجه به ویژگی های منحصر به فرد آن استفاده شده است. این مدل یک معادله انتقالی-پخشی با پارامترهای غیرخطی بوده و مزیت مهم و اصلی آن نیاز نداشتن به اطلاعات توپوگرافی و هیدرولیکی رودخانه است. در این مقاله به منظور حل عددی و منفصل سازی معادله کاپلار، از طرح لیپ فراگ- دوفورت فرانکل استفاده شد که سرعت محاسبات روندیابی را به طور چشمگیری افزایش می دهد. همچنین روش جدیدی برای تعیین پارامترهای تندی (C) و پخشیدگی (D) معادله موج پخشیدگی ارائه شده که نسبت به روش های قبلی برتری دارد. در این روش، پارامترهای C وD فقط با استفاده از هیدروگراف های مشاهده شده در بازه ای از رودخانه واسنجی شده و سپس برای سیلاب های بعدی قابل استفاده است. با استفاده از این روش، استقلال کامل روش تعیین پارامترهای موج پخشیدگی از هندسه کانال، ضریب زبری مانینگ و شیب بستر رودخانه محقق شد. برای سنجش کارایی مدل و روش پیشنهادی در برآورد پارامترهای مدل، نخست هیدروگراف های روندیابی شده با نتایج مدل کامل سنت ونان، در کانالی ذوزنقه ای و مصنوعی مقایسه شد. سپس این مدل در بازه یساول- قره گونی از رودخانه قزل اوزن به طول 80 کیلومتر، برای هیدروگراف های سیل مشاهده شده، صحت سنجی شد. مدت زمان روندیابی سیل به این روش در کانال و رودخانه به ترتیب برابر 7/15 و 59 ثانیه بوده است. حداکثر خطای بیشینه دبی در کانال و رودخانه به ترتیب از 04/0 درصد و24/0 درصد بیشتر نیست. همچنین از نظر زمان وقوع، حداکثر خطا در کانال و رودخانه به ترتیب برابر 87/0 درصد و 57/1 درصد است. باتوجه به این نتایج مشاهده می شود که مدل پیشنهادی نه تنها در پیش بینی زمان وقوع و مقدار بیشینه دبی هیدروگراف ها دقت بسیار خوبی دارد، بلکه از نظر حفظ بقای حجم سیلاب نیز موفق است.

    کلیدواژگان: روندیابی سیل، موج پخشیدگی، معادله کاپلار، پارامترهای تندی و پخشیدگی
  • حجت کرمی، عبدالله اردشیر، کوروش بهزادیان * صفحه 49

    یکی از مسائل مهم در طراحی آبشکن ها، حداکثر عمق آبشستگی اطراف آنها می باشد. در این مقاله، کاهش عمق آبشستگی اطراف آبشکن های متوالی در بازه مستقیم، با استفاده از یک آبشکن محافظ در بالادست بررسی شده است. تاثیر پارامترهای مختلف آبشکن محافظ از جمله چهار نسبت طول آبشکن محافظ به طول آبشکن های اصلی (Lp/Lf) برابر 2/0،4/0،6/0 و 8/0، سه زاویه آبشکن (θ) برابر 45،90 و 135 درجه و چهار نسبت فاصله آبشکن محافظ به طول آبشکن اول (X/Lf) برابر 1، 5/1، 2 و 5/2 به صورت آزمایشگاهی مطالعه شده است. آزمایش ها برای سرعت آستانه حرکت ذرات و دانه بندی بستر با قطر 91/0 میلی متر(D50) و انحراف معیار 38/1 انجام شد. همچنین تاثیر آبشکن محافظ بر الگوی جریان اطراف آبشکن ها در بستر صلب بررسی شد. آزمایش ها نشان داد که طراحی صحیح آبشکن محافظ می تواند حداکثر عمق آبشستگی اطراف آبشکن ها را به طور قابل توجهی کاهش دهد. آبشکن محافظ با 8/0Lp/Lf=، 2X/Lf= و 45θ= به طور متوسط 6/76 درصد عمق آبشستگی اطراف آبشکن ها را کاهش داد. بیشترین کاهش عمق آبشستگی اطراف آبشکن اول (7/74 درصد) با بکارگیری آبشکن محافظ 8/0Lp/Lf=، 5/2X/Lf= و 90θ= حاصل شد.

    کلیدواژگان: ساماندهی رودخانه، آبشکن، آبشستگی، کاهش آبشستگی، جریان سه بعدی
  • کاظم شاهوردی، محمد جواد منعم * صفحه 65

    خودکارسازی سازه های کنترل و تنظیم در کانال های آبیاری یکی از روش های ارتقای بهره وری، بهبود بهره برداری و افزایش انعطاف پذیری در شبکه ها است. ساخت و آزمون سامانه های کنترل خودکار یکی از اولین و مهمترین اقدامات در این زمینه می باشد. در این تحقیق سامانه کنترل خودکار استاندارد PID ساخته شد و در فلوم آزمایشگاهی مورد آزمون و بررسی قرار گرفت. سخت افزارهای سامانه شامل حسگرهای اندازه گیری عمق و بازشدگی دریچه، موتور محرک، دریچه کشویی، قطعات الکترونیکی رابط و کامپیوتر و نرم افزار آن شامل الگوریتم کنترل خودکار PID و برنامه Labview می شود. برنامه Labview الگوریتم کنترل خودکار PID را به سخت افزار سیستم می شناساند. برای بررسی کارکرد سامانه کنترل PID ساخته شده، گزینه های مختلف تغییرات ناگهانی جریان در بالادست و پایین دست اجرا شد و رفتار سامانه کنترل در این شرایط مورد مطالعه قرار گرفت. در نهایت داده های حاصل از آزمایشها با استفاده از شاخص های حداکثر خطای مطلق (MAE)، میانگین مطلق خطاها (IAE) و زمان عکس العمل سامانه (SRT) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج به دست آمده از فناوری ساخته شده و آزمون های مربوط نشان می دهد که سامانه کنترل خودکار PID و تجهیزات ساخته شده برای کنترل سطح آب در بالادست و پایین دست رفتار مناسبی دارد و در سامانه کنترل پایین دست عملکرد مطلوب تری داشته است. با توجه به رفتار سامانه در مقیاس آزمایشگاهی می توان توسعه آن را در کانال های آبیاری با استفاده از تجربه های حاصل از ساخت تجهیزات توصیه کرد.

    کلیدواژگان: توسعه فناوری، خودکارسازی، سامانه کنترل خودکار، کانال های آبیاری، منطق PID، Labview
  • محمدرضا جعفرزاده *، علیرضا شمخالچیان، محبوبه جمعه زاده صفحه 77

    در این مقاله روش جدیدی برای مهار امواج فوق بحرانی در خم با نصب گوشه محدب در ورودی آن معرفی می شود. در این روش امواج منفی ناشی از گوشه محدب با امواج مثبت ناشی از دیواره خارجی تداخل یافته و در نتیجه ارتفاع موج مثبت کاهش می یابد. نخست روابط تحلیلی موجود برای جریان فوق بحرانی در تبدیل های مستقیم و خم ها و اندرکنش امواج در آنها مرور می شود. آنگاه با استفاده از روش حجم محدود Roe-TVD جریان فوق بحرانی در تبدیل ها و خم ها به صورت عددی مدل سازی می شود. دقت و صحت نتایج این روش عددی در مقایسه با روابط تحلیلی و نتایج عددی و آزمایشگاهی سایر محققان رضایت بخش ارزیابی می شود. در ادامه به منظور کاهش ارتفاع موج در دیواره خارجی کانال خمیده، از گوشه محدب کوچک واقع در ورودی دیوار داخلی خم استفاده می شود. تداخل امواج منفی و مثبت، موج یک قله ای دیواره خارجی را به موج دوقله ای کوچکتری تبدیل می کند. زاویه بازشدگی بهینه گوشه محدب (α)، تابعی از نسبت بدون بعد عرض بازشدگی به عرض خم (d/b)، شعاع انحنای خم به عرض کانال(rc/b) و عدد فرود جریان ورودی به خم (Fr0) است. مطالعات عددی برای عرض های بدون بعد (12/0، 08/0 و 04/0 d/b=) در محدوده (5/4

    کلیدواژگان: کانال های خمیده، جریان فوق بحرانی، امواج مورب، تبدیل، گوشه محدب، روش Roe، TVD
  • جمال محمد ولی سامانی *، مهرخ مکنتیان، مجید حیدری صفحه 93

    احداث سدهای پاره سنگی با به کارگیری مصالح ارزان و فناوری ساده، راه حلی موثر و اقتصادی برای مهار سیلاب است. به علت متلاطم بودن جریان در محیط سنگدانه ای بدنه این سدها، قانون دارسی معتبر نبوده و برای تحلیل جریان در چنین حالتی باید از روابط معرفی شده در این زمینه استفاده کرد. در این شرایط رفتار هیدرولیکی سدهای متوالی پاره سنگی پیچیده تر می شود، به نحوی که در هنگام وقوع سیل، علاوه بر آنکه تراوشی با جریان متلاطم از محیط متخلخل صورت گرفته، عبور جریان از مخازن سدهای متوالی نیز انجام می شود. اولین سد پاره سنگی ممکن است شرایط هیدرولیکی روگذر را نیز تجربه کند که این رفتار هیدرولیکی را باز هم پیچیده تر می سازد. این شرایط در این مقاله مورد توجه قرار گرفته است. با تعریف هیدروگراف ورودی و مشخصات سنگ مورد استفاده به عنوان ورودی مدل، هیدروگراف روندیابی شده قابل محاسبه است. در این تحقیق با استفاده از مدل دو بعدی جریان در حالت درون و رو گذر برای سد اول و با محاسبه پروفیل سطح آب روگذر از رابطه جریان متغیر مکانی و درون گذر برای سدهای بعدی و نیز با استفاده از روش هیدرولوژیکی در روندیابی مخزن، با حل همزمان معادلات دیفرانسیل حاکم بر بدنه سدها و مخازن مربوط و با در دست داشتن هیدروگراف ورودی سیل، هیدروگراف سیل خروجی آخرین سد به دست می آید و سپس به منظور بررسی دقت و صحت مدل ریاضی به کار رفته و تایید جواب ها، نتایج با داده های آزمایشگاهی مقایسه شد که تطابق خوبی بین نتایج مدل و نتایج آزمایشگاهی مشاهده شد. همچنین نتایج تحلیل حساسیت پارامترهای موثر نشان داد که قطر متوسط سنگدانه ها در مقایسه با پارامترهای دیگری مانند طول پی سدها و زاویه شیروانی آنها، بیشترین تاثیر را در کاهش حداکثر سیلاب و افزایش زمان رسیدن به این حداکثر در هیدروگراف خروجی از سدهای متوالی دارد.

    کلیدواژگان: مهار سیلاب، مخازن متوالی سدهای پاره سنگی، جریان درون گذر، جریان متلاطم، قانون دارسی
|
  • H. Hamidifar, M.H. Omid Page 1

    In this paper, the effect of clay content on the local scouring downstream of a rigid apron due to a submerged horizontal jet has been studied experimentally. Seven different mixtures of cohesive sediments with clay content equal to 0, 10, 15, 20, 25, 30 and 40 % were used. Results showed that the clay content has an important effect in the scouring process. It shows that with clay content equal to 40%, the maximum depth of scour may be reduced up to 80% of the non-cohesive materials. Using dimensional analysis, a new non-dimensional parameter is introduced which includes the effect of both the grain densimetric Froude number and clay content. It was also found that there is a critical value for the mentioned dimensionless parameter, where no erosion occurs below that value. Also, dimensionless equations and graphs are presented to determine the characteristic lengths of the scour hole including the maximum scour depth, the maximum longitudinal extension of the hole and the sand wave height.

  • N. Asadipoor, H. Mohammad Vali Samani Page 13

    At present appropriate utilization of water resources is vital. Development and establishment of communities along rivers have made the safety against floods very significant. Therefore, dam operation management becomes vital and maneuvering of gates is the most important issue in this regard.Spillway gate operation policies to reduce flood losses and preservation of storage and safety of the dam are studied in this paper. In this regard, multi-stage operation methods are studied and analyzed. The fuzzy logic principles are used to optimize gate operation and overcome weak points of multi-stage operation method. Karun III dam is considered as a case study and the five stage flood routing policy followed by the fuzzy logic based operation of spillway gates of the reservoir during floods has been applied. The fuzzy logic results in smooth routed hydrographs rather than stepped ones. Eventually, verification of the proposed method has been done by a comparison with the results obtained by using the genetic algorithm to optimize gate operation assuming known inflow hydrographs. Results indicate that the proposed method is quite satisfactory.

  • M. Danialy, A. R. Ghavasieh, J. Attari Page 31

    Existence of a quick and accurate flood routing model is of great importance for river training as well as flood forecasting and warning systems in order to prevent or mitigate flood casualties and damages. Diffusive wave is one of the channel routing methods in which acceleration terms have been neglected in momentum equation. Among different types of diffusive wave models, Cappelaere equation, considering its unique features, was applied in present research. This model is an advection-diffusion equation, including non-linear parameters, with main advantage of no need for topographic and hydraulic characteristics of the river. In this paper, Leapfrog-Dufort Frankel finite difference numerical scheme was used for discretization and numerical solution of the Cappelaere equation which increases computational speed of flood routing. Furthermore, a novel method of estimating celerity(C) and diffusivity (D) parameters was proposed which is superior to previous methods. In this method, C and D parameters can be calibrated just by observed hydrographs in a reach and are applicable for future flood forecasting in the same reach. By this method, absolute independency of parameter estimation in diffusive wave routing method from river geometry, manning roughness and bed slope is obtained. To validate the model and the proposed method of parameter estimation, the routed hydrographs were compared with the dynamic Saint-Venant equations in a synthetic prismatic channel. Furthermore, the model was calibrated in a 80 km reach, Yasavol-Gharegooni, of Ghezel-Ozan river and results were tested against the observed hydrographs. Using the model, duration of routing in the channel and river were found to be 15.7 and 59 seconds respectively. Maximum error in peak discharge in the channel and river does not exceed 0.04% and 0.24% respectively. Concerning time to peak, the maximum error in the channel and river were 0.87% and 1.57% respectively. Results in the channel and the river showed that the proposed model is not only accurate in predicting peak discharge and time of peak, but also is successful in Conserving mass of flood.

  • H. Karami, A. Ardeshir, K. Behzadian Page 49

    Maximum scour depth around a series of spur dikes is one of the important problems in their design. In this paper, the mitigation of scour depth around a series of consecutive spur dikes within a straight reach was investigated by using a protective spur dike located upstream of the first main spur dike. Effect of different parameters of protective spur dike is experimentally investigated including 4 ratios of protective spur dike length to the first main spur dike length (Lp/Lf) equal to 0.2, 0.4, 0.6 and 0.8, three angles of protective spur dike (θ) of 45, 90 and 135 degree and 4 ratios of protective spur dike distance to the first main spur dike length (X/Lf) equal to 1, 1.5, 2 and 2.5. The experiments were conducted for the velocity of incipient motion for bed sediment movement and bed size diameter of 0.91 mm (D50) and standard deviation of 1.38. The effect of protective spur dike on the flow pattern around the spur dikes was investigated in a rigid bed too. The experiments showed that the proper design of protective spur dike can significantly mitigate maximum scour depth around the main spur dikes. In particular, the protective spur dike with Lp/Lf =0.8, X/Lf=2, θ=45° decreased an average of 76.6 percent of scour depth around the spur dikes. The maximum decrease of scour depth around the first spur dike (74.7 percent) was obtained by applying the protective spur dike with Lp/Lf=0.8, X/Lf=2.5, θ=90°.

  • K. Shahverdi, M. J. Monem Page 65

    Automation is one of the main options for improving operations and increasing flexibility in irrigation canals. Construction and testing of related technology is one of initial and main attempts in reaching this goal.. In this research PID classical control system was constructed, and tested at a laboratory flume. The hardware of the system includes the depth and gate opening sensors, motor, slide gate, electronic boards and computer. The software part of the system is the PID control system, which is developed and connected with equipments using LABVIEW software. To study the performance of the constructed control system, different scenarios of sudden changes of upstream and downstream flow were tested. Maximum Absolute Error (MAE), Integral of Absolute magnitude of Error (IAE) and System Response Time (SRT) indicators are used for evaluating the performance of the system. The results showed that the performance of the developed upstream and downstream control system is appropriate, However, downstream PID control system showed better performance when compared to the upstream PID control system. The developed PID automatic control system and experiences gained from constructed facilities could be implemented in irrigation canals.

  • M. R. Jaefarzadeh, A.R. Shamkhalchian, M. Jomehzadeh Page 77

    A novel method for the control of supercritical waves is introduced by the installation of a convex corner at a bend inlet. In this method the negative waves emitted from the convex corner are superimposed on the positive waves caused by the outer wall of the bend. Thereby, the heights of the positive waves are decreased. In the first part of the article, the existing analytical relationships for the supercritical flow in straight transitions and bends are reviewed and the interactions of waves in them are examined. Then, using the Roe-TVD finite volume method, the supercritical flow in transitions and bends is simulated numerically. The precision and accuracy of the numerical results in comparison with analytical, numerical and experimental solutions of the other researchers are satisfactory. Next, for the reduction of wave height at the outer wall of a curved channel, a small convex corner is located at the inner wall of the bend inlet. The interaction of positive and negative waves transforms the original single-hump wave at the outer wall to a smaller double-hump wave. The optimum expansion angle of the convex corner () is a function of the offset breadth to the bend width, d/b, radius of curvature to the bend width, rc/b, and the inlet Froude number, Fr0. The numerical studies carried out for dimensionless widths (d/b=4%, 8%, 12%), in the range of 2.5<Fr0< 4.5 for three bends with (rc/b= 10, 15, 20) indicated that using an optimum convex corner the wave height may be decreased between 10 to 45%.

  • J. M. V. Samani, M. Moknatian, M. Heydari Page 93

    Rockfill dams can be considered as effective and economical tools in flood control. As such, employing successive dams is expected to cause an effective mitigation to flood hydrograph. Since flow in coarse media of rockfill dam is turbulent, flow analysis must be based on non-Darcy equations. Flow effects interaction of successive rockfill dams, overtopping flow condition, which maybe experienced by the first dam, in addition to through seepage flow lead to high complexity of hydraulics of such dams. In this paper, by introducing the inflow hydrograph to the first reservoir, employing a two-dimensional model for through and overtop dam flow and also employing hydrologic reservoir routing method, it is demonstrated that obtaining the final outflow hydrograph is possible. The mathematical model accuracy was evaluated by comparing its results to experimental data. The model results show good agreement with this experimental data. Finally, sensitivity analysis demonstrated that the model results is much more sensitive to the average particle size of rockfill media compared to other parameters such as dam's length and upstream and downstream angles.