فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال هشتم شماره 1 (بهار 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/03/14
  • تعداد عناوین: 6
|
  • تحلیل ریسک روگذری سد با در نظر گرفتن عدم قطعیت های هیدرولوژیکی و هیدرولیکی
    احمد شرافتی، باقر ذهبیون صفحه 1
    برآورد صحیح ریسک روگذری سد با در نظر گرفتن عدم قطعیت های متغیرهای تصادفی موثر بر آن یکی از مباحث مهم در طراحی سدهای خاکی است. از این رو صرف نظر کردن از عدم قطعیت های متغیرهای تصادفی باعث برآورد کم و یا زیاد ارتفاع سد می شود. عدم قطعیت بارش و سیلاب از عوامل موثر در تحلیل ریسک روگذری سد هستند. در این تحقیق با استفاده از مدل های 1RPG و HEC1، سیلاب با در نظرگرفتن عدم قطعیت های بارش و پارامترهای مدل بارش-رواناب تولید شده است. همچنین با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو تحلیل ریسک روگذری سد جامیشان انجام شده است. بر اساس گزینه های تعریف شده، اثرات ابعاد سرریز، ارتفاع سد و تراز نرمال بر ریسک روگذری بررسی شده است. نتایج نشان داد که متوسط تغییرات ریسک شکست سد جامیشان به ازای یک واحد تغییرات واحد عرض سرریز در حدود 03/0 است. همچنین متوسط تغییرات ریسک شکست سد جامیشان به ازای یک واحد تغییرات تراز نرمال بهره برداری و تاج سد به ترتیب برابر 1/3 و 56/1 درصد است. از این رو در مقایسه دو عامل هیدرولیکی موثر بر لبریز شدن سد جامیشان، حجم کنترل سیلاب بر ریسک شکست سد تاثیر بیشتری نسبت به آب گذری سرریز دارد.
    کلیدواژگان: ریسک، روگذری، عدم قطعیت، جامیشان، RPG
  • علی حقیقی صفحه 19
    تحقیق حاضر به توسعه یک روش بهینه سازی فراکاوشی بر پایه مفهوم آستانه پویا برای طراحی شبکه های آب رسانی می پردازد. نخست مدل برنامه ریزی مساله شامل تعریف تابع هزینه، قیود و اتصال مدل شبیه سازی هیدرولیکی به الگوریتم بهینه سازی توسعه داده می شود. سپس از یک ساختار بسیار ساده الگوریتم ژنتیک باینری برای حل مساله کمک گرفته شده که در آن از مفهوم آستانه پویا به عنوان یکی از عملگرهای بهینه سازی بهره گرفته می شود. توسط این عملگر در فرایند بهینه سازی، فضای تصمیم گیری مساله بصورت تدریجی و منطبق با تاریخچه جستجو فشرده و کوچک می شود و به این ترتیب شانس رسیدن به پاسخ بهینه مطلق در آستانه های مختلف افزایش می یابد. قابلیت روش با حل دو مثال مرجع مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که الگوریتم پیشنهادی سبب افزایش کارایی فرایند جستجو و امید دست یابی به پاسخ بهینه مطلق در مساله طراحی شبکه های آب رسانی می شود.
    کلیدواژگان: شبکه های آب رسانی، طراحی اقتصادی، آستانه پویا، الگوریتم ژنتیک
  • اکبر صفرزاده، سیدعلی اکبر صالحی نیشابوری صفحه 39
    لایه های اختلاطی یا برشی ساختارهای مهم هیدرودینامیکی هستند که در اغلب مسائل مهندسی هیدرولیک نقش مهمی در شکل گیری ساختار عمومی جریان داشته و علاوه بر آن پدیده هایی مانند انتقال رسوب، پخش آلودگی و تبادل مومنتم جریان های متوسط و آشفته را کاملا تحت تاثیر قرار می دهند. در این تحقیق، یک ناحیه چرخشی با استفاده از نصب یک مانع جانبی در کانال شکل گرفته و الگوی جریان در امتداد لایه برشی محاط بر ناحیه چرخشی با استفاده از روش سرعت سنجی تصویری ذرات با فرکانس 37 هرتز و در موقعیت های مختلف اندازه گیری شده است. نتایج اندازه گیری های صورت گرفته نشان می دهد که پدیده تشابه پروفیل های سرعت بی بعد شده در طول لایه اختلاطی، بر خلاف لایه اختلاطی کلاسیک تنها در فاصله اندکی از شروع ناحیه چرخشی و همچنین در محدوده باز اتصال مجدد حاکم می باشد. روند تغییرات ضخامت لایه اختلاطی نشان از وجود رفتار دوگانه در طول میدان دارد، به نحوی که از شروع لایه اختلاطی تا فاصله 5/3 برابر طول مانع جانبی به سمت پایین دست، ضخامت لایه بصورت غیرخطی رشد کرده و در ادامه ضمن وقوع افزایش شدید در ضخامت لایه، تا محل اتصال مجدد، ضخامت لایه بصورت خطی افزایش می یابد. شکل گیری دو ناحیه چرخشی مجزا و اندرکنش شدید آنها، عامل اصلی پدیده های هیدرودینامیکی مزبور می باشند
    کلیدواژگان: لایه اختلاطی، جریان کم عمق، جدایی جریان، روش سرعت سنجی تصویری ذرات، گردابه های بزرگ مقیاس سطحی
  • اکبر صفرزاده، سیدعلی اکبر صالحی نیشابوری صفحه 57
    در این مقاله الگوی جریان در امتداد لایه اختلاطی محاط بر یک ناحیه چرخشی، با استفاده از روش سرعت سنجی تصویری ذرات سطحی (SPIV) در موقعیت های مختلف اندازه گیری شده است. همچنین از تکنیک تزریق ماده رنگی اورانین در مجاورت نورUV برای آشکارسازی ساختارهای مکانی گردابه های آشفتگی در طول لایه اختلاطی استفاده شده است. نتایج اندازه گیری های صورت گرفته نشان می دهد که محدوده وقوع حداکثر مقدار انرژی جنبشی آشفتگی و همچنین تنش های رینولدز منطبق بر محدوده وقوع تغییر در رفتار لایه اختلاطی می باشد. بلافاصله در پایین دست مانع و در امتداد لایه اختلاطی، توزیع طیفی انرژی آشفتگی ضمن همخوانی مناسب با توزیع 3/5- کولموگروف، موید سه بعدی بودن جریان است. با حرکت به سمت پایین دست، توزیع طیفی انرژی آشفتگی در محدوده فرکانس های پائین، با شیب 3- تنزل می یابد که مشخصه اصلی ساختارهای آشفتگی دو بعدی سطحی می باشد. در محدوده باز اتصال مجدد و در انتهای لایه اختلاطی، مجددا شیب 3/5- مشخصه غالب توزیع فرکانسی انرژی جنبشی آشفتگی است که در این حالت، سه بعدی بودن جریان ناشی از نقش تنش برشی بستر و غلبه آن بر ساختارهای دوبعدی آشفتگی می باشد. وجود دو ناحیه چرخشی غیر همسو در پایین دست مانع، باعث تغییر در رفتار چرخشی گردابه های لحظه ای داخل لایه اختلاطی شده و همین پدیده علاوه بر تغییر در مشخصات لحظه ای، ساختار مکانی لایه اختلاطی را نیز تغییر می دهد.
    کلیدواژگان: لایه اختلاطی، SPIV، طیف انرژی آشفتگی، شیب انرژی، اورانین
  • آرمان عزیزی، بهزاد قربانی، هانی تبریزی، حسین صمدی بروجنی صفحه 73
    حوضچه های آرامش به منظور استهلاک انرژی جنبشی در پایین دست سازه های هیدرولیکی از قبیل شیب شکن ها، سرریزها، تندآب ها و دریچه ها استفاده می شوند. در این تحقیق مشخصات پرش هیدرولیکی با حضور صفحه های مستغرق در فلومی به طول 12، عرض و ارتفاع 4/0 متر مورد ارزیابی قرار گرفت. این صفحات با ارتفاع 1/1، 2/2، 3/3 و 4/4 سانتی متر و زوایای حمله 10، 20، 30 و 90 درجه در مقابل جریان قرار داده شده و در مجموع 64 آزمایش در محدوده عدد فرود اولیه 3 تا 8 و دبی های 15، 20، 25 و 30 لیتر بر ثانیه انجام شد. نتایج نشان می دهد که استفاده از صفحات مستغرق طول پرش و عمق ثانویه را حداکثر به ترتیب 25 و 10 درصد کاهش می دهد. مانع دار شدن بستر در شرایط حاضر تنش برشی بستر را 12برابر نسبت به بستر صاف افزایش خواهد داد که شرایط بهینه ذکر شده در ارتفاع 4/4 سانتی متر و زاویه 90 درجه رخ می دهد.
    کلیدواژگان: حوضچه آرامش، پرش هیدرولیکی، صفحه های مستغرق، زاویه حمله، تنش برشی بستر
  • حسین محمد ولی سامانی، علی حقیقی، شقایق فرهادی صفحه 83
    روندیابی سیل در رودخانه ها یکی از مهم ترین موارد در پروژه های مهندسی آب به حساب می آید. روش روندیابی هیدرولیکی مخصوصا در رودخانه های چند شاخه ای و رودخانه های فاقد آمار حوضه میانی بسیار متداول است، ولیکن این روش ها نیاز به تهیه مقاطع عرضی و تعیین شیب ها در کلیه بازه های رودخانه دارد. این موضوع مستلزم صرف هزینه و وقت زیاد می باشد. روش ماسکینگام یکی از متداول ترین روش های روندیابی هیدرولوژیکی در رودخانه ها است. برای روندیابی سیل در یک بازه مشخص از یک رودخانه لازم است که دو پارامتر اساسی تعیین شوند. این دو پارامتر تابع خصوصیات رودخانه می باشند و معمولا با استفاده از آزمون و خطا همراه با برازش منحنی محاسبه می شوند. روش ماسکینگام بسیار ساده است ولیکن قابل استفاده فقط برای رودخانه یک بازه ای است. در این تحقیق روشی پیشنهاد شده است که در آن کالیبراسیون (تعیین پارامترها) به وسیله الگوریتم ژنتیک که قادر به حل مسایل پیچیده شامل پارامترهای بیشتر است، انجام می شود. روش پیشنهادی برای رودخانه های یک شاخه ای و چند شاخه ای و همچنین برای رودخانه فاقد آمار هیدروگراف حوضه میانی اعمال شد. در کلیه موارد بکار برده شده نتایج محاسباتی با نتایج واقعی انطباق رضایت بخشی نشان داده است.
    کلیدواژگان: روندیابی سیلاب، الگوریتم ژنتیک، روش ماسکینگام، بهینه یابی، رودخانه های چند شاخه ای
|
  • Analysis of Dam Overtopping by Considering Hydraulicand Hydrological Uncertainties
    A. Sharafati, B. Zahabiyoun* Page 1
    Adequate determination of dam overtopping risk by considering random variables uncertainty is an important issue in the design of earthfill dam. Therefore, ignoring these uncertainties cause overestimation or underestimation of dam height. Uncertainties of rainfall and flood have more effect on overtopping risk. In this study, flood hydrograph was generated by considering uncertainness of rainfall and rainfall-runoff parameters with using developed model named RPG (Rain Pattern Generator) and HEC1 models. In addition, overtopping risk of Jamishan dam was estimated by using the Monte Carlo simulation (MCs). The effect of main variables such as spillway width, dam height and normal water level on risk of dam overtopping was evaluated by considering related variants. Results show that average variation rate of dam overtopping risk was 0.03 based on unit variation of spillway width. Also average variation rate of overtopping risk was respectively 3.1 and 1.56 based on unit variation of normal water level and dam height. Therefore, variation of flood control volume is more effective on risk of dam overtopping than spillway capacity.
    Keywords: Risk, Overtopping, Uncertainty, Jamishan, RPG
  • A. Haghighi Page 19
    This paper introduces a metaheuristic optimization model for pipe networks on the basis of the notion of dynamic threshold. At first, the problem cost function, constraints and the procedure for coupling the hydraulic simulation model to the optimization are developed. Then, a simple version of binary genetic algorithm is exploited to solve the problem which is equipped with the dynamic threshold method as one of the optimization operators. By means of this operator, as the optimization progresses, the problem decision space is gradually contracted according to the search history. This increases the chance of finding the global optimum design as the search space is more and more condensed by the dynamic thresholds. The proposed scheme is then applied against two benchmark examples upon which, the method is investigated and compared with the previous studies. The results show that the incorporation of the dynamic threshold into a simple genetic algorithm can make it computationally efficient as well as more promising in finding the global optima.
    Keywords: Water Supply Network, Least, Cost Design, Dynamic Threshold, Genetic Algorithm
  • A. Safarzadeh*, S. A. A. Salehi Neyshabouri Page 39
    In this paper the measurement of flow pattern along the mixing layer bounding a separation zone using SPIV is peresented. Furthermore, spatial characteristics of the mixing layer have been visualized using uranine dye injection and UV light method. Results of the measurements showed that the maximum turbulent kinetic energy and Reynolds stress occur where the mixing layer characteristics changes.Immediately downstream of the side obstacle the power spectral density of the turbulent fluctuations agrees well with -5/3 slope which is indicative of the 3D turbulent flow. By going downstream, the turbulent energy of the low frequency fluctuations decreases by -3 slopes. This shows that 2D flow structures are dominant. At the reattachment zone, the energy distribution for most of the frequencies decreases by -5/3 slope again. In this part, the turbulent flow generated by the bed friction is responsible for three dimensionality of the turbulent flow. Interaction of two separation zones changes characteristics of the temporal flow structures inside the mixing layer.
    Keywords: Mixing layer, SPIV, PSD, Slopes, Uranine
  • A. Safarzadeh*, S. A. A. Salehi Neyshabouri Page 57
    The shallow mixing layer bounding a separation zone is a prominent but poorly understood hydrodynamic feature. To investigate characteristics of the separated shallow mixing layer generated by a single side obstacle, experimental measurements were obtained by means of high resolution surface particle image velocimetry (SPIV). Results indicate that unlike the free shallow mixing layers and also mixing layers bounding a deep circulation zone, the velocity profiles are self similar just in a short distance downstream of the groyne and also near the reattachment region. Furthermore, growth of the width of the mixing layer with downstream distance shows a two-phase development. The firstphase is exponential until a distance about 3.5L, where L is the abutment length, followed by a second-phase characterized by a linear pattern. The growth rate of the first stage is higher than the second phase.
    Keywords: Mixing Layer, Shallow Flow, Flow Separation, PIV, 2DSC
  • A. Azizi, B. Ghorbani*, H. Tabrizi, H. Borujani Page 73
    Stilling basins are used for dissipation of kinetic energy downstream of hydraulic structures such as drops, weirs, chutes and gates. In this study hydraulic jump characteristics in presence of a submerged vane was evaluated in a flume, 12 meters long, 0.4 meters wide and 0.4 meters high. The heights of vanes were 1.1, 2.2, 3.3 and 4.4 centimeters and they were located in front of the flow with an angle of attack of 10, 20, 30 and 90 degrees. Sixty four experiments with upstream Froude numbers in the range of 3 to 8 and four different discharges of 15, 20, 25 and 30 liters per second were used in this study. Results show that use of submerged vanes can decrease length and downstream depth of hydraulic jump up to 25 and 10 percent, respectively. The bed roughness under this condition increase the bed shear stress 12 times higher compared to smooth bed and this condition occur for the vane with 4.4 centimeters hight and angle of attack of 90 degrees.
    Keywords: Stilling Basin, Hydraulic Jump, Submerged Vanes, Angle of Attack, Bed Shear Stress
  • H. M. V. Samani*, A. Haghighi, Sh. Farhadi Page 83
    Flood routing is considered to be one of the most significant issues in many water engineering projects. Hydraulic flood routing methods particularly in branched rivers and rivers with unknown intermediate basin are commonly used because of their high accuracy compared to hydrologic methods. These methods need providing cross sections and bed slopes at all reaches of the flow path which requires a lot of time and budget. On the other hand, hydrologic methods such as the Muskingum method are very simple and require much less data and time. The Muskingum method is one of the common hydrologic flood routing methods of rivers. In order to apply this method for a certain reach, two basic parameters have to be determined. These parameters are functions of the river specifications and usually are estimated by using trial and error combined with a curve fitting technique. The method is quite simple but it is restricted to single reach problems. In this study, a method is proposed in which the calibration (parameter estimation) is performed by using the genetic algorithm, which is capable of solving complicated problems including more parameters. The proposed method is applied for single and multiple reach problems in addition to a river with lacking data of the intermediate catchment hydrograph. In all applications, comparisons of observed and computed outflow hydrographs indicate satisfactory agreements.
    Keywords: Flood Routing, Genetic Algorithm, Muskingum Method, Multi Branch Rivers