آقای مهدی اژدری مقدم
-
در دهه های اخیر، با پیشرفت علوم کامپیوتری و تکنولوژی های نوین، طراحی و بهره برداری بهینه سرریزهای پلکانی مورد توجه فراوان مهندسین و طراحان هیدرولیک قرار گرفته است. بسیاری از مطالعات با هدف افزایش میزان استهلاک انرژی بر روی این سرریزها صورت گرفته است. در این سرریزها، پله ها نقش موثری در کاهش انرژی جریان دارند. در مقاله حاضر، به منظور دستیابی به یک مدل استوار در طراحی چند منظوره سرریزهای پلکانی با در نظر گرفتن هزینه های ساخت و ساز و استهلاک انرژی، یکی از الگوریتم های بهینه سازی فراکاوشی تحت عنوان، الگوریتم سنجاقک بهبود داده شده است. سپس از مدل توسعه داده شده برای طراحی سرریز سد ساروق استفاده شد. بررسی نتایج به دست آمده از طرح بهینه سرریز در فاز اول تحقیق، حاکی از افزایش میزان استهلاک انرژی به ازای دبی های 422، 560.2 و 776.9 مترمکعب بر ثانیه، به ترتیب برابر 81، 59 و 73 درصد در مقایسه با طرح موجود بود. همچنین میزان افزایش حجم طرح سرریز نیز به ازای افزایش استهلاک انرژی برای دبی های مذکور به ترتیب در حدود 24، 35 و 38 درصد بوده است. در فاز دوم مطالعه نیز استفاده از رویکرد بهینه سازی چند هدفه، منجر به ارائه مجموعه ای از طرح های بهینه سرریز به صورت نمودار پارتو نمودار پارتو گردید. مقایسه عملکرد الگوریتم سنجاقک بهبود داده شده با نسخه اصلی آن و الگوریتم های ژنتیک چندهدفه و اجتماع ذرات چند هدفه، حاکی از دقت و سرعت بالای الگوریتم پیشنهادی در طراحی سریزهای پلکانی بود.
کلید واژگان: سرریزهای پلکانی, بهینه سازی چندهدفه, استهلاک انرژی, الگوریتم بهینه سازی سنجاقکIntroductionConsidering that dams are one of the most important water storage resources in water projects, therefore, proper construction and operation management of them is one of the most important responsibilities of water resource managers. One of the important parts in the construction of any dam is the design of the dam spillway, which is responsible for discharging excess water from the reservoir to downstream in case of floods. Destruction or inefficiency of spillways causes severe damage to the dam or even causes its complete destruction, that is why the design and construction of this part of the dam is very important. Among different types of spillways, stepped spillways, in addition to passing excess water from the reservoir of dams, are also a structure that consumes flow energy. Until now, in the studies carried out in this field, the optimization of stepped spillways has been considered as a single objective, which usually aims to optimize, minimize construction costs or maximize energy consumption in these spillways, and rarely optimize the dimensions of spillways with Taking into account the two factors of cost and energy consumption has been considered simultaneously. Therefore, in this study, for the first time, a multi-objective optimization model has been developed by benefiting from the capabilities of the improved version of the dragonfly optimization algorithm for the design of stair overflows with the aim of minimizing the volume of concrete used and increasing energy consumption.
MethodologyIn the design of the stepped spillway, the discharge parameters (Q) and the horizontal length of the overflow (L) are among the most important input parameters, which are determined based on the initial studies of topography and hydrology and are considered constant during the design. According to the purpose of the present research, an optimal combination of effective parameters in the design of a stepped spillway, including slope, width, height of the spillway, water pressure on the spillway, and step height, should be determined in a way that leads to the highest energy consumption and the lowest design costs with By-law restrictions should be taken into account. In the current research, the objective function, which consists of decision variables, should simultaneously provide the maximum amount of energy consumption and the minimum volume of consumed concrete, while satisfying the constraints and hydraulic conditions of the design problem. For this purpose, the dragonfly optimization algorithm, which is one of the powerful algorithms of collective intelligence methods, and was first proposed by Mirjalili.This algorithm is inspired by the group and social behavior of dragonflies in nature. Dragonflies usually live alone in the wild and only act in groups for hunting and migration. The basis of the dragonfly optimization algorithm to find the optimal answer is their two crowding behaviors. In this way, based on the static behavior, the members of the algorithm population are divided into smaller groups and search the problem space, then based on their dynamic behavior (exploitation phase), they determine the optimal answer with more members.
ResultsThe spillway of Sarouq Dam, located in West Azarbaijan province, was selected as a case study in this research to evaluate the developed model. In the first part, the problem of optimal design of the stepped spillway of Sarouk Dam was investigated as a single-objective problem with the aim of maximizing the amount of energy consumption. The purpose of redesigning Sarouk dam spillway was to provide an optimal design for a stepped spillway instead of the existing flat spillway with the aim of maximizing energy consumption downstream of the dam. In all the optimal models provided by IDA, the consumption of water energy has increased significantly. According to the report of Hosseini, 2019, the amount of energy consumption at the foot of the existing spillway of Sarouk Dam is equal to 23.41, which the use of the stepped spillway in the present research increases it for the flow rates of 560.2, 776.9, and 422 cubic meters per second, respectively. 71.32, 65.72 and 74.74 percent. According to the main goal of this article, in this section, the new and improved algorithm based on the dragonfly algorithm has been used to optimize the multi-objective overflow of Sarouk Dam by considering the amount of concrete pouring and the amount of energy consumption as objective functions. The results shown that, using the multi-objective optimization approach for the design of stair overflows leads to the presentation of different types of designs with different implementation costs and energy consumption rates. Therefore, using the multi-objective optimization approach has led to the production of many answers, which allows the employer to design the overflow according to the budget he has.
ConclusionIn this research, using the improvement of a new metaheuristic algorithm called the dragonfly algorithm, a single-objective model was developed with the aim of maximizing energy consumption, and another multi-objective model was developed with the objectives of minimizing the construction costs of the stair overflow. The developed models were used for the optimal design of Sarouk Dam spillway. The use of the improved Dragonfly multi-objective optimization algorithm to minimize construction costs and increase energy consumption showed that the multi-objective optimization approach can provide a set of answers that is a great help to the employer in order to achieve an economic plan based on the budget. available
Keywords: Steeped Spillways, Multi-Objective Optimization, Energy Dissipation, Improved Dragonfly Optimization Algorithm -
پدیده جدایی ستون آب یکی از رژیم های جریان گذرا می باشد که تحت شرایطی مانند بسته شدن ناگهانی شیر یا خاموشی پمپ در شبکه آبرسانی ایجاد می گردد. نوسانات فشاری شدید و خسارات ناشی از پدیده مذکور شناسایی و ارائه راهکار جلوگیری از آن را الزامی می کند. در همین راستا در این مقاله با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی، به بررسی امکان رخ دادن جدایی ستون آب در یک شبکه آبرسانی حلقوی پرداخته شده است. در ادامه تاثیر سرعت ورودی بر فشار های ایجاد شده ناشی از جدایی ستون آب مورد بررسی قرار گرفت. برای اعتبار سنجی نرم افزار، سیستم حلقوی ارائه شده توسط وانگ و همکاران (2017) انتخاب گردید. بعد از اطمینان از کارایی نرم افزار برای مدل کردن پدیده مذکور، شبیه سازی با سرعت های مختلف انجام گرفت. بررسی نتایج شبیه سازی ها بیانگر رخ دادن جدایی ستون آب در شبکه موردنظر بود. همچنین نتایج حاکی از آن بود که با افزایش سرعت ورودی مقدار ماکزیمم فشار در شبکه افزایش و مقدار مینیمم آن کاهش می یابد. به گونه ای که با افزایش 12 درصدی سرعت ورودی مقدار فشار ماکزیمم 8/11 درصد و مقدار مینیمم 26/14 درصد تغییر می کنند. به بیان دیگر، با کنترل سرعت به عنوان عاملی موثر بر نوسانات فشار جدایی ستون آب، می توان از ایجاد این پدیده و خسارات ناشی از آن جلوگیری می گردد.
کلید واژگان: جدایی ستون آب, سرعت, سیستم حلقوی, CFDThe Water Column Separation phenomenon is one of the transient flow regimes, which is created under conditions such as the sudden closing of the valve or the shutdown of the pump in the water supply network. Hard pressure fluctuations and damages caused by the mentioned phenomenon require identifying and providing a solution to prevent it. By this purpose, the present article investigates the possibility of Water Column Separation in a Loop Water Supply Network using Computational Fluid Dynamics method. Next, the Effect of the inlet velocity on the pressures created due to the Water Column Separation was investigated. For software validation, the Loop system provided by Wang et al. (2017) was selected. After ensuring the efficiency of the software to model the phenomenon of Water Column Separation, simulation was performed at different speeds. Checking the simulation results indicated the occurrence of Water Column Separation in the Intended Network. Also, the Results indicated that with the increase of the input Velocity, the maximum value of the Pressure in the Network increases and its minimum value decreases. In such a way that with a 12% increase in the input velocity, the maximum pressure value changes by 11.8% and the minimum value by 14.26%. In general, it can be said that by controlling the Velocity as an effective factor on the pressure fluctuations of the Water Column Separation, this phenomenon and the resulting damages are prevented.
Keywords: Transient Flow, Water Column Separation, Velocity, Loop System, CFD -
ارزیابی آزمایشگاهی عملکرد طرح جدید مدل های محافظ بستر (F-jacks) دراطراف پایه پل بر اصلاح الگوی جریان
در این پژوهش، کاربرد سازه نوآورانه F-jacks در کاهش و کنترل آبشستگی اطراف پایه پل به صورت آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور، خصوصیات هیدرودینامیکی جریان در سه حالت، پایه انفرادی به عنوان شاهد (الگوی SP) و پایه با حضور واحدهای F-jacks پیرامون آن مطابق دو الگوی P1 و P2، با استفاده از سرعت های لحظه ای سه بعدی اندازه گیری شده توسط ADV، بر بستر صلب مطالعه شد. توزیع مکانی الگوهای سرعت میانگین زمانی و شدت آشفتگی در مقاطع عمودی برای هر سه الگو نشان داد؛ با قرارگیری قطعات F-jacks در اطراف پایه، الگوی جریان در این ناحیه به طور کامل تغییر می کند. به طوری که با آرایش متراکم المان ها طبق الگوی P2 اطراف پایه، مولفه طولی سرعت میانگین زمانی از سطح آب به سمت کف به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد و جریانی قوی رو به بالا در اطراف پایه در مقایسه با پایه تک (الگویSP) مشهود است که در آرایش متراکم المان ها قوی تر می شود. این عامل به تاثیر مثبت وجود واحدهای محافظ در کاهش جریان رو به پایین ، کاهش آشوب های بستر و انتقال آشفتگی ناحیه wake به دور از بستر در پیرامون پایه اشاره دارد. در آرایش P2، در مقایسه با پایه تک، بزرگی شدت آشفتگی به طور میانگین، حدود 93 درصد کاهش یافته و نوسانات جریان به دور از بستر منحرف شد. تنش برشی رینولدز در مقابل پایه پل برای حالتیکه واحدهای محافظ اطراف پایه قرار گرفته اند، در مقایسه با الگوی SP حدود 95 درصد کاهش یافته است.
کلید واژگان: هیدرودینامیک جریان, ADV, شدت آشفتگی, تنش برشی رینولدزIntroductionThe various methods have been extensively studied by different researchers to reduce scouring around bridge piers, such as riprap, concrete blocks (CAU), collars, sacrificial piers, creating slot and roughness on the pier, and flow guide vanes, and their results generally relate to determining the size, location, and scope of installation and other geometric characteristics of the devices. Many countermeasures to prevent or reduce local scour around bridge piers, did not have the desired effective, and the concrete armor units (CAUs), which are made to protect shores from erosion caused by waves, have received very little attention in terms of bed armoring around the bridge piers.Therefore, the aim of the present research is to experimentally investigate the hydrodynamics of flow around a new element designed to protect the bed around bridge piers from local scour. The F-jacks, a concrete armor unit (CAU), is introduced and its role on flow characteristics is evaluated for the first time in this study. This concrete element is a new design of the A-jacks concrete model, with one leg and five branches on top, and the angle between the branches surrounding the leg and the central branch is 30 degrees to ensure minimum contact between the legs of the element and the sediment surface. The selection of a 30-degree angle for the branches of the F-jacks element is due to its similarity to the diameter of the bridge pier, to provide complete coverage around the pier.
MethodologyThe experiments of this research were performed in a 7-meter long, 50-centimeter wide, and 0.0001 slope flume with a rigid bed. A wooden cylinder with a diameter of D = 45mm and the same height as the flume was used as a model for a bridge pier and installed at a distance of 4.5 meters from the beginning of the flume (to develop the flow). The water depth (h) in the experiments was constant and equal to 15 centimeters, the flow rate (Q) was 0.021 m3/s, and the flow regime was fully turbulent and subcritical.In order to understand the physics of flow in relation to three-dimensional velocity variations, a Nortek Acoustic Doppler velocimetry (ADV) with a frequency of 25 Hz and a sampling duration of 120 seconds was used. In order to evaluate the hydrodynamics of the flow around the protected pier with F-jacks units, three different placement patterns around the pier were considered: 1) a non-dense arrangement (P1), in which 24 F-jacks elements were placed next to each other around the pier, 2) a dense arrangement (P2), in which 22 F-jacks elements are interlocked around the pier, and 3) an SP arrangement, which refers to a situation where the single pier is placed in the central axis of the flume.In addition to the measurement grid on the vertical XZ plane, a set of measurements was taken on the horizontal XY plane at Z/h=0.47 for each of the three selected patterns. To ensure the development of the flow in the test area, normalized meanvelocity component profiles were shown to follow a similar trend for two 4 and 4.3 meter-long sections from the beginning of the flume, and the velocity data conforms to the logarithmic law of velocity distribution that confirms the validity of velocity data for developed flow conditions. Also, to verify the accuracy and sufficiency of measurements in the developed flow region under investigation, the power spectral density (PSD) of time series for all three velocity components shows that the slope of the power spectrum agrees well with the Kolmogorov -5/3 law in the inertial sub range.
Results and DiscussionContour and vector plots of the time-average streamwise velocity component (u ̅) indicated that when the F-jacks elements were placed according to the P2 pattern around the pier, the flow pattern around the pier changes completely. Where, in the upstream of the pier, the average velocity significantly decreased from the water surface to the bottom, indicating the growth of the minimum and weakening of the downflow and horseshoe vortices. In the downstream of the pier, the high-velocity flow region at rear the pier disappeared, and the flow turbulence was significantly reduced, and the region of flow recirculation in the wake of the pier completely disappeared.With the placement of F-jacks units around the pier, a strong upward vertical velocity (w ̅ ) is obvious around the pier compared to the single pier (SP pattern), which is stronger in the dense arrangement of the elements (P2 pattern). This factor refers to the positive effect of the presence of elements in reducing the growth of downflow (negative vertical velocity), reducing bed disturbances, and turbulence transfer away from the bed region in the wake area around the bridge pier.The streamwise and vertical components of flow turbulence intensity (u_rms 〖,w〗_rms ) significantly decreased with the placement of F-jacks units around the pier according to the P2 pattern. Where, in the near-bed region around the pier, the turbulence intensity decreased by an average of about 93% compared to the SP pattern, indicating the high ability of F-jacks elements in controlling and reducing flow fluctuations and turbulence in this region and diverting flow fluctuations towards the water surface and away from the bed.Comparison of Reynolds shear stress on XY plane at Z/h=0.47 for the three mentioned patterns revealed that -ρ(u^' w^' ) ̅ in the SP pattern is approximately 95% higher than P1 and P2 patterns, at the vicinity of the bridge pier. Furthermore, the magnitude of -ρ(u^' w^' ) ̅ has significantly decreased with the placement of F-jacks units as the P2 pattern around the pier.
ConclusionThe laboratory results presented in this paper provide a new understanding of flow behavior details around the bridge pier model with a new design of F-jacks armor units surrounding it on rigid bed conditions. The overall conclusion of this study showed that when F-jacks units are placed densely (P2 pattern) around the pier, the flow turbulence in this area is significantly reduced.
Keywords: Flow Hydrodynamics, ADV, Turbulent Intensity, Reynolds Shear Stress -
مقدمه
رودخانه ها، به عنوان منابع حیاتی طبیعت و پایه های اصلی توسعه پایدار شناخته می شوند. لذا، کمیت و کیفیت آب رودخانه ها جز پارامترهای ارزشمند محسوب می شوند. افزایش فعالیت های کشاورزی و صنعتی، باعث کاهش کیفیت منابع آب در بسیاری از نقاط شده است. تخلیه فاضلاب، زباله و کودهای شیمیایی در روستاهای حاشیه رودخانه ها از مهم ترین منابع آلودگی کیفیت آب به شمار می رود. حجم ورود پساب های شهری و کشاورزی به این رودخانه، باعث افزایش مقادیر آلاینده ها شده، به طوری که در بازه سال های 1372 تا انتهای سال 1396، میانگین آلاینده های موجود در ایستگاه ورند برای سه آلاینده مواد جامد محلول، کلر و سدیم به ترتیب برابر 507.49، 2.16 و 2.47 بوده است. بنابراین، برآورد دقیق پارامترهای کیفیت آب، یک نیاز اساسی برای مدیریت کیفیت آب، سلامت انسان، مصرف عمومی و مصارف خانگی است.
مواد و روش هاحوضه تجن، با مساحتی در حدود 4147.22 کیلومتر مربع دارای میانگین دبی رودخانه و بارندگی سالانه به ترتیب 20 متر مکعب بر ثانیه و 539 میلی متر است. بیشترین و کمترین ارتفاع حوضه، به ترتیب 3728 و 26 متر گزارش شده است. فعالیت های مختلفی نظیر کشاورزی و سدسازی در این رودخانه صورت می گیرد. در این پژوهش، از تلفیق دو مدل برنامه نویسی بیان ژن (GEP) و شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، با یکی از الگوریتم پیش پردازش داده به نام EMD برای تخمین یکی از پارامتر مهم کیفیت آب به نام مواد جامد محلول (TDS) استفاده شد. بدین منظور، در این پژوهش، برای مدلسازی و برآورد مقادیر مواد جامد محلول از چندین داده کیفی شامل سدیم، کلسیم، منیزیم، سولفات بی کربنات، سولفوریک اسید و کلر که در بازه سال های 1372 تا انتهای سال 1396 در ایستگاه ورند اندازه گیری شده، استفاده شد.
نتایج و بحث:
در ابتدا، نتایج حاصل از داده های مشاهداتی در طول مدت نمونه برداری نشان دادند که مقادیر TDS در حدود 80 درصد از نمونه ها در بازه 300 تا 600 میلی گرم بر لیتر بوده که بیانگر کیفیت خوب آب این رودخانه بوده است. برای مقایسه عملکرد مدل های مستقل و ترکیبی برای تخمین پارامترهای کیفی رودخانه در مراحل آموزش و آزمون، شاخص های آماری ضریب همبستگی (R)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین انحراف خطا (MBE)، ضریب نش (NSE)، تابع هدف (OBJ) و نسبت RSD، استفاده شدند. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که مدل ترکیبی حاصل از برنامه نویسی بیان ژن و تجزیه مود تجربی (EMD-GEP) توانست با کمترین خطا (0.23=RSD و 24.41=RMSE) عملکرد بالاتری را در مقایسه با سایر مدل ها مانند مدل GEP (0.44 =RSD و RMSE=47.27) در تخمین این پارامتر کیفی آب داشته باشد. علاوه بر این، مدل ترکیبی حاصل از شبکه عصبی مصنوعی و تجزیه مود تجربی (EMD-ANN) با 36.64 =RMSE و 0.95=R بعد از EMD-GEP، در رتبه دوم قرار گرفت. مطابق نتایج حاصل از تابع هدف برای هریک از مدل ها، مدل EMD-GEP دارای مقادیر تابع هدف کمتری (15.92=OBJ) نسبت به سایر مدل ها در مدلسازی مواد جامد محلول است. درحالی که، بیشترین مقدار تابع هدف (29.34=OBJ) متعلق به مدلGEP است.
نتیجه گیریبه منظور، تخمین مواد جامد محلول در رودخانه تجن، از روش های ANN و GEP در این پژوهش استفاده شد. سپس، برای تقویت برآوردها از الگوریتم های تجزیه مود تجربی برای پیش پردازش داده های سری زمانی استفاده شد. نتایج به دست آمده از مدل های هوشمند تلفیقی با استفاده از شاخص های آماری خطا، مانند ضریب همبستگی، ریشه میانگین مربعات خطا، مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که روش EMD، باعث تقویت مدل های ANN و GEP، در راستای تخمین این پارامتر کیفی آب در ایستگاه ورند شده اند. به طوری که مدل های ترکیبی حاصل از GEP و ANN توانست 48.35 درصد و 14.02 درصد خطای RMSE را به ترتیب در مقایسه با دو مدل مستقل GEP و ANN کاهش دهد.
کلید واژگان: الگوریتم های پیش پردازش داده ها, برنامه نویسی بیان ژن, شبکه عصبی مصنوعی, رودخانه تجنIntroductionRivers are known as the vital resources of nature and the main foundations of sustainable development. Therefore, the quantity and quality of river water are considered valuable parameters. The increase in agricultural and industrial activities has reduced the quality of water resources in many places. The discharge of sewage, garbage and chemical fertilizers in the villages along the rivers is one of the most important sources of water quality pollution. The amount of urban and agricultural wastewater entering this surface has caused an increase in the amount of pollutants, so that in the period of 1993 to the end of 2017, the average amounts the three pollutants of total dissolved solid, chlorine and sodium in Varand Station are respectively 507.49, 2.16 and 2.47. Therefore, accurate estimation of water quality parameters is a basic requirement for water quality management, human health, public consumption and domestic use.
Materials and methodsTajan River basin with an area of about 4147.22 square kilometers has an average river discharge and annual rainfall of 20 cubic meters per second and 539 mm respectively. The highest and lowest elevations of this River basin have been reported as 3728 and 26 meters, respectively. Various human activities such as agriculture and dam construction are carried out in this river. Therefore, evaluationg the water quality of this river basin is required. In this research, the combination of two Gene Expression Programming Models (GEP) and Artificial Neural Network (ANN) with a data preprocessing algorithm called Empirical Mode Decomposition (EMD) was used to estimate one of the important parameters of water quality called Total Dissolved Solids (TDS). For this purpose, in this research, some of qualitative parameters including sodium, calcium, magnesium, sulfate bicarbonate, sulfuric acid and chlorine, which were measured in the period of 1993 to the end of 2017 at Varand station, were used to estimate the concentration of total dissolved solids.
Results and discussionAt first, the results of the observation data during the sampling period indicated that the TDS values in about 80% of the samples were in the range of 300 to 600 mg.liter-1, which reprsented the good quality of the water of this river. In order to compare the performance of independent and integrated approaches in estimating the quality parameters of the Tajan River in the training and testing stages, the evaluation benchmarks including Correlation Coefficient (R), Root Mean Square Error (RMSE), Mean Deviation of Error (MBE), Nash Coefficient (NSE), Objective Function (OBJ) and RSD ratio were applied. The results of this study demonestrated that the integrated model of Gene Expression Programming and Empirical Mode Decomposition (EMD-GEP) with the lowest error (RSD=0.23 and RMSE=24.41) was the most accurate model in TDS estimating compared to other models such as GEP (RSD=0.44 and RMSE=47.27). In addition, the integrated model of Artificial Neural Network and Empirical Mode Decomposition (EMD-ANN) with RMSE=36.64 and R=0.95 was stood at the second rank. Additionally, the outcomes of the Objective Function (OBJ) represented that EMD-GEP model could achieved the lowest OBJ value (15.92) than other techniques in the TDS modeling. While, the highest value of the OBJ=29.34 belonged to the GEP model.
ConclusionANN and GEP methods were applied in this research to estimate TDS concentarion in the Tajan River. After that, to increase the accuracy of the models, EMD technique was recruited to decompose the time series dataset. The results obtained from the integrated models were evaluated using some error statistical benchmarks such as correlation coefficient, root mean square error. The results showed that the EMD method could play an essential role in increasing the ANN and GEP performance so as to estimate this water quality parameter in Varand station. So that EMD-GEP and EMD-ANN could reduce the RMSE error by 48.35% and 14.02%, respectively, compared to the two independent models of GEP and ANN.
Keywords: Artificial Neural Network, Data pre-processing algorithms, Gene Expression Programming, Tajan River -
پدیده انتقال رسوب یکی از عوامل مهم و تاثیرگذار در عملکرد مناطق ساحلی تلقی می شود. پیش بینی و تعیین نرخ این پارامتر در امتداد ساحل و در مجاورت سازه های ساحلی از پیش نیازهای مهم کلیه طرح های عمرانی ساحلی و فراساحلی است. تجمع رسوب در بالادست بنادر و رسوب گذاری در ورودی های بنادر از مشکلات رایج در نگهداری این مناطق در سراسر جهان می باشد، بنابراین به حداقل رساندن رسوب گذاری یکی از مهم ترین اهداف در مهندسی است. تمرکز این مقاله بر روی مدل سازی دقیق موج و انتقال رسوب که با داده های میدانی موجود و شواهد مورفولوژیکی موجود صحت سنجی شده باشد، است. شبکه عصبی برای اصلاح داده های موج و مدل عددی Mike21 برای شبیه سازی فرآیند انتقال رسوب در طول خط ساحلی مکران استفاده شده است. بندر زرآباد در سواحل مکران به عنوان مطالعه موردی این تحقیق اتخاذ شده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که داده های اولیه مشاهداتی با داده های خروجی مدل (به جز ارتفاع موج) تطابق خوبی نداشته و نیاز به اصلاح با شبکه عصبی دارند و در نظر گرفتن شاخص های تاثیرگذار ازجمله شرایط متفاوت امواج در فصل های مونسون و غیرمونسون در شبکه عصبی می تواند در بهبود و اصلاح داده ها کمک فراوانی کند. نتایج همچنین نشان داد که فرایند انتقال رسوب در جهات مختلف و بسته به ارتفاع موج در اعماق بیش از 4 متر رخ می دهد و در اعماق بیش تر انتقال رسوب ناچیز است، همچنین نیروی موج در منطقه به طور متوسط قادر به انتقال تقریبا 235000 مترمکعب در سال رسوب است.کلید واژگان: انتقال رسوب, سواحل مکران, تثبیت ساحل, شبکه عصبی, مدل سازی عددیLongshore sediment transport is considered as one of the most important and influential factors in the functioning of coastal areas. Forecasting and determining the rate of this parameter along the coast and in the vicinity of coastal structures is one the most important for shoreline management during any construction and coastal management mission. This study aims to put different pieces of knowledge together, including field measurements, neural networks, and numerical modelling to obtain a more realistic estimation of the LST rate along the undeveloped Makran Coastline. The focus of this paper is mostly on accurate wave and sediment transport modelling, verified against available field data and morphological evidence. A neural network for the correction of wave data and a numerical model of Mike21 is applied for simulating the transportation process of sediments along the Makran Coastline. Zarabad port on the coast of Makran has selected the case study of this research. The results of this study showed that the observed data are not in good agreement with the output data of the model (except wave height) and need to be modified with the neural network and considering the effective parameters such as the different conditions of the waves in the monsoon and non-monsoon seasons in the Neural network. Neural network can help a lot in improving and correcting data. The results also showed that the sediment transport process occurs in different directions and depending on the wave height at depths more than 4m and at greater depths the sediment transport is insignificant, also, wave force in the region is able to transfer approximately 235000 m3 / year sediment.Keywords: Sediment transport, Makran Coastline, Beach stabilization, Neural Network, Numerical modelling
-
نقشه های خطر سیلاب یکی از ابزارهای سودمند در جهت مدیریت این مخاطره در حوضه آبریز و کاهش اثرات آن است. در حوضه بلوچستان جنوبی و حوضه آبریز رودخانه کهیر، باتوجه به وجود دو رژیم بارشی زمستانه و تابستانه، وقوع سیلاب های ناگهانی امری اجتناب ناپذیر است که باتوجه به استقرار جوامع روستایی و سکونتگاه ها در نواحی مستعد وقوع سیلاب، هرساله موجب واردآمدن خسارات فراوان به جمعیت آسیب پذیر منطقه می گردد. در راستای پهنه بندی خطر سیلاب، داده های اقلیمی، هیدرولوژیک، پوشش زمین و توپوگرافی حوضه از منابع معتبر تهیه و باتوجه به مطالعات علمی، دوازده متغیر تاثیرگذار بر بروز خطر سیلاب در قالب پنج مولفه اصلی (هیدرولوژیک، پوشش گیاهی، پوشش زمین، اقلیمی و توپوگرافی)، جمع آوری گردید. با استفاده از دو روش همپوشانی فازی و وزنی و امکانات سامانه اطلاعات جغرافیایی نقشه متغیرها و مولفه ها پس از طبقه بندی مجدد و فازی سازی با عملگرهای مناسب تهیه شد. نتایج نشان داد که روش همپوشانی فازی باتوجه به منطق حاکم بر آن، قدرت تمایز بهتری از مناطق مستعد وقوع سیلاب دارد و می تواند به ریز پهنه بندی خطر وقوع سیلاب، کمک نماید. با مقایسه نتایج حاصل از داده های واقعی وقوع سیلاب دی ماه 1398 حاصل از تصاویر ماهواره سنتینل 2، صحت نتایج روش فازی به طور نسبی مورد تایید قرار گرفت. با ملاحظه تمرکز سکونت گاه ها در پیرامون آبراهه اصلی و ضعف زیرساخت ها، مناطق جمعیتی قابل توجهی در معرض بالقوه خطر سیل قرار دارند.
کلید واژگان: سیلاب, منطق فازی, همپوشانی وزنی, بلوچستان جنوبی, سامانه اطلاعات جغرافیاییFlood risk maps and Flood zoning techniques are useful tools to manage this hazard in the catchment and mitigation of flood impacts. In South Baluchestan and Kahir Basin, due to the existence of winter and summer precipitation regimes, the occurrence of flash floods is inevitable due to the establishment of rural communities and settlements in flood-prone areas, the flooding has caused many damages to the region's vulnerable population. In order to zone flood risk and prepare flood risk maps, climatic data, hydrological, land cover, and topography of the basin were prepared from reliable sources and according to scientific studies, 12 variables affecting flood risk in the form of five main components (Hydrology, vegetation, land cover, climate, and topography) were prepared. According to the regional conditions of the basin, using the opinions of experts based on scientific methods, the weight of each variable and component was determined by Analytical Hierarchy Process(AHP). Using two methods of fuzzy overlay, Weighted Overlay, and the Geographical Information System facilities, a map of variables and components was prepared after reclassification and fuzzy membership function with appropriate operators. The results showed that the fuzzy overlay method concerning its dominant logic has a better distinction of flood-prone areas and can help determine flood hazard micro-zonation in the drainage basins like the Kahir basin. By comparing the results from the real data of the January 2020 flood obtained from satellite images. Due to poor infrastructure and high economic, the risk of flooding may be more harmful and widespread in the future.
Keywords: Flood, Fuzzy logic, Weighted overlay, Southern Baluchestan, GIS -
بارش یکی از مهم ترین عوامل در مطالعات هیدرولوژی است. تغییرپذیری زیاد بارش در مکان و زمان، موجب دشواری و هزینه بالای پایش آن با برداشت های زمینی است. استفاده از داده های ماهواره ای و مدل های آب و هوایی، راه مناسبی برای حل این مشکل است. قبل از استفاده از این داده ها باید دقت زمانی و مکانی آن ها بررسی شود. این پژوهش با هدف ارزیابی دقت داده های بارش ماهانه TRMM_3B43_V7،PERSIANN و ECMWF- ERA5 در مقایسه با داده های 13 ایستگاه مشاهده ای در حوزه آبخیز بلوچستان جنوبی طی دوره 2000 تا 2018 انجام شد. برای ارزیابی آماری داده های نام برده از آماره های ضریب تعیین (R2) ضریب کارایی (NSE) آماره اریب (BIAS) نمایه توافق (IA) و مجذور میانگین مربعات خطای نسبی (RRMSE) استفاده شد. نتایج نمایانگر عملکرد بهتر TRMM (R2=0.624) و ERA5 (R2=0.562) است. داده های PERSIANN (R2=0.307) برآورد دقیقی از بارش ارایه نداد. داده های TRMM معمولا در مناطق با فاصله بیش تر از دریا که معمولا ارتفاع بالاتری دارند و نزولات جوی بیش تری نیز دریافت می کنند برآورد بهتری داشته است. داده های TRMM بیش برآوردی و داده های ERA5 کم برآوردی داشت و داده های هر دو پایگاه در ماه های فصل زمستان عملکرد بهتری داشت.کلید واژگان: بارش, بلوچستان جنوبی, PERSIANN, TRMM, ERA5Precipitation is an important variable in hydrological studies. The high spatial and temporal variability of precipitation makes it difficult to monitor it with observations. The use of satellite data and weather models is a suitable solution for this problem. But, before using these data, their spatial and temporal accuracy should be considered. The aim of this study was to evaluate the accuracy of monthly precipitation data TRMM_3B43_V7, PERSIANN, and ECMWF-ERA5 in comparison with the data of 13 observation stations in the South Baluchestan basin during the period 2000 to 2018. For statistical evaluation of the mentioned data, the coefficient of determination (R2), N-S efficiency factor, the degree of bias (BIAS), index agreement (IA), and ratio root mean square error (RRMSE) were used. The results showed that the best performance was exhibited by TRMM (R2=0.624) and ERA5 (R2=0.562), respectively. PERSIANN data (R2=0.307) did not provide an accurate estimate of precipitation. TRMM data are usually better estimated in areas far from the sea, which usually have higher elevations and receive more precipitation. The TRMM data is overestimated and the ERA5 data is underestimated. Data from both databases performed better in the winter months.Keywords: ERA5, Precipitation, PERSIANN, Southern Baluchestan, TRMM
-
نیاز به انرژی برقابی و توسعه کشاورزی در بالادست حوضه آبریز رودخانه هیرمند میزان آب ورودی به منطقه سیستان را به صورت چشم گیری کاهش داده که نتیجه آن کاهش نیاز زیست محیطی و افزایش دوره خشکی تالاب بین المللی هامون بوده است. این مسیله باعث کاهش حجم آب هامونهای سیستان و خشک شدن بخش زیادی از آن ها در سالهای اخیر شده است. به دلیل وجود بادهای 120روزه و موقعیت تالاب صابوری، یکی از تالابهای سه گانه هامون، این تالاب توسط برخی محققان به عنوان یکی از منشاهای گرد و غبار در منطقه معرفی شده است. در این تحقیق کاهش اثرات گرد و غبار بر اثر افزایش سطح آبی با کمک تصاویر ماهوارهای بررسی شد. به منظور بررسی دقیق موضوع و برآورد میزان نیاز تخصیص آب برای کاهش گرد و غبار، سطح پوشش آب در تالاب صابوری ایران با استفاده از شاخص آب تفاضلی نرمال شده (NDWI) در 113 تصویر ماهوارهای از سال 1388 تا 1397 محاسبه و روزهای گرد و غبار در شهر زابل از ایستگاه هواشناسی استخراج شد. با بررسی روزهای گرد و غبار ماهیانه شهر زابل و پوشش سطح آب ماهیانه در تالاب، مشاهده شد که هیچ نوع همبستگی بین دو پارامتر یادشده وجود ندارد و پوشش تالاب هامون صابوری اثری بر میزان گرد و غبار شهر زابل نمیگذارد. همچنین در سالهای 1392 و 1397 کمترین سطح آب و کمترین ماندگاری آب در تالاب اتفاق افتاده و تنها سطحی معادل 150 کیلومتر مربع سطح پوشش آب بوده است.کلید واژگان: گرد و غبار, تالاب صابوری, هیرمند, NDWI, سیستانHydropower requirement and agricultural development at upstream points of Hirmand River has significantly reduced the water discharge to Sistan region and the has been led to decreasing right of water and drying of Hamoon International Wetland. This, has been considered as the main reason of Hamoons of Sistan water volume reduce and increasing drought periods. Due to the 120-day winds and the location of Sabouri Wetland, one of the three wetlands in this region, some researchers introduced this wetland as the main source of dust in Sistan region. In this study, decreasing the effects of dust propagation due to water cover area using satellite images is investigated. For precise analyzing and estimating water demand for dust propagation decrease, water cover area in Sabouri Wetland and NDWI index in 113 satellite images from 2009 to 2013 are extracted. By calculating this index and water cover area no correlation between the above parameters is observed and specified that Sabouri is not the main source of the dust propagation. Also results indicated that between 2014 and 2018 the lowest water cover area equal to 150 million square meters was available in the region.Keywords: Dust, Sabouri Wetland, Hirmand, NDWI, Zabol
-
در این مطالعه، به صورت موردی به شبیه سازی عددی پخش پساب آب شیرین کن در کارخانه کنارک پرداخته شده است. با جمع آوری داده هایی از قبیل مشخصات آب خروجی از آب شیرین کن (غلظت آب خروجی، دبی، دما، هندسه خروجی)، شرایط محیطی شامل سرعت باد در منطقه، سرعت جریان آب، جزرومد، عمق سنجی منطقه و مشخصات آب دریا، به راه اندازی مدل عددی پخش آلودگی در ساحل دریا با استفاده از نرم افزار Cormix11 در عمق ها و دبی های مختلف پرداخته شده است بطوریکه تاثیر پارامترهای مهم پخش پساب، با در نظر گرفتن شرایط محیطی، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج عددی نشان می دهد که افزایش دبی پساب منجر به افزایش گستردگی شوری در آب دریا می گردد. اما در حالت هایی می توان این پخش را با سرعت جریان و زمان جزرومد مدیریت کرد به طوری که افزایش دبی تاثیر کمتری روی پخش آب شور در دریا گذارد.
کلید واژگان: آب شیرین کن, پساب, کارخانه کنارک, مطالعه عددی, پخش شوریThis article presents a case study of numerical simulation of effluent in Konarak plant. by collecting data related to the case study which includes data such as output water characteristics of desalination (water concentration, discharge, temperature, outlet geometry), environmental conditions including wind speed in the region, the velocity of water flow, tidal velocity, tidal depth, and sea surface profile, to launch a numerical distribution model pollution at the seashore have been investigated using Cormix11 software at different depths and the effect of important parameters of effluent distribution on distribution and considering environmental conditions have been studied.Numerical results show that increasing the discharge of effluent leads to more salinity in the sea. but in some cases, it can be managed with flow velocity and tidal time so that increasing discharge has less effect on water distribution in the sea.
Keywords: Desalination, Effluent, Konarak Plant, Numerical Study, Salinity Distribution -
پروژه های سدسازی، به علت استراتژیک بودن تامین آب، پروژه های بسیار مهم و درعین حال پرهزینه می باشند. ریسک های مختلف مرتبط با پروژه از عوامل مهم تاثیر گذار بر اقتصادی بودن پروژه های عمرانی می باشد. پروژه های سدسازی بدلیل نیاز به صرف زمان و هزینه زیاد و نیز کیفیت مناسب و بعضا شرایط مکانی پیچیده محل اجرا، دارای سطح ریسک بالایی در بین پروژه های عمرانی می باشند. این تحقیق به شناسایی و تعیین اهمیت ریسک ها و رتبه بندی آن ها در پروژه های سدسازی، با استفاده از روش تصمیم گیری چند معیاره پرومته و آنالیز گایا می پردازد. برای ارزیابی ریسک پروژه ها لازم است ابتدا انواع ریسک ها در پروژه ها مشخص می شوند. ریسک ها با استفاده از داده های پژوهش های پیشین و همچنین مصاحبه با کارشناسان حوزه سدسازی استخراج شده است. انتخاب نهایی ریسک ها به وسیله غربال گری از طریق روش دلفی فازی انجام شده است. سپس با روش پرومته و آنالیز گایا، رتبه ریسک ها تعیین و تاثیر آن ها بر پروژه تعیین می شود. نتایج تحقیق نشان داد ریسک های تغییر نرخ ارز، تحریم، شرایط ژیوتکنیکی، روگذری و شکست سد، دارای بیشترین اهمیت در پروژه های سدسازی هستند. همچنین نتایج بیانگر این بود که استفاده از روش پرومته و آنالیز گایا می تواند با دقت به رتبه بندی ریسک پروژه های سدسازی و سایر پروژه های عمرانی پرداخت.
کلید واژگان: سدسازی, ارزیابی, ریسک, پرومته, آنالیز گایاDue to the strategic nature of water supply, dam construction projects are very important and at the same time costly projects. Various project-related risks are important factors affecting the economic viability of construction projects. Dam construction projects have a high risk among construction projects due to the need to spend a lot of time and money, as well as the appropriate quality and sometimes complex spatial conditions of the construction site. This research identifies and determines the importance of risks and their ranking in dam construction projects, using PROMETHEE multi-criteria decision-making method and GAIA analysis. To evaluate project risk, firstly, it is necessary to identify the types of risks in projects. Risks have been extracted using data from earlier researches as well as interviews with experts in the field of dam construction. The final selection of risks has been done by screening through fuzzy Delphi method. Then the ranking of risks and their impact on the project is determined using the PROMETHEE method and GAIA analysis. The results represented that exchange rate change, sanctions, geotechnical conditions, overpass and dam failure are the most important risks in dam construction projects. The results also indicated that the use of the PROMETHEE method and GAIA analysis can accurately rank the risk of dam projects and other construction projects.
Keywords: Dam construction, evaluation, risk, PROMETHEE, GAIA Analysis -
این مطالعه اثرات تغییر اقلیم بر نیاز آبی گیاه زعفران را در 13 منطقه ی خراسان جنوبی و خراسان رضوی برای سه دوره ی زمانی 2030-2050، 2055-2075 و 2080-2100 با استفاده از الگوریتم های ترکیبی ANN-NSGA-II و ANN-ICA بررسی می کند. این تحقیق برای اولین بار به محاسبه نیاز آبی زعفران براساس تغییر اقلیم با استفاده از مدل های CMIP6 و سناریوهای SSP245 و SSP585 پرداخته است. علاوه بر آن برای اولین بار به محاسبه پارامترهای اصلی مدل های CMIP6 برای پیشنمایی متغیرهای اقلیمی پرداخته است. برای ریزگردانی و درون یابی فضایی داده های CMIP6 به ترتیب از روش ریزگردانی آماری و تکنیک وزن دهی فاصله معکوس استفاده شد. از مدل ANN-NSGA-II برای انتخاب پارامترهای مناسب و از مدل ANN-ICA برای پیشنمایی آینده متغیرهای اقلیمی و درنهایت از مدل کراپ وات برای محاسبه نیاز آبی زعفران استفاده شد. نتایج انتخاب پارامترها نشان داد، پارامترهای Hfls و Hfss در 90 درصد موارد برای پیشنمایی آینده انتخاب شدند. میانگین درصد کاهش بارش و افزایش دمای بیشینه و کمینه مدل های GFDL-CM4، MIROC6 و NorESM2-LM در سناریو SSP245 به ترتیب برابر با (6/8، 1-، 10)، (10، 7/5، 7/8) و (6/6، 6/0، 1/9) و در سناریو SSP585 به ترتیب برابر با (7/5، 6/5، 13)، (12، 4/2، 6/11) و (2/8، 7/4، 3/17) محاسبه شد. نیاز آبی در 90 درصد ایستگاه ها، GCMs و سناریوها نسبت به دوره ی پایه افزایش یافت. بیشترین افزایش نیاز آبی در گلمکان به میزان 1/87 میلیمتر برای مدل MIROC6 و دوره ی زمانی 2055-2075 بدست آمد.کلید واژگان: نیاز آبی زعفران, سناریو, ریزگردانی, .CMIP6This study investigates the effects of climate change on the water requirement of saffron in 13 regions of South Khorasan and Khorasan Razavi for three periods of 2030-2050, 2055-2075 and 2080-2100 using the Hybrid algorithms ANN-NSGA-II and ANN-ICA. For the first time, this research has obtained the water requirement of saffron based on climate change using the CMIP6 models and the scenarios of SSP245 and SSP585. In addition, for the first time, the main parameters of CMIP6 models have been calculated for the prediction of climatic variables. Statistical downscaling method and inverse distance weighting technique were used for downscaling and spatial interpolation of CMIP6 data, respectively. The ANN-NSGA-II model was used to select suitable parameters and the ANN-ICA model was used to predict the future of climatic variables and finally the Cropwat model was used to calculate the water requirement of saffron. The results of parameter selection showed that Hfls and Hfss parameters were selected for future prediction in 90% of cases. The mean percentage of precipitation decrease and increase of temperature of maximum and minimum were calculated for GFDL-CM4, MIROC6, and NorESM2-LM models (8.6, -1, 10), (10, 5.7, 8.7), and (6.6, 0.6, 9.1) in SSP245 scenario and (5.7, 5.6, 13), (12, 2.4, 11.6), and (8.2, 4.7, 3/17) in SSP585 scenario, respectively. The Water demand increased in 90% of stations, GCMs, and scenarios compared to the base period. The highest increase in water requirement was obtained in Golmakan for the MIROC6 model and the period of 2055-2075 with the amount of 87.1.Keywords: Water Requirement of Saffron, Scenario, downscaling, CMIP6
-
سابقه و هدف
کشاورزی عمده ترین مصرف کننده آب در سراسر جهان است و مدیریت آب کشاورزی بسیار پیچیده است. برقراری تعادل بین منابع آب و تقاضا در مناطق خشک و نیمه خشک یک چالش بزرگ در طی دهه های آینده خواهد بود. زیرا قرن بیست و یکم با چالش جهانی تحت عنوان تغییر اقلیم روبرو است و مدیریت منابع آب و تقاضا دشوارتر نیز می گردد. یکی از آثار تغییر اقلیم، کمبود آب قابل دسترس در مناطق مختلف جهان بوده که بیشترین خسارت را به بخش کشاورزی وارد کرده و امنیت غذایی را به خطر انداخته است. از راهکارهای رسیدن به ثبات عملکرد محصولات کشاورزی در نتیجه ی تغییر اقلیم، افزایش بهره وری آب است که سبب کاهش وابستگی کشاورزان به بارش های نامنظم ناشی از تغییر اقلیم می شود. استان سیستان و بلوچستان از جمله مناطق خشک و نیمه خشک است. بنابراین از این موضوع مستثنا نمی باشد. درگذشته پنبه در این منطقه جغرافیایی کشت می گردید. اما به دلیل عدم انطباق با شرایط اقلیمی و مطالعات آمایش سرزمین از الگوی کشت منطقه مورد مطالعه حذف می شود. اما مجدد زمزمه کاشت این گیاه در منطقه به صدا در آمده است. با توجه به بالابودن تنش کم آبی منطقه لازم است به شکل علمی بیان شود که کشت پنیه منجر به افزایش تنش کم آبی در منطقه می شود. لذا هدف اصلی این مطالعه، ارزیابی تاثیر کشت پنبه بر عرضه و تقاضای منابع آب در شرایط تغییر اقلیم است.
مواد و روش هادر این پژوهش، اثر تغییر اقلیم بر پارامترهای هواشناسی در حوضه پیشین واقع در استان سیستان و بلوچستان توسط مدل های گردش عمومی جو تحت دو سناریوی RCP 4.5 وRCP 8.5 بررسی شد و شبیه سازی منابع و نقاط تقاضای آب در منطقه مورد مطالعه با استفاده از مدل برنامه ریزی و مدیریت منابع آب ارزیابی شد. برای کاهش عدم قطعیت مدل های گردش عمومی جو از مدل ترکیبی استفاده شد.
یافته هاتایج پیش بینی پارامترهای هواشناسی نشان داد میزان بارش منطبق با سناریوی 5/8 و 5/4 به ترتیب به میزان 6/7 و 6/12 درصد بیشتر پیش نمایی می گردد و تقریبا دما مقدار ثابتی دارد. برای مقابله با کمبود آب نقاط تقاضا، راهکارهای مدیریتی افزایش راندمان آبیاری، حذف کشاورزی های غیر مجاز، استفاده از دستگاه آب شیرین کن ارایه شد. همچنین نتایج نشان داد میانگین نیاز تامین نشده بخش کشاورزی با کشت فعلی و افزودن کشت پنبه به ترتیب 83 و 85 درصد است. نتایج بررسی سناریوها نشان داد، کمترین نیاز تامین نشده در حالت تغییر اقلیم با سناریوی 5/4 و کشت فعلی به مقدار MCM4/39 و در حالت پایه همراه با کشت پنبه بیشترین نیاز تامین نشده MCM9/65 است. همچنین نتایج نشان دادند، با در نظر گرفتن سناریوی سوم، نیاز تامین نشده کشت پنبه در حالت اقلیم پایه و تغییراقلیم با سناریوی 5/4 و سناریوی 5/8 به ترتیب 08/25 و 2/13 و 53/15 میلیون متر مکعب محاسبه شد، که در هر سه حالت، بیشتر از نیاز تامین نشده کشت فعلی است. بنابراین کاشت پنبه باعث افزایش تنش کم آبی می گردد.
نتیجه گیریمنطقه جنوب شرق ایران دارای اقلیمی خشک و گرم است. سیاستمداران و برنامه ریزان منطقه ای باید به گونه ای عمل نمایند که بتوان منجر به افزایش تاب آوری ساکنین و کشاورزان بومی شوند. مبتنی بر نتایج این مطالعه استفاده از دستگاه آب شیرین کن برای آب شرب و کاهش تلفات و کشاورزی غیر مجاز تاثیر بیشتری بر منابع آب نسبت به سناریوی افزایش راندمان کشت فعلی داشت. بنابراین کشت این محصول، در این حوضه جغرافیایی، به هیچ عنوان قابل توجیه نیست و پیشنهاد می شود برای حل مشکل اقتصادی در منطقه مورد مطالعه، کشت های دیگر مورد بررسی قرار گیرد. با مقایسه کشت پنبه نسبت به کشت فعلی در تمام حالات مشابه اقلیمی، نیاز تامین نشده پنبه از کشت فعلی بیشتر شد. بنابراین کشت پنبه باعث کمبود روزافزون منابع آب در منطقه می شود. در نهایت اینکه نتایج این تحقیق به تصمیم گیران منطقه مورد مطالعه، برای مدیریت بهتر منابع آب کمک می کند.
کلید واژگان: مدیریت منابع آب, ویپ, ریزگردانی, سناریو اقلیمیAgriculture is the largest water-use sector and water management for agriculture is complex. In this study, the effect of climate change on meteorological parameters was investigated by general circulation models under two scenarios of RCP 4.5 and RCP 8.5 and the simulation of resources and demand points of the study area was evaluated using water resources planning and management model. To reduction the uncertainty of general circulation models was used from the ensemble model. The results showed that the amount of precipitation in the scenarios of 8.5 and 4.5 was projected 7.6 and 12.6% more than observation, respectively, and the temperature is almost constant. To confrontation with water shortage in demand sections, the management strategies were presented such as the increase irrigation efficiency, the eliminate unauthorized agriculture, the reduce water losses, and use water desalination. The results showed that the average unmet demand of the agricultural sector with the current cultivation and the cotton cultivation is 83% and 85%, respectively. The results of the scenarios showed that the lowest unmet demand has the climate change with the scenario of 8.5 and the current cultivation with the amount of 39.44 MCM and the basic condition and cotton cultivation has the highest unmet demand with the amount of 65.9 MCM, so the cotton planting increases water stress. This research helps for better management of water resources to decision makers of the study area.
Keywords: Water resources management, WEAP, downscaling, Climatic Scenarios -
هوادهی جریان با استفاده از هواده ها، از موثرترین روش ها برای جلوگیری از وقوع پدیده خلاء زایی (کاویتاسیون) در تندآب سرریز است. امروزه دسترسی به کامپیوترهای مجهز و نرم افزارهایی که اساس کار آنها دینامیک سیالات محاسباتی است، موجب افزایش کاربرد شبیه سازی عددی در تحلیل جریان شده است. در این تحقیق، جهت شبیه سازی جریان عبوری از روی هواده تندآب سرریز، نرم افزار فلوتری دی مورد استفاده قرار گرفت. جهت صحت سنجی نتایج مدل عددی که ملاک آن غلظت هوا در پایین دست هواده است، از داده های آزمایشگاهی محققین استفاده شده است که نتایج نشان دهنده ی تطابق مناسبی با داده های آزمایشگاهی است. سپس به بررسی تاثیر پارامترهای هندسی از جمله ارتفاع و زاویه ی رمپ، ارتفاع پله و شیب تندآب بر روند تغییرات غلظت هوا، خصوصیات جریان مانند سرعت و فشار جهت تعیین شاخص کاویتاسیون به منظور تعیین فاصله ی مناسب بین دو هواده، پرداخته شده است. تغییرات غلظت متوسط هوا بصورت لایه ای در عمق جریان و کاهش غلظت هوا بصورت تابع نمایی است. مقدار شاخص کاویتاسیون در طول 11 متر پس از هواده روی تندآب سرریز، از مقدار بحرانی بیشتر است و خطر وقوع کاویتاسیون مشاهده نمی شود. با توجه به مقدار غلظت های محاسبه شده می توان به طور کلی نتیجه گرفت که با کاهش غلظت هوا در بستر تندآب تا مقادیر 0/0001، 0/001، 0/01 و 0/1 به ترتیب برای تندآب هایی با شیب 10، 12، 30 و 50 درجه، احتیاجی به هوادهی بیشتر نیست.
کلید واژگان: هواده, جریان دوفازی, دینامیک سیالات محاسباتی, سرریز شوت, کاویتاسیونFlow aeration using aeration systems has been used as one of the most effective methods to prevent the occurrence of cavitation. Today, access to equipped computers and software based on computational fluid dynamics caused increasing use of numerical simulations in current analysis. In this research, Flow-3D software was used to simulate flow through the spillway aerator of chute. To validate the results of a numerical model in which the criterion was the air concentration in the aerator downstream, laboratory data of other researchers are used and the results indicate that they are in good agreement with the laboratory data. The effect of geometric parameters on the changes in air concentration, flow characteristics such as velocity and pressure to determine the cavitation index in order to determine distance between two aerators were explained. The average air concentration is as layer changes in the depth of flow and the reduction of air concentration is as exponential function. The value of the cavitation index is greater than the critical value within 11 meters after aerator in the chute spillway and there is no risk of cavitation occurrence. Considering the calculated concentrations, it can generally be concluded that by decreasing the air concentration in the chute bed to the values of 0.0001, 0.001, 0.01 and 0.1, chutes with slopes of 10, 12, 30 and 50 degrees do not require more aeration, respectively.
Keywords: Aerator, Two Phase Flow, Computational Fluid Dynamics, Chute Spillway, Cavitation -
بررسی و کنترل وقوع کاویتاسیون بر سرریز تنداب سدهای بزرگ، غالبا با طراحی و ساخت مدل این سرریزها در شرایط آزمایشگاهی انجام میشود. بر این اساس، مدل آزمایشگاهی سرریز سد داریان در موسسه تحقیقات آب ایران ساخته شد. در پژوهش حاضر، برای کنترل نتایج آزمایشگاهی و عملکرد هواده در مدل عددی بر مبنای احتمال خرابی، از روش قابلیت اطمینان FORM استفاده شد. بدینمنظور و برای مقایسه عملکرد هوادهی جریان با رمپ و ترکیب رمپ و داکت هواده، مدلسازی با نرمافزار Flow-3D در 3 حالت بدون هواده، هواده بهصورت رمپ و هواده بهصورت ترکیب رمپ و داکت هواده انجام شد. نتایج نشان داد احتمال وقوع کاویتاسیون بر سرریز بدون هواده، بیشتر از 33 درصد خواهد بود و استفاده از هواده برای کاهش سرعت جریان و افزایش فشار وارد بر کف تنداب ضروری است. نصب هواده بهصورت ترکیب رمپ و داکت هواده، احتمال وقوع کاویتاسیون را بسیار کاهش داد و مقدار آن به حدود 4 درصد رسید؛ این در حالی است که احتمال خرابی در صورت هوادهی فقط با رمپ به میزان 10 درصد بود؛ بنابراین، باید داکتهای هواده نصب شود و از این طریق، کاهش احتمال خرابی تحقق یابد.
کلید واژگان: هواده, احتمال خرابی, روش قابلیت اطمینان, FORM, Flow, 3DProbabilistic designation is a powerful tool in hydraulic engineering. The uncertainty caused by random phenomenon in hydraulic design may be important. Uncertainty can be expressed in terms of probability density function, confidence interval, or statistical torques such as standard deviation or coefficient of variation of random parameters. Controlling cavitation occurrence is one of the most important factors in chute spillways designing due to the flow’s high velocity and the negative pressure (Azhdary Moghaddam & Hasanalipour Shahrabadi, 2020). By increasing dam’s height, overflow velocity increases on the weir and threats the structure and it may cause structural failure due to cavitation (Chanson, 2013). Cavitation occurs when the fluid pressure reaches its vapor pressure. Since high velocity and low pressure can cause cavitation, aeration has been recognized as one of the best ways to deal with cavitation (Pettersson, 2012). This study, considering the extracted results from the Flow-3D numerical model of the chute spillway of Darian dam, investigates the probability of cavitation occurrence and examines its reliability. Hydraulic uncertainty in the design of this hydraulic structure can be attributed to the uncertainty of the hydraulic performance analysis. Therefore, knowing about the uncertainty characteristics of hydraulic engineering systems for assessing their reliability seems necessary (Yen et al., 1993). Hence, designation and operation of hydraulic engineering systems are always subject to uncertainties and probable failures. The reliability, ps, of a hydraulic engineering system is defined as the probability of safety in which the resistance, R, of the system exceeds the load, L, as follows (Chen, 2015): p_s=P(L≤R) (1) Where P(0) is probability. The failure probability, p_f, is a reliability complement and is expressed as follows: p_f=P[(L>R)]=1- p_s (2) Reliability development based on analytical methods of engineering applications has come in many references (Tung & Mays, 1980 and Yen & Tung, 1993). Therefore, based on reliability, in a control method, the probability of cavitation occurrence in the chute spillway can be investigated. In reliability analysis, the probabilistic calculations must be expressed in terms of a limited conditional function, W(X)=W(X_L ,X_R)as follows: p_s=P[W(X_L ,X_R)≥0]= P[W(X)≥0] (3) Where X is the vector of basic random variables in load and resistance functions. In the reliability analysis, if W(X)> 0, the system will be secure and in the W(X) <0 system will fail. Accordingly, the eliability index, β, is used, which is defined as the ratio of the mean value, μ_W, to standard deviation, σ_W, the limited conditional function W(X) is defined as follows (Cornell, 1969): β=μ_W/σ_W (4) The present study was carried out using the obtained results from the model developed by 1:50 scale plexiglass at the Water Research Institute of Iran. In this laboratory model, which consists of an inlet channel and a convergent thrower chute spillway, two aerators in the form of deflector were used at the intervals of 211 and 270 at the beginning of chute, in order to cope with cavitation phenomenon during the chute. An air duct was also used for air inlet on the left and right walls of the spillway. To measure the effective parameters in cavitation, seven discharges have been passed through spillway. As the pressure and average velocity are determined, the values of the cavitation index are calculated and compared with the values of the critical cavitation index, σ_cr. At any point when σ≤σ_cr, there is a danger of corrosion in that range (Chanson, 1993). In order to obtain uncertainty and calculate the reliability index of cavitation occurrence during a chute, it is needed to extract the limited conditional function. Therefore, for a constant flow between two points of flow, there would be the Bernoulli (energy) relation as follows (Falvey, 1990): σ= ( P_atm/γ- P_V/γ+h cosθ )/(〖V_0〗^2/2g) (5) Where P_atm is the atmospheric pressure, γ is the unit weight of the water volume, θ is the angle of the ramp to the horizon, r is the curvature radius of the vertical arc, and h cosθ is the flow depth perpendicular to the floor. Therefore, the limited conditional function can be written as follows: W(X)=(P_atm/γ- P_V/γ+h cosθ )/(〖V_0〗^2/2g) -σ_cr (6) Flow-3D is a powerful software in fluid dynamics. One of the major capabilities of this software is to model free-surface flows using finite volume method for hydraulic analysis. The spillway was modeled in three modes, without using aerator, ramp aerator, and ramp combination with aeration duct as detailed in Flow-3D software. For each of the mentioned modes, seven discharges were tested. According to Equation (6), velocity and pressure play a decisive and important role in the cavitation occurrence phenomenon. Therefore, the reliability should be evaluated with FORM (First Order Reliable Method) based on the probability distribution functions For this purpose, the most suitable probability distribution function of random variables of velocity and pressure on a laboratory model was extracted in different sections using Easy fit software. Probability distribution function is also considered normal for the other variables in the limited conditional function. These values are estimated for the constant gravity at altitudes of 500 to 7000 m above the sea level for the unit weight, and vapor pressure at 5 to 35° C. For the critical cavitation index variable, the standard deviation is considered as 0.01. According to the conducted tests, for the velocity random variable, GEV (Generalized Extreme Value) distribution function, and for the pressure random variable, Burr (4P) distribution function were presented as the best distribution function. The important point is to not follow the normal distribution above the random variables. Therefore, in order to evaluate the reliability with the FORM method, according to the above distributions, they should be converted into normal variables based on the existing methods. To this end, the non-normal distributions are transformed into the normal distribution by the method of Rackwitz and Fiiessler so that the value of the cumulative distribution function is equivalent to the original abnormal distribution at the design point of x_(i*). This point has the least distance from the origin in the standardized space of the boundary plane or the same limited conditional function. The reliability index will be equal to 0.4204 before installing the aerator. As a result, reliability, p_s, and failure probability, p_f, are 0.6629 and 0.3371, respectively. This number indicates a high percentage for cavitation occurrence. Therefore, the use of aerator is inevitable to prevent imminent damage from cavitation. To deal with cavitation as planned in the laboratory, two aerators with listed specifications are embedded in a location where the cavitation index is critical. In order to analyze the reliability of cavitation occurrence after the aerator installation, the steps of the Hasofer-Lind algorithm are repeated. The modeling of ramps was performed separately in Flow-3D software in order to compare the performance of aeration ducts as well as the probability of failure between aeration by ramp and the combination of ramps and aeration ducts. Installing an aerator in combination with a ramp and aerator duct greatly reduces the probability of cavitation occurrence. By installing aerator, the probability of cavitation occurrence will decrease in to about 4 %. However, in the case of aeration only through the ramp, the risk of failure is equal to 10%.
Keywords: Aerator, Probable Failure, Reliability Method, FORM, Flow, 3D -
مجرای ورودی یکی از اجزای شبکه فاضلاب است که نقش انتقال آب سطحی به شبکه زیرزمینی را ایفا مینماید. بهطورکلی مدلسازی اینگونه جریانات تنها با استفاده از معادلات سهبعدی ناویر-استوکس امکانپذیر میباشد که بسیار پیچیده و زمانبر هستند. در اینجا از معادلات آبهای کمعمق با فرض فشار هیدرواستاتیک بهمنظور پیشبینی حرکت امواج و بهعنوان یک جایگزین مناسب برای معادلات ناویر-استوکس استفاده میگردد. برای در نظر گرفتن وضعیت جریان در مجرای ورودی، از یک سیستم معادلات معمولی استفاده شده است. در پژوهش حاضر، ابتدا بهمنظور صحت سنجی حل عددی، برهمکنش جریان ناشی از شکست سد با جریان خروجی از مجرای فاضلاب مورد بررسی قرار میگیرد. سپس جریان آب در یک شبکه فاضلاب شامل یک مجرای ورودی و کانال زیرین، مدلسازی شده و نتایج آن با نتایج معادلات ناویر-استوکس که از نرمافزار استار سیدی به دست میآید، مقایسه میگردد. همچنین یک عدد بدون بعد به نام عدد مجرای ورودی بر اساس ارتفاع مجرا و کانال زیرین، عرض مجرا و سرعت ورود آب به مجرا تعریف میشود. برای تعریف یک محدوده مناسب برای این عدد، آزمایشات عددی گوناگونی با تغییر در پارامترهای موثر انجام گرفته و نتیجه شد که درصورتیکه MN ≤ 0.98 باشد، خطای محاسبهشده با روش RMSE کمتر از یک درصد بوده و به سمت صفر میل مینماید.
کلید واژگان: سیلاب, مجرای ورودی, معادلات ناویر, استوکس, معادلات آب های کم عمق, نرم افزار استار سی دیIntroductionModelling of water waves within a sewer network is a contemporary research area where the main goal is developing an accurate sewer design and planning tools. The prediction models should ideally be able to simulate the unsteady flow regime within the sewer network as well as the flow field created inside the manholes which link the surface flows to the sewer system. Manhole is one of the sewer network components which conveys surface flow to underground network. Inspection of the flow behavior when propagates and enters the sewer network is therefore momentous.
MethodsIn general, modelling of such flows is only possible by means of Navier-Stokes equations with free surface capability. However, for a large domain and three-dimensional problem, the computational demands are rather high and prohibitive. The shallow water equations (SWEs), on the other hand, are a well-known system of conservation laws that generally require less computational resources in particular for areas of the flow where the fluid depth is assumed small compared to the entire width. Herein, the shallow water equations (SWEs) with the assumption of hydrostatic pressure is used as a proper substitution for Navier-Stokes equations to predict the wave movement. In order to solve the SWEs, a modified wave propagation algorithm with complex wave interaction capability over a dry-state is utilized. Moreover, an ODE system of equations is utilized to anticipate the flow action through the manhole. Then these equations are coupled with each other to unify the approaches. STAR-CD software is utilized to validate the results of abovementioned approach. The STAR-CD is the commercial Navier-Stokes solver based on the VOF (volume of fluid) approach which models free-surface motion quite generally, although at considerable computational expense. To calculate the error between SWEs results and STAR-CD solution, Root Mean Square Error (RMSE) method is used. RMSE is the standard deviation of the residuals (prediction errors). Residuals are a measure of how far from the regression line data points are; RMSE is a measure of how spread out these residuals are. In other words, it shows how concentrated the data is around the line of best fit.
ResultsFirst, to test the ability of the proposed approach, the interaction of dam break flow with two surcharged flows released on a dry bed is studied. This test case is important as it shows the ability of the proposed method in modelling multiple wave interactions over the dry-state. Then a 1D sewer network consisting of one manhole and an underground channel is considered and flowing water inside the system is modelled. For all test cases, the achieved numerical results were compared with those of the 3D Navier-Stokes solver, STAR-CD, which was setup to use the two-phase VOF solver for capturing free-surface. In addition, a dimensionless number named Manhole Number (MN) is defined based on the height of manhole and underground channel, manhole width and the velocity of the water entering the manhole. Moreover, many experiments are performed by changing the mentioned effective parameters to create a range for the manhole number. This range shows that the defined numerical solver gives accurate predictions if the MN is satisfied. Results are shown that if MN ≤ 0.98, the error obtained using RMSE method will be less than one percent and tends to zero. The simulation results show that in all investigated cases, a good agreement is observed between the solutions of the proposed method and the Navier-Stokes solver. This is despite observing some inherent drawbacks such as inability to capture cavities and model free-fall problems in the SWEs solutions.
Keywords: Flood, Manhole, Navier, Stokes equations, STAR, CD software, SWEs -
مجله جغرافیا و توسعه، پیاپی 62 (بهار 1400)، صص 183 -208
انتقال بین حوضه ای آب، انتقال آب از حوضه ای به حوضه ای دیگر است. حوضه ای که به آن آب منتقل می شود حوضه مقصد و حوضه ای که آب از آن منتقل می شود، حوضه مبدا نامیده می شود. انتقال بین حوضه ای آب با وجود تامین آب در حوضه مقصد، احتمالا می تواند عامل تغییراتی در حوضه های مبدا و مقصد باشد که باید مورد ارزیابی قرار گیرد. هدف از انجام این تحقیق پیش بینی اثرات احتمالی انتقال آب رودخانه بهشت آباد به فلات مرکزی ایران بر سطح و حجم یکی از آبخوان های منطقه مبدا انتقال به نام شلمزار و نیز ارایه راهبردهای مختلف در طول مدت 30 سال پس از اجرای طرح می باشد. برای این منظور از نرم افزار WEAP استفاده شد. براساس نتایج حاصل از این تحقیق انتقال آب بین حوضه ای می تواند بر سطح و حجم آبخوان در منطقه مبدا انتقال تاثیر منفی داشته و موجب افت سطح آب زیر زمینی گردد. در اثر انتقال آب و با در نظر گرفتن طرح های توسعه منابع آب در حوضه مبدا، پس از گذشت 30 سال حجم آبخوان از 7/160 میلیون مترمکعب به حدود 30 میلیون مترمکعب کاهش می یابد. جهت جلوگیری از کاهش حجم آبخوان، حداکثر آب قابل انتقال از رودخانه به حوضه مقصد در شرایط آبی نرمال و خشکسالی به ترتیب 450 و 160 میلیون مترمکعب در سال برآورد شد. همچنین میزان حداکثر آب قابل انتقال با توجه به نیاز زیست محیطی رودخانه و در شرایط آبی نرمال، حدود 350 میلیون مترمکعب در سال برآورد گردید. نتایج مدل حاکی از آن است که میزان کاهش حجم آبخوان مطالعاتی در شرایط انتقال آب از حوضه و درصورت اجرای طرح های توسعه منابع آب در طول مدت 30 سال حدود 5 برابر خواهد بود.
کلید واژگان: انتقال بین حوضه ای آب, آب زیرزمینی, حوضه بهشت آباد, آبخوان شلمزار, WEAPinter-basin water transfer is the transfer of water from one basin to another. The basin which water is transferred to that is called the destination basin and the basin which water is transferred from that is called the origin basin. Inter-basin water transfer despite the supply of water in the destination basin, could possibly be the cause of changes in the origin and destination basins that need to be evaluated. The purpose of this study is to predict the possible effects of Beheshtabad River water transfer to the central plateau of Iran on the surface and volume of one of the aquifers in the origin basin called Shalamzar and also to provide different strategies during 30 years. For this purpose, WEAP software was used. According to the results, inter-basin water transfer can have a negative impact on the surface and volume of aquifers in the origin basin and cause a decrease in groundwater level. in order to prevent the reduction of the volume of aquifer, the maximum water transfer in normal water conditions and drought was estimated at 450 and 160 MCM per year, respectively. Also, the maximum amount of transferable water according to the environmental needs in normal water conditions, was estimated about 350 MCM per year. The results of the model indicate that the rate of decrease in the volume of study aquifer in the conditions of water transfer and in case of implementation of water resources development projects during 30 years will be about 5 times.
Keywords: Inter-basin water transfer, Groundwater, Behesht Abad Basin, Shalamzar Aquifer, WEAP -
یافتن قطر بهینه لوله ها در شبکه های آبرسانی به منظور کمینه کردن هزینه های طراحی به دلیل داشتن قیود و متغیرهای تصمیم زیاد، یکی از چالش های مهم در مقابل طراحان می باشد. در چند دهه ی اخیر توسعه و معرفی روش های بهینه سازی جدید و عملکرد خوب این روش ها در حل مسایل پیچیده مهندسی، موجب سوق مهندسین به سمت استفاده از این روش ها در طراحی شبکه های آبرسانی شده است. در پژوهش حاضر، عملکرد یکی از الگوریتم های نوظهور فراکاوشی تحت عنوان الگوریتم شیر مورچه در حل مسئله بهینه سازی قطر لوله های شبکه های آبرسانی مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور یک مدل بهینه سازی- شبیه سازی چند هدفه مبتنی بر الگوریتم شیر مورچه و مدل شبیه ساز EPANET توسعه داده شد. مدل توسعه داده شده برای بهینه سازی قطر لوله های شبکه اسماعیل آباد مورد استفاده قرار گرفت. نتایج به صورت یک جبهه پارتو بین هزینه طراحی و مجموع مربعات اختلاف فشار ارایه گردید. بررسی پاسخ های بدست آمده نشان داد مدل مذکور علاوه بر اینکه توانسته است هزینه طراحی را در حدود 15 درصد نسبت به سایر روش های موجود کاهش دهد، میزان اضافه فشار موجود در سطح شبکه را نیز به صورت چشم گیری کاهش داده است. در نتیجه می توان با اطمینان، از روش مذکور به عنوان روشی کارا در طراحی شبکه های آبرسانی بهره برد.
کلید واژگان: شبکه های آبرسانی, بهینه سازی, الگوریتم فرااکتشافی, EPANET, MATLABFinding optimal pipe diameters in water supply networks for minimizing design costs due to the constraints and high decision variables is one of the major challenges for designers. In the last few decades, the development and introduction of new optimization methods, the good performance of these methods in solving complex engineering problems has led engineers to develop these methods in the design of water networks. In the present study, the performance of one of the emerging metaheuristic algorithms called Ant Lion Optimizer (ALO) in solving the problem of optimizing the diameters of water supply networks was considered. For this purpose, a multi-objective optimization-simulation model based on the ALO and the EPANET simulator model was developed. The developed model was used to optimize the diameter of Ismail Abad network pipes. The results were presented as a Pareto front between the design cost and the sum of the pressure difference squares. The results showed that using this model in addition to saving design costs about 15% compared to the existing design conditions; it has been significantly successful in reducing overload pressure in the nodes. As a result, this method can be used with confidence as an efficient method in designing water supply networks.
Keywords: Water Supply Networks, optimization, meta-heuristic algorithm, EPANET, MATLAB -
مهم ترین عامل در طراحی سرریزهای تنداب، کنترل وقوع کاویتاسیون ناشی از سرعت بالا و فشار منفی جریان می باشد. در این تحقیق باتوجه بههزینه های بسیار بالای تعمیر و بازسازی سرریز، احتمال وقوع کاویتاسیون با استفاده از روش های قابلیت اطمینان FORM و شبیه سازی مونت کارلو، بر روی مدل سرریز تنداب سد داریان، ساخته شده با مقیاس 1:50 در موسسه تحقیقات آب ایران، بررسی شد. بر این اساس می توان به عنوان یک روش کنترلی، برمبنای قابلیت اطمینان که روشی نوین در طراحی است، احتمال وقوع کاویتاسیون در سرریز تنداب را بررسی نمود. با توجه به توابع توزیع احتمال متغیرهای سرعت و فشار که مهم ترین عامل در وقوع کاویتاسیون هستند و در تابع شرایط حدی استخراج شده، نمایان می باشند، اقدام به محاسبه احتمال وقوع کاویتاسیون با استفاده از روش های فوق گردید. احتمال خرابی قبل از نصب هواده با استفاده از روش FORM،35 و از روش مونت کارلو 40 درصد تعیین گردید. در نتیجه با توجه به هندسه سرریز و حداکثر دبی محتمل، محاسبات نشان می دهد که نصب دو عدد هواده که مهم ترین عامل برای جلوگیری از خرابی ناشی از کاویتاسیون است، اجتناب ناپذیرمی باشد.
کلید واژگان: مدل سرریز تنداب, کاویتاسیون, قابلیت اطمینان, FORM, روش مونت کارلوThe most important factor in the design of Chute Spillways is to control the occurrence of cavitation which is due to high velocity and negative pressure of flow. Cavitation occurs when the pressure of the fluid reaches its vapor pressure. In this condition, the fluid is evaporated and bubble is produced inside the liquid. When these bubbles arrive at a region of fluid flow with high pressure, bubbles explode and cause serious damage to structure (Iranian Water Research Institute, 2011). In Iran, the cavitation phenomenon has caused serious damage to the Karun I dam's spillway. The present study, considering the extracted results from laboratory model of chute spillway of Darian dam's spillway, investigates the probability of occurrence of cavitation and examines the reliability of this issue using FORM and Monte Carlo Simulation Method (MCSM). This model is made at a scale of 1:50 in Iranian Water Research Institute. This embankment dam is located in Paveh, Kermanshah province, Iran. The spillway channel width is 68 meters which reaches 42 meters in convergent chute. The slope length of this chute is 300.66 meters, with an angle of 14 degrees. In this laboratory model, in order to cope with the phenomenon of cavitation along the chute, two aerators in the form of deflector were used at the intervals of 211 and 270 at the beginning of chute. In order to study and control the occurrence of cavitation, it is necessary to provide information such as average velocity and pressure applied on the floor in different parts of the structure. Therefore, the flow velocity and the dynamic pressure were measured over it.
Keywords: Chute Spillway, Cavitation, Reliability, FORM, Monte Carlo -
کنترل آبشستگی پایین دست سرریزهای پرش اسکی یکی از مهمترین مسایلی است که مهندسین هیدرولیک با آن روبرو هستند. در این تحقیق با هدف بررسی کارایی مصالح جدید برای کنترل آبشستگی پایین دست سرریز پرش اسکی، به کمک مطالعات آزمایشگاهی به بررسی کاهش حجم گودال آبشستگی در حضور توام المان شش پایهی بتنی با نام تجاری A-Jack به همراه سنگچین در پایین دست سرریز پرش اسکی در شرایط مختلف هیدرولیکی جریان پرداخته شد. آزمایشهای انجام شده شامل یک اندازه المان بتنی و دو سایز سنگچین با پنج دبی و سه عمق پایاب متفاوت بوده که در نتیجه با توجه به تغییر عمق پایاب، سرریز در سه وضعیت آزاد، نیمه مستغرق و مستغرق قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که با افزایش عمق پایاب میزان آبشستگی دچار کاهش قابل ملاحظهای شده و با حضور همزمان المان بتنی و سنگ چین میزان حداکثر حجم آبشستگی در بین شرایط مختلف هیدرولیکی تا 100 درصد نسبت به آزمایشهای شاهد کاهش یافت. همچنین مقایسه اقتصادی بین استفاده از هر یک از دو سازه پوششی سنگ چین و المان شش پایه بتنی در مساحت 100 متر مربعی انجام گرفت که نتایج نشان میدهد استفاده از شبکه متراکم المانهای شش پایه بتنی میتواند هزینههای محافظت بستر را تا حدود 10 درصد کاهش دهد.
کلید واژگان: آبشستگی, المان شش پایه بتنی, سنگچین, سرریز پرش اسکی, مقایسه اقتصادیScouring control in the downstream of the ski jump spillway is one of the most important issues faced by hydraulic engineers. In this study, an experimental investigation was done to evaluate the reduction of the maximum scour volume due to the combination of six-legged concrete elements (A-Jacks) in different hydraulic conditions. These elements were placed in the downstream of the ski jump spillway. The experiments included a single size of concrete element and two sizes of riprap with five discharges and three different tail-water depths. The change in depth of tail-water resulted in the spillway having free, semi-submerged and submerged states. The results showed that as the scour depth increased, the scour rate is reduced significantly. The simultaneous presence of concrete elements and riprap amid different hydraulic conditions caused a 100% decrease to the maximum scour volume when compared to the control tests. The use of A-Jacks when equated to riprap covered structures in a 100 m2 area indicated a 10% reduction in bed protection costs ( By use of Price list ).
Keywords: Scour, Six-legged element, Riprap, Ski Jump Spillway, Economic comparison -
افزایش روز افزون جمعیت به همراه تقاضای بیشتر برای آب در بخش های کشاورزی و نیرو، رشد سریع ساخت سدها را به همراه داشته است. در این میان افزایش ارتفاع سدها به منظور افزایش ذخیره مخزن و برآورد نیاز آب، موجب افزایش سرعت آب روی سرریزها می گردد که به دنبال آن نیاز به بررسی کاویتاسیون و راهکارهای مقابله و یا کاهش خسارات آن اجتناب ناپذیر می باشد. طبق بررسی های صورت گرفته در دهه های اخیر ساده ترین، اقتصادی ترین و موثرترین راهکار جهت کاهش و جلوگیری از این آسیب ها، تعبیه ی هوادهنده ها در مکان های مناسب و وارد نمودن هوا به جریان می باشد. لذا در این تحقیق بااستفاده از 1200 داده تجربی حاصل از 90 آزمایش صورت گرفته توسط Pfister (2007) رابطه ای جهت تعیین روند خروج هوا از جریان تحت شرایط فشار حفره صفر و ضریب همبستگی بیش از 84/0 به عنوان تابعی از طول بی بعد شده ی جت جریان با استفاده از تحلیل رگرسیونی ارایه شده است که با توجه به سادگی با دقت مناسب می تواند در تعیین فاصله بین هواده ها بر اساس حداقل میزان غلظت هوای بستر مورد استفاده قرار گیرد. نتایج مطالعه حاضر با فواصل مربوط به هواده های سرریز سد آزاد بر اساس غلظت هوای بستر مینیمم مورد بررسی قرار گرفته است.
کلید واژگان: هواده, سرریز شوت, آسیب های کاویتاسیون, غلظت هوای بسترThe increase of population and demand for water, agriculture and energy cause a rapid increase in construction of the dam has been. Moreover, the increase of dam height to increase storage and estimate the need for water cause increase the velocity of water over the spillway has been. Spillways, chutes and bottom outlets are important hydraulic structures for dam safety. Due to high velocities combined with low pressures, cavitation damages may occur on chute bottom and cause major damages or endanger the dam stability. Damage experience for flows in spillway tunnels and chutes indicates that damage becomes significant when water velocities exceed 30m/s, this velocity or head can be considered as the borderline for high velocity or high head flows. Introducing air to high-speed flow is necessary to prevent pressure reduction and its events such as cavitation. It is possible to protect spillway surfaces from cavitation damages using aerator devices. Usually, the air entering the flow is not reached to the bed chute. It is necessary to install the first aerated according to topographic conditions and cavitation index at the appropriate location. By determining the process of changing the air concentration of the bed, the distance between the two aerators can be determined. The air in the flow causes the compression and damping that cause Bursting bubbles. In result, the damage caused by cavitation is reduced. So cavitation investigations will be necessary and need to reduce and prevent cavitation damages. The length of the flow jet has a fundamental role in determining the distance between two aerators. With increases, the length of the jump, the contact surface of the upper and lower layers of the jet is in more contact with the air and affects the amount of air entering the flow. The absorbed air is removed from the flow after the Jet collision. By determining the minimum concentration of air in the bed, an optimal distance between the two aerations can be selected to prevent cavitation damage. Select the minimum air concentration of bed is based on the relationship provided by Wood (1983). It means that the concentration of average air in the stream is higher, which causes the flow of bulking and requires taller walls for the sides of the shut Which is not economically feasible. The variation in the air concentration of the bed can only be considered as a function of the length of the jump flow and the upstream heights. Creating a suitable duct for providing A negative cavity pressure Lead to the better performance that causes increases the distance between aeration. So use of aerators in suitable places and the entrance of air to water flow is a most effective way to reduce this damage, therefore in this study, an equation has been derived to estimate the distance between two aerators base on 1200 data of 90 experiments with R2 more than 0.84. results this study have been compared and investigated for aerator of Azad dam.
Keywords: Aerator, chute overflow, Cavitation Damages, Bottom Air Concentration -
مجله پژوهش آب ایران، پیاپی 33 (تابستان 1398)، صص 139 -149
سرریزهای پلکانی از لحاظ اقتصادی در پایین دست سدهای وزنی بتن غلطکی قابل توجیه می باشند و مزیت آن ها بر سرریزهای شوت، نرخ بالای استهلاک انرژی در طول سرریز و کاهش ابعاد حوضچه آرامش است. جریان های عبوری از این سرریزها به 3 دسته جریان ریزشی، انتقالی و رویه ای تقسیم می شوند. در این پژوهش 4 مدل آزمایشگاهی ساخته شده از سرریز سدهای بالا و پایین سیاه بیشه با مقیاس به ترتیب 1:15 و 1:20 با شیب های 44/18، 56/26، 74/29 و 81/38 درجه مورد آزمایش قرار گرفته است. هدف پژوهش بررسی تشکیل رژیم های مختلف جریان و مقایسه پروفیل جریان عبوری و فشار وارد بر کف پله ها می باشد. نتایج این پژوهش نشان می دهد که تبدیل رژیم های جریان به یکدیگر با افزایش شیب، سریع تر بوقوع می پیوندد. روابطی جهت تخمین شروع تشکیل رژیم های جریان ارائه شد. تمرکز بر پروفیل جریان و فشار در کف پله ها، نشان داد که رژیم های مختلف جریان با پروفیل جریان متفاوت، نوسانات فشار متفاوتی را بر کف پله ها وارد می کنند. بنابراین تفاوت در فشارهای وارده بر کف پله ها بیانگر تفاوت در نیروهای اعمالی به سازه کف پله ها در رژیم های مختلف جریان است. نمودارهای ضریب نوسانات فشار در رژیم های مختلف نیز بیانگر این موضوع است که تغییر رژیم جریان عبوری تاثیر بسزایی در نوسانات فشار ندارد.
کلید واژگان: پروفیل جریان, رژیم جریان, سرریز پلکانی, شیب سرریز, فشارStepped spillways are technically and economically regarded as one of the most efficient options for energy dissipation of spillway flows. A remarkable amount of the flow energy is dissipated due to the hydraulic resistance of rough elements or those steps. Therefore, the energy dissipation obviates the need to build an energy dissipation system at the end of the downstream and reduces its size to a large extent. Considering the mentioned point and the required technology to use RCC in building such spillways, it is indispensable to thoroughly examine the hydraulic processes and the flows passing through them. The flows passing through the stepped spillways are divided into three types of nappe, transition, and skimming. Most studies concerned with stepped spillways have focused on nappe and skimming flows, while transition flows have not been fully addressed. Moreover, most of the stepped spillways’ designs have been based on nappe and skimming flows types. Therefore, the present study employed laboratory methods to examine the flow formation in transition mode in order to determine the upper and lower limit of the transition flow regime, and finally, provides more space for studying its characteristics. The flow regimes’ type depends on the step discharge and geometrical shape. Due to variations in the depth and velocity of flow, air concentration and energy dissipation in the three different regimes, it is essential to evaluate the flow in the regimes. Thus, the flow regimes’ onset has been the subject of many laboratory studies. The previous experiments and studies have shown that the nappe flow onset is a function of the height and length of step and also, the critical depth. This research was conducted in Water Research Center of Power Administration in order to determine the range of transition flow regime and hydraulic parameters of various flow regimes, including dynamic pressure at the steps’ bottom and the depth of flow passing over the steps as a flow profile. To do so, spillways’ models of Siahbisheh dams were used, which were constructed with the scale of 1:15 and 1:20. The flow will be fully developed, after passing through the spillway crest and the aeration inception point. The upper and lower limits of the transition flow regime were determined by letting different discharges pass over the spillways. To detect the nappe flows’ entrance into the transition flows, i.e. the lower limit of transition flow regime, the inception of water spray can be used. The water spray level will be higher in sloped spillways. Moreover, the flow jet has more fluctuations in the transition flow regimes of pool; in other words, it will be in immersion mode. In addition, some flow rotation works can be noticed. The criterion for determining the threshold for the onset of skimming flow, i.e. the upper limit of transition flow, is the flow slipping from the edge of one step onto the next. It is worth mentioning that existence or lack of air holes does not play any role in proving this. This is in contrast to Chanson’s theory; however, it is in line with Chamani and Rajaratnam’s view. The onset of flow rotation in the pool below the step was also taken into account; these rotations are not still complete enough to enter the skimming flow section. After determining the flow regimes, the dynamic pressure and profile of passing flow were measured in transition regimes. In order to measure the pressure exerted on the steps’ bottom, 3 piezometers at (y/l), which are equal to 0.14, 0.45, and 0.71, were installed on four spillways. Transducer system adapters, computer systems and an information processing software were used in order to measure the dynamic pressure moment-by-moment. The pressure sensors used in the experiment were 0.150 kg/〖Cm〗^2 (150 mbar). The pressure fluctuations in each piezometer were recorded during 30 seconds with the frequency of 100 hertz. To measure the flow profile, without accounting for water spray, a point gauge was used. The results of the study revealed that the increase in the spillway slope reduces the area for occurrence of transition flow regime. Moreover, as the ratio of h/l increase the ratio of y_c/h decreases, which shows faster formation of a skimming flow. In the nappe flow regime, it is noticed that pressure increases from the step bottom to the edge, where it moves with a slight slope to the middle of the step and then, continues with a steep slope. In the nappe flow regime, increasing the spillway slope, increases the pressure from the step bottom toward the edge. Moreover, the maximum and minimum pressures occur near the step edge. With respect to the transition flow regime, the pressure remains almost constant from the step bottom up to y/l=0.4 and then continues with a steep slope toward the step edge. In addition, in the transition flow regime, the maximum and minimum pressures occur on the step edge. In the skimming flow regime, the mean pressure increases from the step bottom toward theedge. This increasing trend has a direct influence on the spillway slope. The maximum pressure occurs in the middle of the step and then decreases with a slight slope. Similarly, the minimum pressure occurs in the middle of the step and then, increases toward the step edge. Finally, in the skimming flow regime, increasing the spillway slope is followed by a decrease in the maximum pressure.
Keywords: Flow Profile, Flow Regime, Pressure, Spillway Slope, Stepped Spillway -
بسیاری از سازه های فولادی به دلیل عوامل محیطی مانند واردشدن بارهای تصادفی، فرسودگی، زنگ زدگی و پدیده هایی همچون کاویتاسیون و گذر زمان دچار آسیب می شوند. تخلیه کننده تحتانی سدها یکی از اجزای مهم این سازه ها هستند که در معرض مشکلات هیدرولیکی متعددی از قبیل ارتعاش حاصل از کاویتاسیون بوده که باعث ایجاد آسیب در آنها می شود و نیاز به بهسازی و ترمیم دارند. یکی از مصالح نوین برای مقاوم سازی استفاده از کامپوزیت پلیمری مسلح شده به فیبرکربن (CFRP) است. در این مقاله به بررسی اثر الیاف CFRP در مقاوم سازی دریچه تحتانی تحت بار ارتعاشی حاصل از کاویتاسیون و تاثیر آسیب بر ارتعاش حداکثری با نرم افزار ABAQUS پرداخته شد. به منظور مطالعه آسیب بر ارتعاش دریچه، از یک اندازه آسیب که به جلو یا عقب دریچه اعمال شده، استفاده شده است. در نهایت دریچه آسیب دیده با دو لایه الیاف CFRP مقاوم سازی شد. نتایج نشان داد که آسیب به وجودآمده ارتعاش حداکثری را افزایش داده و استفاده از الیاف پلمیری تاثیر بسزایی در کاهش ارتعاش و تنش های حاصل از فشار کاویتاسیون دارد.کلید واژگان: ارتعاش دریچه تحتانی, CFRP, مقاوم سازی, کاویتاسیونMany steel structures are damaged due to environmental factors such as accidental loads, exhaustion, rust, and phenomena such as cavitation and time passes. Dams’ bottom outlets are one of the important components of these structures that are subject to numerous hydraulic problems such as cavitation vibration, which causes damage and needs repair. One of the novelties for refining is the use of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). In this paper, the effect of CFRP on gate strengthening under cavitation vibration load and the effect of damage on maximum vibration by using ABAQUS were studied. In order to observe the effects of failure on the maximum vibration of the outlet, two damages were applied to the front or back of the gate. Finally, the damaged gates were reinforced with two layers of CFRP. The outcomes showed that damage resulted in maximum vibration increase and polymer fibers has a significant effect on reducing vibrations and stresses caused by cavitation pressure.Keywords: Bottom outlet vibration, CFRP, Strengthening, Cavitation
-
مجله اکو هیدرولوژی، سال پنجم شماره 4 (زمستان 1397)، صص 1297 -1307تبخیر فرایندی است که به تغییر سیال از حالت مایع به گاز میانجامد. میزان تبخیر از سطوح آزاد به عواملی همچون دما، سرعت باد، عمق آب و فشار بخار بستگی دارد. بررسی دقیق اطلاعات دریافتی از اداره هواشناسی زهک (واقع در جنوب شرقی شهرستان زابل) نشان داد که دما و سرعت باد در این منطقه تاثیرگذارترین عوامل پدیده تبخیر هستند و جالب اینکه اصلی ترین عامل آن، سرعت زیاد باد تشخیص داده شد. روشهای متعددی برای مقابله با پدیده تبخیر وجود دارد که استفاده از پوششهای فیزیکی و بادشکن از آن جمله است. بر اساس تحقیقات پیشین، بهترین جذب نور خورشید برای تولید بیشترین توان در نیمکره شمالی به سمت جنوب است. استفاده از صفحات خورشیدی، هم زمان به عنوان پوشش فیزیکی برای کاهش تبخیر و تولید انرژی بسیار بررسی شده است. به منظور مدلسازی میزان جریان عبوری از روی صفحات خورشیدی و زاویه قرارگیری افقی و عمودی برای به دست آوردن بهترین کاهش تبخیر، از نرم افزار مدلسازی ANSYS FLUENT16 و از طریق تعیین بهترین زاویه افقی و عمودی برای به دست آوردن بهترین بازده خروجی استفاده شد. نتایج نشان میدهد در صورت طراحی صفحات خورشیدی با ابعاد 5/2×5/2 متر تحت زاویه، زاویه افقی صفر درجه (جهت شمال غرب، روبه روی مسیر وزش باد) و زاویه شیب 60 درجه به میزان کاهش تبخیری معادل 25/90 درصد به دست خواهد آمد. همچنین، بیشترین راندمان تولید انرژی تحت زاویه افقی 30 درجه (جهت شمال غرب، روبه روی مسیر وزش باد) و زاویه شیب 30 درجه به میزان 45/99 درصد است. با توجه به داده های موجود، بهینه ترین حالت ممکن، زاویه افقی 30 درجه (جهت شمال غرب، روبه روی مسیر وزش باد) و زاویه شیب 30 درجه به میزان کاهش تبخیری معادل 36/71 درصد و بازده تولید انرژی به میزان 45/99 درصد نسبت به حالت ایدهآل است.کلید واژگان: تولید انرژی, زاویه شیب و افقی, صفحات خورشیدی, کاهش تبخیر, مدل FLUENTANSYSEvaporation is a process that changes fluid from liquid to gas. Evaporation rates from free surfaces depend on factors such as temperature, wind speed, water depth and vapor pressure. A detailed study of the information received from the Meteorological Office of Zahak concluded that the factors of temperature and wind speed in this region were the most influential factors, and interestingly, the main factor was the high wind speed. There are several methods to deal with the phenomenon of evaporation, which include the use of physical covering and wind speed. According to previous research, the best attraction of sunlight is to produce the highest Efficiency power in the northern hemisphere to the south. The use of solar panels is considered simultaneously as a physical covering to reducing evaporation and high-energy production. In this paper, priority is given to reducing evaporation and energy production equally. The use of modeling the flow rate effected by horizontal and vertical positioning angles of solar panels was used to obtain the best evaporation reduction using the ANSYS FLUENT 16 model and determining the best horizontal and vertical angle for obtaining the best output efficiency power. The results shows that in this case of designing solar panels measuring 2.5 × 2.5 meters by the angles of, the horizontal angle of 0° (Northwest towards the wind direction) and the angle of inclination of 60° with the evaporative reduction of 90.25 Percentage will be achieved. Also, the highest energy efficiency is achieved under the horizontal angle of 30 degrees (northwest towards the wind direction) and the angle of inclination is 30 degrees to 99.45 percent. Therefore, according to the available data, the optimal possible condition is the horizontal angle of 30 degrees (northwest direction, wind direction) and the angle of inclination of 30 degrees, with a reduction of evaporation of 71.36 percent and energy efficiency of 99.45 percent, Relative to the ideal state.Keywords: Evaporation Reduction, Energy Production, Solar Panel, Tilt, Horizontal Angle, ANSYS FLUENT Model
-
توجه علمی به مخاطرات محیطی که آسیب پذیری بسیاری از کشورهای دنیا را به دنبال دارد، آغازی نسبتا تازه دارد. یکی از این خطرها یخبندانها می باشند که سبب زیانهای عظیمی در زمینه های کشاورزی، حمل و نقل، انرژی ، زیست محیطی و غیره شده است. جهت جلوگیری از خطرات ناشی از آنها استفاده از روش های پیش بینی امکان پیش آگاهی از حداقل دما و رخداد پدیده یخبندان را فراهم ساخته تا مسئولان در جهت جلوگیری از آن، اقدامات لازم را به عمل آورند. پیش بینی حداقل دما در منطقه خصوصا با روش های جدید از ضروریات انجام این تحقیق می باشد. با توجه به محدودیت هایی از قبیل عدم کفایت آمار موجود و خطای بالای روش های آماری معمول، در این تحقیق از شبکه های عصبی مصنوعی به عنوان یک روش کارآمد جهت پیش بینی کمینه دما استفاده شدهاست. ورودی مدل،آمار شاخص های اقلیمی SIBERIA, AO [1], NAO [2], TNA [3], SOI [4], PDO [5], TNI [6], NOI [7] ساعات آفتابی منطقه در بازه زمانی (2007–1973) و خروجی مدل داده های کمینه دما می باشد. در این تحقیق از دو روش پس انتشار feedforwardو Radial Basisاستفاده شده است. نتایج نشان داد که بین مدلهای مورد استفاده، Radial Basis (با ضریب همبستگی 98% و میزان خطای 48%) به عنوان بهترین مدل، نسبت به روش های آماری و مدل feedforward معمول می باشد و همچنین نسبت به دیگر تحقیقات انجام شده در این زمینه از میزان خطای پایین تری برخوردار است. همچنین تنها افزایش فاکتورهای ورودی شبکه عاملی برای افزایش کارایی نمی باشد بلکه استفاده از ورودی هایی که ارتباط معناداری با خروجی شبکه دارند نتایج بهتری را ایجاد خواهد کرد. در نهایت خروجی مدل بیانگر افزایش حداقل دما طی دوره آماری می باشد.کلید واژگان: کرج, شبکه های عصبی مصنوعی, کمینه دما, پیش بینی
-
سابقه و هدفروابط شدت- مدت- فراوانی بارش (IDF) یکی از مهم ترین ملزومات مورد نیاز در زمینه برنامه ریزی، طراحی و عملکرد سازه های هیدرولیکی و پروژ ه های مختلف منابع آب می باشد. عمدتا استخراج منحنی های IDF مستلزم تجزیه و تحلیل آماری داده های بارش در تداوم های مختلف می باشد و بنابراین هنگامی که حوضه مورد مطالعه فاقد آمار و یا دارای آماری محدود باشد؛ بررسی مشکل می گردد. این در حالی است که در اغلب حوضه ها دسترسی به آمار بارش روزانه به سهولت امکان پذیر است. بنابراین هدف از مطالعه حاضر، ارزیابی و مقایسه منحنی هایIDF مستخرج از رابطه تلفیق تئوری فرکتال و توزیع مقادیر حدی تعمیم یافته برای مناطق فاقد آمار براساس مفهوم خواص فرکتال بارش با روابط متداول تجربی و تعیین میزان خطا و دقت محاسبات و قابلیت اطمینان این رابطه نسبت به روابط دیگر می باشد.مواد و روش هادر این تحقیق با استفاده از داده های حداکثر عمق بارش سالانه با تداوم روزانه، ساخت منحنی های IDF با روش مبتنی بر رویکرد تلفیق ماهیت فرکتالی داده های بارش و توزیع مقادیر حدی تعمیم یافته صورت گرفت. سپس منحنی های IDF از رابطه تجربی قهرمان و روش متداول که براساس تحلیل آماری داده های بارش حدی سالانه در تداوم های مختلف می باشد؛ برای ایستگاه مورد مطالعه استخراج گردید. در نهایت ارزیابی و مقایسه کمی و کیفی نتایج حاصل از روش تئوری فرکتال با رابطه تجربی قهرمان انجام شد. این پژوهش برای ایستگاه باران سنجی چناران واقع در عرض جغرافیایی 36 درجه و 38 دقیقه و 38 ثانیه و طول جغرافیایی 59 درجه و 7 دقیقه و 1/53 ثانیه، به کارگرفته شد.یافته هابررسی رفتار فرکتالی داده های بارش در ایستگاه باران سنجی چناران نشان داد؛ خواص بارش در بازه زمانی 1 تا 7 روز از فرضیه تک مقیاسی (مونوفرکتالی) تبعیت می کند و رگبار طرح برآورد شده با تئوری فرکتال با داده های مشاهداتی بارش انطباق خوبی دارد. نتایج در ایستگاه باران سنجی چناران نشان از برتری دقت رابطه تلفیق تئوری فرکتال و توزیع مقادیر حدی تعمیم یافته با متوسط خطای 34/9 نسبت به رابطه تجربی قهرمان با متوسط خطای 43/16 دارد. علاوه بر این خطای برآورد مقادیر IDF با رابطه تئوری فرکتال نسبت به روش متداول که مبتنی بر داده های واقعی بارش می باشد؛ در تداوم 24 ساعته، صفر محاسبه گردید. بنابراین از آن جا که ساخت منحنی های IDF با رابطه تلفیق تئوری فرکتال و توزیع مقادیر حدی تعمیم یافته تنها با استفاده از داده های حداکثر شدت بارش 24ساعته انجام می گیرد؛ می توان نتیجه گرفت؛ روش مذکور از دقت مناسب و نتایج قابل قبولی برخوردار است.نتیجه گیریتحقیق حاضر تلاشی است در راستای افزایش کاربرد روابط مقیاسی IDF نسبت به استفاده از روابط تجربی مدون که بدون توجه به شرایط جغرافیایی و هیدرولوژیکی محل صورت می گیرد؛ برای استفاده در مناطقی که با کمبود یا نبود آمار بارش مواجه است. از ویژگی های حائز اهمیت این رابطه، پایه گذاری آن براساس خواص فرکتالی مقادیر بارش می باشد و در مقابل، تهیه منحنی IDF در دو روش تجربی و متداول تنها منوط به تجزیه و تحلیل های آماری و ریاضی بدون توجه به اصول فیزیکی فرآیند بارش صورت می گیرد و در نتیجه افزایش عدم اطمینان نتایج را به دنبال خواهد داشت.کلید واژگان: منحنیIDF, داده های بارش روزانه, ماهیت فرکتالی بارش, توزیع مقادیر حدی تعمیم یافته, رابطه تجربی قهرمانBackground And ObjectivesThe rainfall IntensityDurationFrequency (IDF) relationships are among the most important requirements in the field of planning, design and operation of hydraulic structures and water resources different projects. Mainly the creation of IDF curves requires statistical analysis of precipitation data at different durations and so when the study basin is no data or has limited statistics, the survey is difficult. However, in most basins, availability to daily precipitation data is easily possible. Therefore, aim of present study is an evaluation and comparison of IDF curves derived from the integrating fractal theory and generalized extreme value distribution relationship for ungaged site on the basis concept of fractal properties of precipitation with the empirically common relationships and determination of the error rate and calculation accuracy and reliability of this relationship into other relationships.Materials And MethodsIn this research, by using of data of maximum depth of annual rainfall at daily duration, construction of IDF curves with the method based on the approach of an integrated of fractal nature of rainfall data and generalized extreme value distribution was done. Then, IDF curves was created by applying Ghahraman method of the empirical relationship was given for this method and at the conventional method of statistical analysis of extreme annual rainfall data at different durations for study station. Ultimately, evaluation and quantitative and qualitative comparison of results of fractal theory method with Ghahraman empirical relationship was done. This research was applied for the Chenaran rain gauge station at latitude 〖36〗^° 〖 38〗^' 〖 38〗^" and longitude 〖59〗^° 〖07〗^' 〖53.1〗^".ResultsInvestigation of Fractal behavior in precipitation data at the Chenaran rain gauge station showed precipitation properties at time range from 1 to 7 days, follows from the simple scaling hypothesis (Monofractal) and the estimated design storm by fractal theory has a good agreement with the precipitation observed data. The results at Chenaran rain gauge station shows the accuracy superiority of an integrated of fractal theory and generalized extreme value distribution relationship with an error average 9.34 than the Ghahraman empirical relationship with an error average 16.43. In addition, estimation error of quantities IDF by the fractal theory relationship to the conventional method that is based on the real data at 24 hours duration was calculated zero. So far as the construction of IDF curves by an integrated of fractal theory and generalized extreme value distribution relationship, only is done by using the 24-hour maximum rainfall intensity data; it can be concluded; the mentioned method has the suitable accuracy and acceptable results.ConclusionThe present research is an attempt to increase the use of IDF scaling relationship than to using of compiled empirical relationships that conducted without regard to geographical and hydrological conditions; for using in regions that are faced with deficiency or the lack of rainfall data. The important characteristics of this relationship is the foundation of it based on the fractal properties of rainfall and in contrast, prepared of IDF curves in both experimental and conventional method is only depends on the statistical and mathematical analysis without attention to physical principles of precipitation process, and thus will follow increase the uncertainty of the results.Keywords: IDF curve, Daily rainfall data, Fractal nature of precipitation, Generalized extreme value distribution, Ghahraman empirical relationship
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.