فرزین سلماسی
-
آگاهی دقیق از محل برخورد جت ها در پایاب سدها به طراحان در جانمایی دقیق و مطمین حوضچه های استغراق کمک شایانی میکند. هدف از این پژوهش بررسی دقیق مسیر حرکت جت های خروجی از دریچه ها و تعیین محل برخورد آنها به پای سد به صورت عددی و آزمایشگاهی می باشد. برای شبیه سازی عددی از نرمافزار انسیس-فلوینت استفاده شد. نتایج نشان داد بین مقادیر آزمایشگاهی و مقادیر استخراج شده از روابط پرتابه جت برای پیش بینی مسیر حرکت جت های تحت فشار، اختلاف قابل توجهی وجود دارد که این اختلاف می تواند ناشی از تاثیر مقاومت هوا در داده های استخراجی از کار آزمایشگاهی باشد. برای به حداقل رساندن این اختلاف، معادله پرتابه اصلاح شد. همچنین تاثیر تغییر قطر دریچه سد و دبی جریان بر محل برخورد جت ریزشی تحت فشار به زمین بررسی شد. نتایج نشان داد با افزایش قطر در یک دبی ثابت، محل برخورد جت تحت فشار به زمین از پای سازه کمتر و با افزایش دبی در یک قطر ثابت محل برخورد جت به زمین از پای سازه بیشتر می شود. علاوه براین، نتایج شبیه سازی عددی نشان داد فشار دینامیکی و همچنین سرعت جت خروجی از دریچه به طور متوسط و به ترتیب با افزایش 145 و 242 درصدی نسبت به لبه انتهایی دریچه به زمین برخورد میکند که باید در طراحی ها مورد توجه قرار داده شود. همچنین طول شکست جت ریزشی تحت فشار در تحقیق حاضر بررسی شد و مشخص شد با افزایش سرعت اولیه جت آب، طول شکست جت ریزشی تحت فشار افزایش می یابد.کلید واژگان: جت تحت فشار, حوضچه استغراق, دریچه, فشار دینامیکی, معادله پرتابهAccurate knowledge of where jets hit downstream of dams helps designers a lot in locating plunging pools. The purpose of this study is to investigate experimentally and numerically the trajectory of pressurized jets through the gates and to determine their location downstream of the dam. Ansys - Fluent software was used for numerical simulation. The results showed that there is a significant difference between the experimental values and the values extracted from the jet projectile equations for predicting the path of the pressurized jets, and this discrepancy may be due to the effect of air resistance on flow. The existing jet trajectory equations don’t consider air resistance. To minimize this difference, the projectile equation was modified. Also, the effect of changing the diameter of the dam gate and the discharge on the point of impact of the pressurized jet on the ground surface was examined. By increasing the diameter of the dam outlet at a constant discharge, the location of impact of the impinging jet to the ground from the dam toe decreases, and with increasing discharge at a constant diameter of outlet, the place of impact of the pressurized jet to the ground from the toe of the dam increases. In addition, the numerical simulation results showed that the dynamic pressure as well as the velocity at the point of impingement of the jets on the river bed have the maximum value that should be considered in designs. The dynamic pressure as well as the velocity of the jet coming out of the gate hit the ground with an average increase of 145% and 242% relative to the end edge of the gate, respectively. In addition, the breaking length of the pressurized jet was investigated in this study, and it was found that the breaking length of the pressurized jet increases with the increase in the initial velocity of the water jet.Keywords: Pressurized jet, Plunging Pool, Gate, Dynamic Pressure, Projectile equation
-
سرریزها یکی از انواع سازه های هیدرولیکی در پروژه های آبی می باشند که با شکل مقطع مختلف به طور وسیع به منظور اهداف خاصی همچون اندازه گیری و کنترل جریان و تنظیم تراز سطح آب بالادست سازه جهت آبگیری در کانال های انتقال آب و بدنه سدها به کار گرفته می شوند. در این تحقیق خصوصیات هیدرولیکی جریان در سرریزهای لبه پهن با ترکیب بندی مختلف شیب وجه بالادست و پایین دست در شرایط با و بدون شیب تاج به روش عددی و با به کارگیری نرم افزار ANSYS FLUENT که از روش حجم محدود استفاده می کند، بررسی گردید. نتایج مدل عددی در تحقیق حاضر با نتایج آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ضریب دبی در سرریزهای BCW-UDR-PSC و BCW-UDR-NSC بزرگتر از ضریب دبی در سرریز BCW-UDR-HC می باشد. متوسط افزایش در مقدار ضریب دبی در سرریز BCW-UDR-NSC نسبت به سرریز BCW-UDR-HC در شرایطی که زاویه شیب تاج 76/4 - و 46/9 - درجه به ترتیب %18 و %25، در حالی که این افزایش در سرریز BCW-UDR-PSC نسبت به سرریز BCW-UDR-HC در زاویه شیب تاج 76/4 + و 46/9 + به ترتیب %10 و %18 می باشد. همچنین نتایج نشان داد که برای سرریز BCW-UDR-PSC ضریب دبی در محدوده 47/0-35/0 است. این در حالی است که برای سرریز BCW-UDR-PSC ضریب دبی در محدوده 48/0-42/0 می باشد. این نشان می دهد که شیب دار کردن تاج تاثیر مثبتی در افزایش ضریب دبی داشته به طوری که این افزایش در تاج با شیب منفی بیشتر از تاج با شیب مثبت می باشد که متوسط این افزایش تقریبا 8% می باشد.کلید واژگان: سرریز لبه پهن, ضریب دبی جریان, روش حجم محدود, شیب وجه بالادست و پایین دست, تاج شیب دارWeirs are one of the types of hydraulic structures in water projects that with different cross section have been widely used as flow measuring, controlling and regulating of upstream water surface for turnouts devices, in conveyance water canals or body of dams. In this study, the hydraulic characteristics of flow over broad-crested weirs including the effects of different configurations of sloping crest and upstream and downstream ramps using of finite volume method (FVM) by the ANSYS FLUENT software was investigated. Numerical simulations were validated by experimental results. The results showed that discharge coefficient (Cd) for the BCW-UR-PSC and BCW-UDR-NSC weirs are higher than the BCW-UDR-HC weir. The average increase of Cd in BCW-UDR-NSC respect to BCW-UDR-HC in such a way that θ=-4.76° and- 9.46° is 18% and 25%, while the average increase of Cd in the BCW-UDR-PSC respect to the BCW-UDR-HC for same condition (θ=+4.76° and+9.46°) is 10% and 18%. It was found that both of the BCW-UDR-NSC and BCW-UDR-PSC, the Cd increases with steeper of the crest slope (or increasing θ). Also, the results showed that for BCW-UDR-PSC, value of Cd is 0.35≤Cd≤.47, however for the BCW-UDR-NSC, values of Cd are between 0.42≤Cd≤0.48. This shows that the Cd is affected by the sloping of the crest in such a way that negative slope respect positive slope has more impact in this increase. The average increase of the Cd in BCW-UDR-NSC respect to the BCW-UDR-PSC is approximately 8%.Keywords: Broad-crested weir, Discharge Coefficient, Finite volume method, Upstream, Downstream Ramp, Sloping Crest
-
تعیین دقیق ضریب دبی نقش بسیار مهمی را در برآورد مقدار جریان از روی سرریزها دارد. لذا تخمین آن با روش های دقیق مهم می باشد. هدف از این تحقیق، مدل سازی و تخمین ضریب دبی در سرریزهای لبه پهن با مقطع طولی ذوزنقه ای می باشد. برای این منظور پس از شبیه سازی عددی جریان با نرم افزار ANSYS FLUENT و استخراج نتایج، از سه مدل هوشمند ANN (MLP) ، GEP و RF در تخمین ضریب دبی استفاده شد و نتایج آن ها مورد مقایسه قرار گرفت. ارزیابی نتایج با استفاده از معیارهای آماری R2، RMSE و KGE و هم چنین دیاگرام های گرافیکی انجام گردید. مقادیر معیارهای آماری R2، RMSE و KGE به ترتیب 906/0، 016/0 و 927/0 برای مدل ANN (MLP) 790/0، 025/0و 780/0 برای مدل GEP و 898/0، 013/0 و 841/0 برای مدل RF به دست آمد. نتایج معیارهای آماری، برتری ANN (MLP) نسبت به سایر روش ها را نشان می دهد. محدوده درصد خطای نسبی (RE%) برای مدل برتر کمتر از حدود حاصل گردید. دیاگرام ویولنی نشان داد که توزیع احتمال داده های تخمینی با مدل ANN (MLP) با داده های حاصل از شبیه سازی عددی به روش حجم محدود تطابق بسیار نزدیک و مشابهی دارد. هم چنین نمودار تابع چگالی احتمال باقی مانده ها در مدل ANN (MLP) نسبت به سایر مدل های مورد بررسی در تحقیق حاضر به توزیع نرمال نزدیکتر می باشد.
کلید واژگان: سرریز لبه پهن, ضریب دبی جریان, روش حجم محدود, مدل هوشمند, Ansys FluentAccurate determination of the discharge coefficients plays an important role in estimating the discharge of the weirs. As a result, it is significant to estimate the discharge coefficients correctly. The purpose of this study is simulation and estimation the discharge coefficients of the broad-crested weirs. Hence, numerical simulation of hydraulic characteristics of these weirs were performed by ANSYS FLUENT software and results were obtained. Then, three intelligent models of ANN (MLP), GEP and RF were used to determine the discharge coefficients and the results of these models were compared. Assessment of the results were carried out using the statistical indices as R2 , RMSE, KGE, and graphical diagrams. The amounts of R2 , RMSE and KGE for ANN (MLP) were 0.906, 0.016, 0.927, for GEP 0.790, 0.025, and 0.780, and for RF 0.898, 0.013, and 0.841 were obtained, respectively. Due to the statistical criteria results and the range of RE% (∓5%), the ANN (MLP) was selected as the superior model. Violin plot illustrates a great and close agreement between the probability distribution of estimated data with ANN (MLP) and the obtained data from the numerical simulation using the finite volume method. Furthermore, the probability density function plot of residuals in ANN (MLP) model was closer to the normal distribution function, compared with the other models in this study.
Keywords: Broad-crested weirs, Intelligence models, Discharge coefficient, finite volume method, Ansys Fluent -
سرریز لبه پهن سازه ای ساده برای اندازه گیری دبی جریان در کانال های انتقال آب است. ویژگی شکل آن و وزن زیاد آن باعث می شود تا اغلب به عنوان سرریز سدها نیز بکار رود. گاهی نیز این نوع سازه برای بدنه سد مد نظر قرار می گیرد. در این تحقیق توانایی شبکه عصبی مصنوعی و مدل درختی M5 در تخمین ضریب دبی (Cd) سرریز لبه پهن بررسی شده و نتایج این دو مدل با روش رگرسیون غیرخطی چند متغیره لجستیک قابل اعمال روی داده های گسسته مقایسه شده است. برای این کار چهار سری داده حاصل از تحقیقات متفاوت روی سرریزهای لبه پهن مستطیلی استفاده شده و پارامترهای بی بعد H1/L و H1/P به عنوان ورودی مدل ها در نظر گرفته شده و پارامتر هدف Cd به عنوان خروجی از مدل ها استخراج شده است. نتایج حاصله نشان داد که هر سه روش مذکور نتایج نسبتا دقیقی را جهت تخمین ضریب دبی سرریز لبه پهن ارایه می دهند (ANN: R=0.966 ، M5Rule: R=0.935 و Regression: R=0.84) ولی به دلیل ارایه روابط خطی ساده و قابل فهم توسط مدل درختی M5، این روش می-تواند به عنوان روشی کاربردی و جایگزین برای محاسبه ضریب دبی مد نظر قرار گیرد. همچنین H1/L مهمترین پارامتر دخیل در محاسبه ضریب دبی سرریز لبه پهن مستطیلی می باشد. تحلیل مدل درختی M5 نشان داد که 4 قانون با معادلات خطی متفاوت، الگوی تغییرات Cd را مدل می کند. تحلیل رگرسیون غیرخطی نشان داد که نقطه H1/L=0.22 محل تلاقی کلیه منحنی های تغییرات Cd به شمار می آید.
کلید واژگان: ضریب دبی, سرریز لبه پهن, شبکه های عصبی مصنوعی, رگرسیون غیرخطی, مدل درختی M5Broad-crested weirs can be used to make discharge measurements in irrigation canals; the entrance of stepped weirs or chutes is sometimes designed as a broad-crested weir structure. These structures are also sometimes used for the dam body. In this study, the Artificial Neural Network (ANN) and M5 model tree methods are used to predict discharge coefficients (Cd ) for broad-crested weirs. The results from these two models are compared with nonlinear regression equations. Four series of data obtained from different rectangular broad-crested weirs have been used and important dimensionless parameters have been defined. Results show that the ANN procedure is superior to the M5 model and regression approaches. The accuracy for ANN is quantified by R=0.966 and RMSE=0.038. All three methods are able to provide a reasonable prediction for Cd ; the M5 model tree provides four linear equations that can be used to estimate Cd . The shape of the Cd contours shows that the effect of weir height (P) exceeds that of the weir length (L).
Keywords: Discharge Coefficient, Broad crested weir, artificial neural network, nonlinear regression method, M5 model tree -
سرریزها از جمله سازه هایی هستند که به منظور اندازه گیری دبی جریان و کنترل سطح آب دارای اهمیت بوده و به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. تحقیقات انجام شده نشان می د هند که ضریب دبی در سرریز لبه پهن عدد ثابتی نبوده و تابعی از پارامترهایی مانند طول سرریز، ارتفاع سرریز، ارتفاع آب بالادست سرریز، شیب بالادست و پایین دست است. در این تحقیق به-صورت شبیه سازی عددی، تاثیر پارامترهای مذکور بر روی ضریب دبی جریان مورد بررسی قرار گرفت. برای شبیه سازی عددی از نرم افزار Ansys Fluent استفاده شد. نتایج نشان داد که شیب وجه پایین دست تاثیر چندانی روی ضریب دبی جریان ندارد. به-ازای مقادیر "1/0"<H_1/w<"4/0" با کاهش شیب بالادست مقدار ضریب دبی افزایش می یابد (H1 بار آبی روی تاج سرریز و w طول تاج است). به ازای مقادیر "1/0"<H_1/w<"4/0" با کاهش ارتفاع سرریز (p)، ضریب دبی افزایش می یابد. به ازای مقادیر "16/0"<H_1/p<"2" با کاهش طول تاج، ضریب دبی افزایش می یابد. مقایسه بین نتایج شبیه-سازی عددی با داده های آزمایشگاهی سایر محققین انجام و ضریب تبیین (R2) بین 71/0 تا 86/0 بدست آمد. علاوه بر ضریب دبی، استخراج سایر اطلاعات جزیی تر مانند پروفیل سطح آب، پروفیل عمقی سرعت در مقاطع مختلف در بالادست، پایین دست و روی سرریز به همراه کانتورهای فشار انجام شد و مقایسه هایی با سایر تحقیقات در گذشته به عمل آمد.
کلید واژگان: سرریز, لبه پهن, ضریب دبی, شیب وجه بالادست, اندازه گیری دبیWeirs are structures that are important for measuring flow and controlling water levels. Previous studies have shown that the discharge coefficient is not constant and depends on the weir crest length, the height of weir, the upstream head, and the weir upstream and downstream slopes. In this study, the effect of these parameters on the discharge coefficients (Cd) are investigated by numerical simulation. Results showed that the downstream face slope has little effect on Cd. For 0.1<H1/w<0.4 by decreasing the upstream slope, Cd increases, where H1 is the water head on the weir crest and w is the length of the crest. Also, for the same range, by decreasing the height of the weir (p), the Cd increases. For 0.16<H1/p<2, as the length of the crest decreases, the Cd increases. By comparing the numerical simulation results to physical measurements, determination coefficient (R2) was between 0.71-0.86. In addition to Cd, extraction of other more detailed information such as water level profiles and velocity profiles at different locations are provided and comparison with other studies was carried out.
Keywords: Broad-crested, weir, Discharge Coefficient, weir upstream face slope, Flow Measurement -
در این پژوهش عملکرد سرریز کنگره ای با مقطع ذوزنقه در ارتفاع های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، هندسه سرریزها در نرم افزار Inventor طراحی و با فراخوانی در نرم افزار Flow3D، شبیه سازی انجام شد. صحت سنجی مدل با داده های آزمایشگاهی انجام شد که نتایج مدل هماهنگی مناسبی با نتایج داده های آزمایشگاهی داشت. تحلیل نتایج نشان داد با کاهش ارتفاع سرریز (P)، ضریب دبی جریان (Cd) به دلیل تداخل جریان ناشی از افزایش بار هیدرولیکی روی سرریز افزایش می یابد. به طور متوسط ضریب دبی جریان به ازای کاهش 44 درصدی ارتفاع سرریز در تمامی مدل ها 2 الی 3 درصد افزایش داشت. در تمام مدل های شبیه سازی شده با افزایش بار آبی نسبی، روند کاهشی ضریب دبی جریان نیز کاهش یافت. در طول دماغه ثابت، با افازیش 100 درصدی زاویه سرریز، میانگین ضرایب دبی هر سه ارتفاع سرریز 20 الی 25 درصد افزایش یافت. در زاویه ثابت سرریز، افزایش 40 درصدی طول دماغه، میانگین ضرایب دبی هر سه ارتفاع را 12 الی 15 درصد افزایش داد. در نتیجه در زاویه ثابت، افزایش طول دماغه تاثیر بیشتری نسبت به حالت دوم (طول دماغه ثابت و افزایش زاویه سرریز) روی ضریب دبی دارد. این موضوع در طراحی اولیه سرریزهای کنگره ای برای داشتن بیشینه مقدار ضریب دبی اهمیت داشته و باید مورد توجه قرار گیرد.
کلید واژگان: ارتفاع سرریز, بار آبی, سرریز کنگره ای ذوزنقه ای, ضریب دبی, Flow3DThis study investigated the performance of a labyrinth weir with a trapezoidal cross-section at different heights. For this purpose, the geometry of the weirs was designed in Inventor software, and simulation was performed in Flow3D software. Validated the model with laboratory data, and the results of the model were in good agreement with the results of laboratory data. Examined the numerical model at three heights of 10, 14 and 18 cm and three different angles and two apex widths; Analysis of the results showed that with decreasing the weir height (P), the discharge coefficient (Cd) increases. Reducing the weir height by 44% increased the average discharge coefficient by 2 to 3%. In all simulated models, with decreasing relative water head, the decreasing trend of discharge coefficient was also reduced. During the constant crest length, with a 100% increase in the weir angle, the discharge coefficient of all three weir heights increased by 20 to 25%. A 40% increase in crest length at a fixed angle increased the average discharge coefficients of all three heights by 12 to 15%. As a result, at a constant angle, the increase in crest length is greater than the second case (constant crest length and increase in weir angle) on the flow rate; This is important in designing labyrinth weirs to have a maximum discharge coefficient and should be considered.
Keywords: Discharge coefficient, Flow3D, Trapezoidal labyrinth weir, Water head, Weir Height -
درسال های اخیر، هزینه انرژی در مقابل سایر هزینه های بخش کشاورزی، افزایش بیشتری داشته است. بازنگری شرایط ایستگاه های پمپاژ کشاورزی، چگونگی مصرف انرژی در آنها و استفاده از روش های جدید طراحی به منظور افزایش راندمان نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی دارند. در سامانه های تحت فشار لوله ها، معمولا از پمپ با دور ثابت استفاده می شود. زمانی که میزان تقاضای طرح متفاوت از تقاضای طراحی شود، می توان بدون ایجاد تغییر خاصی در سامانه، با تغییر دور پمپ، مقدار تقاضای مورد نیاز (دبی و هد) را تامین کرد. با استفاده از یک مدار الکترونیکی راه انداز می توان فرکانس برق را تغییر و سرعت چرخش موتور پمپ را تغییر داد. در این تحقیق کاربرد پمپ های دور متغیر در سامانه های آبیاری تحت فشار مورد بررسی قرار گرفت. دو سناریوی ایستگاه پمپاژ شامل پمپ با دور ثابت و پمپ با دور متغیر طراحی شد. نتایج تحقیق نشان داد به کارگیری پمپ با دور متغیر به طور متوسط راندمان پمپ را 7/18درصد افزایش می دهد. برق مصرفی برای ایستگاه پمپاژ با دور متغیر در طول فصول آبیاری 6/1288 کیلووات- ساعت انرژی کمتری نسبت به پمپ با دور ثابت مصرف می کند. سامانه پمپ با دور متغیر 6/57 درصد در مقایسه با روش بهره برداری با پمپ دور ثابت، باعث صرفه جویی در انرژی برق مصرفی می شود. لذا استفاده از پمپ با دور متغیر در سامانه های تحت فشار توصیه می شود.
کلید واژگان: ایستگاه پمپاژ, پمپ با دور متغیر, لوله تحت فشار, راندمان, برق مصرفیWater pumping stations usually use fixed speed pumps that have a good efficiency over a small range of pressure and flows. If different flows and pressures are required, unsuitable pump speeds will yield excessive energy losses. This imposes additional costs, especially on pressurized irrigation systems, which are constantly changing their irrigation needs, sometimes monthly. In pressurized water distribution systems, a constant speed pump is often used because of its simplicity. However, constant speed pipes are not easily able to deal with changing demands in water flows. When the demand for the discharge differs from the design discharge, the required demand (discharge and head) could be met by changing the pump speed without making any special changes in the system. Using an electronic drive circuit, the electrical frequency can be changed and the rotation speed of the pump motor can thus be modified. In this study, the application of variable speed pumps in pressurized irrigation systems is investigated. Two pumping station scenarios including a fixed speed pump and a variable speed pump are considered. The results show that using a variable speed pump increases the average pump efficiency by 18.7%. In addition, the variable speed pump system reduces the electrical consumption 57.6 % compared to a fixed speed pump. Therefore, the use of variable speed pumps in pressurized systems is recommended.
Keywords: Pumping station, variable speed pump, pressurized pipe, EFFICIENCY, pump power -
در طراحی سازه های هیدرولیکی از دیوارهای آب بند برای کنترل نیروی بالابرنده و گرادیان هیدرولیکی خروجی استفاده می گردد. در این تحقیق نحوه قرارگیری دیوار آب بند دوگانه در زیر سازه های هیدرولیکی از لحاظ موقعیت، فاصله و همچنین عمق کارگذاری آن ها به روش عددی مورد بررسی قرار گرفت. حل معادلات حاکم به همراه شرایط مرزی، به روش المان های محدود (FEM) انجام گرفت. نتایج نشان داد که اگر دیوار آب بند پایین دست از دیوار آب بند بالادست عمیق تر باشد، باعث افزایش برآیند نیروی بالابرنده نسبت به حالت بدون دیوار آب بند خواهد شد. به ازای یک عرض ثابت برای سازه، با کاهش فاصله دو دیوار آب بند نسبت به هم، نیروی بالابرنده (U) کاهش پیدا می کند. هر چه عرض سازه کمتر و یا عمق پی نفوذپذیر بیشتر باشد، نیروی بالابرنده کمتر خواهد بود. با افزایش فاصله دو دیوار آب بند نسبت به هم و افزایش عمق دیوار آب بند انتهایی، گرادیان هیدرولیکی خروجی (GR) کاهش می یابد. مقدار GR هنگامی که دو دیوار آب بند در ابتدا و انتهای سازه قرار داشته باشند نسبت به حالتی که دیوار آب بند انتهایی در موقعیت 33/0 L=/B و 66/0 L=/B نسبت به دیوار آب بند ابتدایی باشد، کمتر خواهد شد. مقایسه نتایج حاصل از مدل عددی با نتایج ارایه شده در تحقیقات قبلی برای یک شرایط یکسان نشان داد که حداکثر خطا در مدل عددی جهت برآورد فشار آب منفذی در انتهای سازه (Pc) و گرادیان هیدرولیکی خروجی (GR) کمتر از 5% می باشد.
کلید واژگان: دیوار آب بند, نیروی بالابرنده, گرادیان هیدرولیکی خروجی, سازه هیدرولیکی, المان محدودIn design of hydraulic structures cutoff walls are needed for reduction of uplift force and exit hydraulic gradient. Upstream cutoff wall is used for reduction of the uplift force and downstream cutoff wall is used for reduction of the exit hydraulic gradient. This study tends to numerically investigate the double-cutoff beneath the hydraulic structures with variation in their location, distance and depth. Governing equations with boundary conditions are solved using the finite element method (FEM). Results showed that if the downstream cutoff wall is deeper than upstream cutoff wall, the resultant of uplift force would be more than the uplift force without cutoff walls. With a constant value for hydraulic structures width (B), decreasing in distance between two cutoffs (L), results the reduction in uplift force. Increasing in impermeable depth (D) and reduction in B, yields lower uplift force. Increasing in downstream cutoff depth (d2) and L, results reduction in exit hydraulic gradient (GR). When the two cutoffs are located in the end of the hydraulic structure, GR is lower than that when the downstream cutoff is located in L/B=0.33 and L/B=0.66 from upstream cutoff. Comparison between the available analytical solutions for two equal ending cutoffs with FEM, showed that FEM can predict PC and GR with maximum 5% error.
Keywords: Cutoff wall, Uplift force, Exit Hydraulic Gradient, hydraulic structures, finite element -
سرریزها یکی از انواع سازه های هیدرولیکی می باشند که در سیستم های انتقال آب به منظور اهداف خاصی همچون افزایش عمق جریان در بالادست سازه جهت آبگیری و یا اندازه گیری دبی جریان به کار گرفته می شوند در این تحقیق به بررسی پارامترهای هیدرولیکی جریان و چگونگی وقوع جریان موجکی در سرریزهای لبه پهن مستطیلی به روش عددی با استفاده از روش حجم محدود پرداخته شد و نتایج آن با روش آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که محدوده ضریب دبی برای داده های آزمایشگاهی 321/0 تا 332/0 این درحالی است که با استفاده از مدل عددی این محدوده بین301/0 الی 354/0 می باشد. همچنین مشاهده گردید که در صورتی که عدد فرود جریان در مقطعی که کمترین عمق در روی تاج (dmin) اتفاق می افتد کمتر از مقدار 5/1 باشد (5/1>(Fr1، در بالای تاج سرریز موجک هایی به فرم سینوسی تشکیل می گردد، که می تواند دقت در قرایت اشل را کاهش و باعث ایجاد خطا در برآورد دبی عبوری گردد. برای جلوگیری از وقوع جریان موجکی، عمق جریان نباید از حد معینی کمتر گردد. در تحقیق حاضر جریان موجکی در شرایطی که نسبت عمق آب روی تاج سرریز به طول تاج سرریز در جهت جریان بزرگتر از 1/0 باشد(1/0 H/L) مستعدتر از سرریزهای لبه پهن حقیقی(4/0 H/L< ≤1/0) می باشد. همچنین با استفاده از روش رگرسیونی، رابطه ای برای تعیین ضریب دبی سرریزهای لبه پهن حقیقی با دقت بالاتر ارایه گردید.
کلید واژگان: سرریز, لبه پهن حقیقی, ضریب دبی جریان, جریان موجکی, روش حجم محدودWeirs are common hydraulic structures that can be used in conveyance water canals for increasing the water depth upstream of turn outs or measurement of flow discharge. In this study the effect of hydraulic parameters and creation conditions of undular flow in broad crested weirs were investigated numerically using the finite volume method and the results were evaluated by the experimental method of other researchers. Results indicated that discharge coefficient (Cd) for experimental data are between 0.321-0.332, whereas Cd for numerical simulation (using ANSYS FLUENT) are between 0.301-0.354. Over the crest where the minimum water depth (dmin) is happen, when Fr1 is less than 1.5 (Fr10.1. Thus it can be resulted that long broad -crested weirs (H/L
Keywords: Broad crested, weir, Discharge Coefficient, undular flow, Finite volume method -
در این تحقیق، خصوصیات جریان و پارامترهای فشار در پرش هیدرولیکی در یک فلوم آزمایشگاهی بررسی شده است. نتایج حاصل برای اعداد فرود اولیه مختلف (Fr1) در پاییندست سرریز اوجی در کف حوضچه آرامش نوع دو USBR با حوضچه های نوع یک USBR مقایسه شده است. ابعاد سرریز اوجی شکل و حوضچه آرامش، بر اساس معیارهای USBR طراحی شدهاند. داده های فشار نقاط در کف حوضچه با استفاده از مبدل های فشار با بسامد 20 هرتز ثبت شده اند. پارامترهای آزمایشگاهی شامل عمق و سرعت جریان در موقعیت های ابتدا و انتهای پرش آزاد (Y1، Y2، V1، و V2)، و پرش مستغرق (Y3، Yt، V3، و Vt) اندازه گیری شدند. در تحقیق حاضر، پارامترهای بی بعد راندمان استهلاک انرژی (εt)، ارتفاع نظیر فشار متوسط (Ψ*X)، انحراف معیار نوسانات فشار (Φ*X)، ضریب حداکثر نوسان فشارهای مثبت (CP+)، ضریب حداکثر نوسان فشارهای منفی (CP‒)، ضریب کل نوسانات فشار (CP) و ضریب چولگی (Ad) بررسی شدند. مقادیر پارامترهای فشار تابع Fr1، موقعیت نقطه (Γ*X) و درجه استغراق (S) هستند. نتایج نشان داد که با کاهش مقادیر Fr1، پارامتر εt کاهش می یابد. پارامتر Φ*X max در حوضچه نوع دو USBR در مقایسه با حوضچه های نوع یک در پرش آزاد، در حدود 30 درصد کاهش می یابد. کاهش مقادیر Φ*X max در پرش مستغرق با S=1.4در مقایسه با پرش آزاد، در حدود 29 درصد است. مقادیر ضرایب CP+max و |CP‒|maxدر پرش مستغرق با S=1.4 در مقایسه با پرش آزاد، به طور متوسط به ترتیب برابر با 15 و 17 درصد کاهش می یابند.
کلید واژگان: انحراف معیار نوسانات فشار, حوضچه آرامش USBR, درجه استغراق, سرریز اوجی, ضرایب فشارIn this study, flow characteristics and pressure parameters of hydraulic jumps has been investigated in a laboratory flume. The results for different incident Froude numbers (Fr1), at the downstream of an Ogee spillway on the typified USBR II stilling basin bed were compared with the USBR type I basins. Dimensions of the Ogee spillway and stilling basin were designed according to the USBR criteria. The pressure data of the points on the basin bed were recorded using pressure transmitters with 20 Hz frequency. Experimental parameters including flow depth and velocity at the start and end points of free jumps (Y1, Y2, V1 and V2), and submerged jumps (Y3, Yt, V3 and Vt) were measured. In the present study, dimensionless parameters of energy dissipation efficiency (εt), mean pressure head (Ψ*X), standard deviation of pressure fluctuations (Φ*X), maximum positive pressure fluctuation coefficient (CP+), maximum negative pressure fluctuation coefficient (CP‒), total pressure fluctuation coefficient (CP) and skewness coefficient (Ad) were investigated. Pressure parameters are dependent on Fr1, the point position (Γ*X), and the submergence degree (S). The results showed that by reducing the values of Fr1, parameter εt decreases. The parameter Φ*X max in the USBR type II basin decreases around 30% compared to the type I basins in free jumps. The reduction of Φ*X max values in the submerged jump with S=1.4 is about 29% than free jumps. The values of CP+max and |CP‒|max coefficients in the submerged jump with S=1.4 in comparison with free jumps decreases about 15% and 17%, respectively.
Keywords: Ogee spillway, pressure coefficients, standard deviation of pressure fluctuations, submergence degree, USBR stilling basin -
پیش بینی فشار آب حفره ای، نشست، تنش خاک و ضریب فشار آب حفره ای (R_u) در بدنه سدهای خاکی در زمان ساخت یکی از اقدامات ضروری در مدیریت پایداری سدهای خاکی است. بنابراین تخمین آن ها با روش های دقیق بسیار مهم است. چون رفتار سد خاکی غیرخطی است، بنابراین باید از روش المان محدود و مدل های رفتاری مناسب استفاده نمود. در تحقیق حاضر که به صورت مطالعه موردی است، شبیه سازی عددی به صورت سه بعدی با استفاده از نرم افزار پلاکسیس در سد کبودوال استان گلستان انجام گرفت و مقادیر حاصل از شبیه سازی عددی با تحلیل برگشتی با مقادیر نظیر داده های ابزار دقیق سد مقایسه شد و پارامترهای واقعی مصالح به کار گرفته شده در بدنه سد، با آنالیز برگشتی به دست آمد. نتایج نشان داد که مدل HS با شاخص های آماری ضریب تبیین (R^2)، میانگین مربع خطاها (RMSE) و نیز میانگین هندسی نسبت خطا (GMER) در مقایسه با مدل رفتاری MC در بدنه سد دقت بیشتری دارد. نتایج مدل عددی واسنجی شده در پایان ساخت سد کبودوال، نشان داد که بیشینه افزایش فشار آب حفره ای، تنش، نشست و جابجایی افقی در بخش مرکزی اتفاق افتاده و مقدار آن در محور و بخش میانی سد بیشتر از طرفین آن است. قسمت میانی و نزدیک به محور سد تغییرات مشابهی با روند بارگذاری بدنه سد دارد؛ درحالی که با دور شدن از محور سد به دلیل انتقال تنش ها به صورت مایل (چرخش المان تنش) تاثیرپذیری کمتری از روند خاکریزی دارند، همچنین در بخش مرکزی تاثیرات ناشی از زهکشی مصالح فیلتر و زهکش حداقل است.
کلید واژگان: سد خاکی کبودوال, پلاکسیس, المان محدود, تحلیل برگشتی, مدل رفتاری خاک سخت شوندهAccurate prediction of pore water pressure, settlement, soil stress and pore water pressure coefficient (Ru) in the body of earth dams during construction is one of the necessary measures in the management of earth dam stability. In the present study, which is a case study, a three-dimensional numerical simulation was performed using the Plaxis software for the Kabudval Dam located in Golestan province, Iran. The values obtained from the numerical simulation were compared with the corresponding measured values using the dam instruments. Calibration was carried out using back analysis method (BAM) and some dam geotechnical parameters were corrected based on BAM. The results showed that the hardening soil (HS) model with the statistical indicators of R2, RMSE and GMER is more accurate compared with the Mohr- Coulomb (MC) model. The results of the numerical model were calibrated at the end of construction for Kabudval Dam and showed that the maximum increase in pore water pressure, stress, settlement and horizontal displacement occurs in the central part and its value in the axis and middle part of the dam is more than its sides. The middle part and close to the dam axis have similar changes with the fill process of the dam body; while with moving away from the dam axis due to the transfer of stresses to the sides, they have less impact from the dam filling process. In addition, in the central part, the effects of filter and drainage is low.
Keywords: Kabodval dam, Plaxis, finite element method, back analysis, Hardening soil behavior -
در این تحقیق با استفاده از مدل فیزیکی، مولفه های مختلفی که بر روی افت انرژی جریان عبوری از روی سرریزهای پله ای توری سنگی موثر هستند، مطالعه و با نتایج دیگر محققان نیز مقایسه صورت گرفته است. جریان عبوری از سرریز توری سنگی هم به صورت درون گذر و هم به صورت روگذر انجام گرفت. دامنه دبی بکار رفته در این تحقیق در محدوده 5 الی 65 لیتر بر ثانیه است. از ذرات یکنواخت با سه قطر متوسط 10، 25 و 40 میلی متر استفاده شد. ارتفاع و عرض مدل های فیزیکی ساخته شده از سرریز پلکانی توری سنگی به ترتیب 60 و 40 سانتی متر، با پله های 3 تایی و شیب نمای پایین دست سرریزها (افقی: عمودی) 1:1، 1:2 و 1:3 هستند. آستانه های انتهایی به کار گرفته شده مستطیلی و شیب دار هستند. نتایج نشان داد که تاثیر آستانه ها در سرریزهای پله ای توری سنگی با شیب نمای پایین دست کمتر، بیشتر از حالتی است که سرریز دارای شیب نمای پایین دست تندتر است. تاثیر آستانه ها بر افت انرژی جریان در سرریز با مصالح 40 میلی متر و شیب نمای پایین دست 1:2 حدود 10 درصد بیشتر از همان سرریز با شیب نمای پایین دست 1:1 بوده و در سرریز با مصالح 10 میلی متر و شیب نمای پایین دست 1:2 حدود 30 الی 35 درصد بیشتر از همان سرریز با شیب نمای پایین دست 1:1 است. لذا وجود آستانه ها در سرریز پله ای با بدنه مصالح 10 و 40 میلی متر به ترتیب بیشترین و کمترین تاثیر را بر افت انرژی جریان دارند. از طرفی تاثیر آستانه مستطیلی بر افت انرژی جریان حدود 3 الی 4 درصد بیشتر از تاثیر آستانه مثلثی است.
کلید واژگان: توری سنگی, سرریز پله ای, آستانه مستطیلی, آستانه شیب دار, افت انرژیIn this study, different components that affect energy dissipation on flow over gabion-stepped spillways were investigated using physical models, and comparisons were made with the other studies. Flow over gabion spillway was conducted in both through flow and overflow simultaneously. The discharge is in the range of 5 to 65 liters per second. Uniform particles with three medium diameters of 10, 25, and 40 mm were used. The height and width of the physical models were 60 and 40 cm, respectively, with 3 steps and the downstream slope of weirs was 1:1, 1:2, and 1:3 (V: H). Tow end sills including rectangular and inclined shapes were used. The results showed that the effect of end sills in gabion-stepped weirs with lower slope is more than that of weirs comprising higher slope. The effect of the end sills on the energy dissipation in the weir for d50=40 mm and S=1:2 is about 10% more than the weir with d50=10 mm and S=1:1. In weir including d50=10 mm and S=1:2 is about 30 to 35 percent more than the weir with d50=10 mm and S=1:1. Therefore, the existence of end sills in the weirs with the body of materials of d50=10 and 40 mm have the highest and the least effects on the energy dissipation. On the other hand, the effect of the rectangular end sill on the energy loss is about 3-4% more than that the effect of the triangular end sill.
Keywords: energy loss, Gabion, Inclined end sill, Rectangular end sill, Stepped weir -
هدف از این تحقیق، ارایه یک رابطه برای تعیین ضریب دبی سرریزهای لبه تیز پلان مثلثی است که در نهایت یک رابطه رگرسیونی با استفاده از داده های آزمایشگاهی بر اساس پارامترهای h/p و α با دقت زیاد ارایه شد. برای این منظور از دو مدل هوش مصنوعی ANN و GEP و نیز دو روش رگرسیونی MR-linear و MR-nonlinear در تخمین پارامتر بی بعد h/p و رابطه دبی - اشل این سرریزها استفاده شد. ارزیابی نتایج به دست آمده با استفاده از معیارهای آماری R2، RMSE، NSE و RE% انجام گردید. مقادیر معیارهای آماری R2، RMSE، NSE و RE% به ترتیب 998/0، 0076/0، 997/0 و %74/1 برای مدل ANN، 983/0، 0301/0، 998/0 و% 86/6 برای مدل GEP،986/0، 0196/0، 985/0 و% 09/4 برای مدل MR-linear و 987/0، 0197/0، 984/0 و % 09/4 برای مدل MR-nonlinear به دست آمد. نتایج معیارهای آماری، برتری ANN نسبت به سایر روش ها را نشان می دهد. علاوه بر این، نتایج نشان داد که در سرریزهای پلان مثلثی بسته به زاویه قرارگیری، مقدار ضریب دبی جریان 1 الی 8 درصد نسبت به سرریزهای هم عرض کانال افزایش می یابد. ضمنا در شرایطی که بار آبی روی تاج این سرریز ها کم باشد، کارایی بهتری از خود نشان خواهند داد.کلید واژگان: سرریز لبه تیز پلان مثلثی, ضریب دبی جریان, دبی - اشل, ANN, GEPThe purpose of this study is to provide an equation for prediction of discharge coefficient (Cd) for triangular plan sharp-crested weirs. Using laboratory data, a regression equation was presented based on h/p and α parameters with a reasonable accuracy. In addition, the performance of artificial neural network (ANN), gene expression programming (GEP) models and regression models (MR-linear and MR-nonlinear) in the estimation of the h/p was investigated. The stage-discharge relationship for triangular sharp-crested weirs was investigated. The results were evaluated using statistical criteria R2, RMSE, NSE and RE%. The values of the R2, RMSE, NSE and RE% were respectively, 0.998, 0.0076, 0.997 and 1.74% for ANN, 0.983, 0.0301, 0.998 and 6.86% for GEP, 0.986, 0.0196, 0.985 and 4.09% for MR-linear and 0.987, 0.0197, 0.984 and 4.09% for MR-nonlinear. The results of statistical criteria indicated the superiority of ANN as compared to other methods. In addition, results showed that based on the angle of the triangular sharp-crested weirs, the Cd is increased from 1 to 8 % respect to the normal sharp-crested weirs with identical width (suppressed weirs). In a situation where the head on the crest of these weirs is low, they will show better performance.Keywords: Triangular in plan sharp-crested weirs, Discharge coefficient, Stage-discharge, ANN, GEP
-
دبی جریان عبوری از روی سرریز اوجی به طول سرریز، بار آبی بالادست و ضریب دبی جریان بستگی دارد. عوامل متعددی نیز بر ضریب دبی جریان اثر می گذارند. در این پژوهش، به بررسی برخی از پارامترهای موثر بر ضریب دبی سرریز اوجی مانند: شیب وجه بالادست، ارتفاع کف بند و استغراق پایین دست پرداخته شده است. بدین منظور، مدل های فیزیکی از سرریز اوجی ساخته شد. این مدل ها دارای شیب متفاوت در وجه بالادست (وجه قایم و شیب های 18، 33 و 45 درجه)، دارای ارتفاع کف بند متفاوت 3، 5، 7 و 10 سانتی متری در پایین دست در حالت جریان آزاد و سرریز اوجی دارای شیب وجه قایم بالادست ولی در حالت مستغرق می-باشند. نتایج نشان داد که برای همه سرریزها، ضریب دبی با افزایش پارامتر P/He ابتدا سیر صعودی داشته و سپس روند ثابتی دارد. مقدار ضریب دبی از حدود 25/2 در حالت جریان آزاد به 15/2 در حالت جریان مستغرق کاهش می یابد. به ازای یک بار آبی (He) معین، سرریزهای دارای کف بند و حالت مستغرق، میزان دبی کمتری از خود عبور می دهند. همچنین با استغراق سرریز با شیب وجه قایم بالادست، نحوه ی تغییر ضریب دبی نسبی با پارامتر (h_d/H_e)، ابتدا روند ثابتی داشته و سپس کاهش یافته است. آستانه ی استغراق (hd/He) در این پژوهش برای این سرریز 75/0 می باشد و با افزایش نسبت استغراق (hd/He) از حدود 75/0 تا 1، ضریب دبی نسبی (Cs/C0) از 88/0 به 24/0 کاهش می یابد.
کلید واژگان: سرریز اوجی, ضریب دبی, شیب بالادست, ارتفاع کف بند پایین دست, جریان آزاد و مستغرقDischarge over the ogee weir is related to the length of crest, upstream total head and discharge coefficient. Also discharge coefficient is influenced by several factors. In this study, some parameters that are affecting the discharge coefficient in ogee weir are investigated. These are: ogee weir upstream slope, apron elevation and downstream submergence. In this regard, some ogee weir physical models were fabricated. These models include: (1) ogee weir with vertical upstream face; (2) ogee weir with inclined upstream face (18, 33, and 45 degrees); (3) ogee weirs with downstream apron elevations (3, 5, 7, and 10 cm thickness) in free flow; and (4) ogee weir with vertical upstream slope in submerged flow condition. Results show that in all the ogee weirs, the discharge coefficient (C) increases with increasing (P/He), and then remain constant. The value of discharge coefficient decreases from 2.25 (in free flow) to 2.15 (in submerged flow). For a constant value of head over ogee weirs (He), the discharge coefficient decreases with increasing in downstream apron elevation and submergence. The relative discharge coefficient has constant trend at beginning with parameter (hd/He), then has decreasing trend. The threshold value for submergence (hd/He), is 0.75 in ogee weir in this study. With increasing relative submergence (hd/He) from 0.75 to 1, the relative discharge coefficient (Cs/C0) decreases from 0.88 to 0.24.
Keywords: Ogee weir, Discharge Coefficient, upstream slope, downstream apron elevation, free, submerged flow -
در این تحقیق تاثیر قطر و موقعیت لوله های زهکش در پی سد های وزنی بر روی نیروی بالابرنده ،گرادیان هیدرولیکی خروجی و نشت مورد بررسی قرار گرفت. برای نیل به این هدف از نرم افزار Seep/w که متعلق به بسته نرم افزاری Geo-Studio می باشد استفاده و پی یک سد وزنی شبیه سازی گردید. نتایج نشان داد که وجود لوله های زهکش در زیر سد وزنی، باعث کاهش 4، 6 و 9 برابری به ترتیب برای نیرو ی بالابرنده، گرادیان هیدرولیکی خروجی و نشت می-گردد. تعبیه همزمان دو لوله زهکش که یک چهارم عرض کف سد وزنی (L25/0) از هم فاصله دارند، در پاشنه سد وزنی و در عمق D26/0 کمترین نیروی بالابرنده را نتیجه داد (D عمق نفوذپذیر پی سد است). همچنین با مشخص شدن بهترین موقعیت برای تعبیه لوله های زهکش مشاهده گردید که کارگذاری لوله های زهکش در این موقعیت ها باعث کاهش 41 تا 67 درصدی در حجم سد وزنی مورد مطالعه و افزایش 2 تا 3 برابری ضریب اطمینان در مقابل واژگونی سازه مورد نظر می گردد. همچنین مشخص گردید که انتخاب قطر لوله زهکش تخلیه تاثیر کمتری بر نیروی بالابرنده، گرادیان هیدرولیکی خروجی و نشت دارد و تابع ملاحظات اجرایی می باشد. برای اعتبار سنجی، روش عددی به کار رفته در این پژوهش با روش آزمایشگاهی دیگران نیز مقایسه گردید و تطابق مناسبی مشاهده شد.
کلید واژگان: المان های محدود, سد وزنی, گرادیان هیدرولیکی خروجی, لوله زهکش, نیروی بالا برندهIn this study, the effects of diameter and location of drain pipes in uplift force, exit hydraulic gradient and seepage in the foundation of gravity dams are investigated. For this purpose, the SEEP/W software as a subgroup of Geo-Studio software is implemented and foundation of a gravity dam is simulated. The results showed that the existence of drain pipes under the gravity dam, reduce 4, 6, and 9 times of uplift force, exit hydraulic gradient and seepage respectively. Installation of two drain pipes with 0.25L distance from each other and in depth of 0.26D near the dam heel, presents more suitable position respect to uplift force reduction (D is the pervious foundation depth). Also, by defining the best position for the location of drain pipes, it was observed that drainage pipes in these situations reduce 41-67% in the volume of the studied dam and increase the safety factor up to 2 to 3 times against the dam overturning. It is also found that the drainage pipe diameter has less effect on uplift force, exit hydraulic gradient and seepage and and is controlled by the rules of the executive. For validation, the numerical method used in this study was compared with the laboratory method by others and a suitable match was observed.
Keywords: Drain pipe, Exit Hydraulic Gradient, Finite elements method, gravity dam, Uplift force -
سرریزهای لبه تیز پلان مثلثی، سرریزهایی هستند که از یک لبه مستقیم و صاف برخوردار نبوده و در پلان، از حالت خطی شکسته برخوردار می باشند. هدف از این تحقیق ارایه یک رابطه برای تعیین ضریب دبی جریان این نوع از سرریزها می باشد که در نهایت یک رابطه رگرسیونی با استفاده از داده های آزمایشگاهی بر اساس پارامترهای هندسی h/p و α ارایه شد. برای صحت سنجی، نتایج حاصل از این رابطه با نتایج مدل عددی فلوینت مورد مقایسه قرار گرفت که حاکی از دقت بالای رابطه مذکور بود. علاوه بر این به عملکرد مدل های هوشمند شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، برنامه ریزی بیان ژن (GEP) و مدل های رگرسیونی چند متغیره خطی و غیر خطی در کاربرد رابطه دبی - اشل سرریزهای لبه تیز پلان مثلثی پرداخته شد. ارزیابی نتایج به دست آمده با استفاده از معیارهای آماری R2، RMSE، NSE و RE% انجام گردید. مقادیر معیارهای آماری R2، RMSE، NSE و RE% برای مدل ANN به ترتیب 998/0، 0076/0، 997/0 و %74/1 به دست آمد که نشان از برتری این مدل نسبت به سایر روش ها را دارد. همچنین نتایج نشان داد که در سرریزهای پلان مثلثی بسته به زاویه قرارگیری، میزان ضریب دبی جریان 1 الی 8 درصد نسبت به سرریزهای هم عرض کانال افزایش می یابد.
کلید واژگان: سرریز, پلان مثلثی, ضریب دبی, دبی - اشل, انسیس فلوئنتThe triangular in plan sharp-crested weirs do not have a direct and straight edge and are in good agreement with the broken line. The aim of the present study is to provide an equation for discharge coefficient (Cd) for these types of weirs. Cd is between 0.53-0.88 based on the observed data. For =15 degrees Cd has highest value and thus weir can convey maximum discharge. Using laboratory data based on h/p and α parameters, a regression equation was presented. The results of the regression equation were compared with the results of the numerical model (Ansys Fluent) and the results showed the high precision of this equation. Ansys Fluent software works based on finite volume method. The numerical simulation is 3D. In addition, the performance of MR-Linear and MR-nonlinear regression models on the application of the stage-discharge equation the triangular in plan sharp-crested weirs were investigated and indicated that the result of this equations is very similar to results of the experimental data. The results also showed that due to the angle of the triangular in plan sharp-crested weirs, the Cd is increased from 1 to 8 % to the suppressed weir. In a situation where the head on the crest of these weirs is low, they will show better performance.
Keywords: Weri, Triangular in plan, Discharge Coefficient, Stage-discharge, Ansys Fluent -
به علت بارندگی های شدید، سطح آب زیرزمینی و فشار آب منفذی هر ساله افزایش می یابد که این عامل می تواند باعث شکست شیب های خاکی شود. دیوار حایل یکی از سازه هایی است که جهت افزایش پایداری شیب های خاکی مورد استفاده قرار می گیرد. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار SLOPE/W پایداری شیب ها نسبت به شرایط هیدرولوژیکی بحرانی و با استفاده از نرم افزار SEEP/W فشار حفره ای مازادی که باعث ناپایداری دیوار حایل با ارتفاع 10 متر می گردد، مورد بررسی قرار گرفت. پارامتر های مورد مطالعه عبارت اند از: شدت بارش ها، جنس خاک، موقعیت قرارگیری زهکش ها و قطر زهکش ها. هم چنین نوع زهکش ها نیز به عنوان متغیر واقع شد و از دو نوع زهکش افقی و دودکشی استفاده شد. بر اساس نتایج حاصله، در شرایط بارش شدید در خاک های ریزدانه، استفاده از یک زهکش افقی نمی تواند پایداری دیوار حایل را تامین کند. این در حالی است که در شرایط مشابه و در خاک های درشت دانه، پایداری دیوار حایل توسط یک زهکش افقی تامین می شود و زهکش قادر به تخلیه آب مازاد از پشت دیوار خواهد بود. هم چنین نتایج بدست آمده برای زهکش های دودکشی نشان دهنده پایدارسازی دیوار حایل توسط این زهکش ها در بحرانی ترین شرایط می باشد. در رابطه با محاسبه فشار منفذی و گشتاورهای واژگونی روابط بی بعد خطی و غیرخطی رگرسیونی ارایه گردید. روابط رگرسیونی از لحاظ دقت در سطح بالایی قرار دارند و می توان از آنها نتایج قابل قبولی را انتظار داشت.
کلید واژگان: سیستم زهکش, فشار آب منفذی, بارندگی های شدید, شیب خاکی, پایداریDue to heavy rainfall, underground water level and pore water pressure increase each year, which can cause failure of the earthen slopes. Retaining wall is one of the main structures that is used to increase the earthen slopes stability. In the present study, the stability of earthen slopes relative to the critical hydrological cases was simulated by Slope/w software and the pore pressure behind the retaining walls over 10 meter height which causes to instability was simulated using Seep/w software. The studied parameters are: precipitation intensity, soil type, position and the diameter of drainage. Also the kind of drainage has been considered as a variable parameter and horizontal and chimney drainages were used. Results showed that for fine grained soils with intensive rains condition, using of one horizontal drainage could not provide the stability of retaining wall. While in the same conditions, for coarse grained soils, the retaining wall will be stable by using of one horizontal drainage and drainage will be able to discharge all of the excess water behind the retaining wall. Also the chimney drainage system provided the best results and the stability of the retaining wall did not face any danger under the worst circumstances. For overturning moment and water pore pressure behind the wall, linear and non-linear regression relations were produced in dimensionless form. The accuracy of the regression relations were proper and the acceptable results could be expected.
Keywords: Drainage system, Pore Water Pressure, Heavy rainfall, Soil slope, stability -
سرریزها از جمله سازه های هیدرولیکی مهم برای کنترل جریان، تنظیم سطح آب در بالادست و اندازه گیری دبی جریان در کانال های شبکه های آبیاری و رودخانه ها می باشند. سرریزهای مایل در یک عرض مشخص دارای طول موثر بیشتری در مقایسه با سرریزهای معمول می باشند که این مسئله می تواند بر ضریب دبی و راندمان این نوع سرریزها تاثیرگذار باشد. در تحقیق حاضر تاثیر پارامترهای هندسی بر خصوصیات هیدرولیکی جریان در سرریزهای مایل با استفاده از نرم افزار انسیس فلوینت به صورت سه بعدی مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته است. شبیه سازی عددی توسط نتایج آزمایشگاهی صحت سنجی گردید. ارتفاع سرریز(P) ، زاویه سرریز با دیواره کانال) (α، ارتفاع آب بالای تاج سرریز(h) و طول موثر تاج سرریز (Le) مورد بررسی قرار گرفت. عملکرد مدل رگرسیونی خطی در کاربرد رابطه ضریب دبی سرریزهای مایل بررسی شد. نتایج نشان داد که رابطه رگرسیونی بدست آمده در تحقیق حاضر تطابق بسیار خوبی با نتایج مدل عددی دارد. همچنین نتایج مدل عددی با نتایج سایر محققین مقایسه گردید. در سرریزهای مایل در طول های موثر مختلف با افزایش H/P، در یک H/P ثابت، با افزایش طول موثر تاج سرریز، ضریب دبی کاهش و دبی جریان عبوری افزایش می یابد. در ضمن افزایش ارتفاع سرریز، موجب افزایش دبی جریان عبوری می گردد.
کلید واژگان: سرریز مورب, ضریب دبی, مدل عددی, انسیس فلوئنت, دبی جریان عبوریWeirs are one of the most important hydraulic structures for flow control, water measurement, and regulating of upstream water elevation in canals, irrigation networks, and rivers. For a given channel width, inclined weirs have a longer effective length in comparison with the usual rectangular sharp-crested weirs, and this could be effective on their discharge coefficients and efficiency. In the present study, the effect of the geometrical parameters on the hydraulic properties of the flow in inclined weirs was investigated using 3D Ansys Fluent software. Numerical simulations were validated by laboratory results. Weir height (P), weir angle with channel wall (α), water height above the weir (H), and effective length (Le) were investigated. The MR-linear regression model performance in applying the inclined weir discharge coefficient was investigated. The results indicated that this relation is very similar to the numerical model results. The numerical model results were also compared with those of the other researchers. Inclined weirs discharge coefficient at different effective lengths decreases by increasing H/P, and at a constant H/P, by increasing the weir effective length, the discharge coefficient decreases, and the flow rate increases. Increasing in weir height results increasing in discharge.
Keywords: Inclined weirs, Discharge coefficient, Numerical Model, Ansys Fluent, Discharge -
در این تحقیق تاثیر قطر و موقعیت لوله زهکش در پی سد های وزنی بر روی نیروی بالابرنده و گرادیان هیدرولیکی خروجی مورد بررسی قرار گرفت. برای این کار، از یک مدل عددی با روش المان های محدود استفاده گردید و پی یک سد وزنی شبیه سازی شد. نتایج نشان داد که وجود لوله زهکش در زیر سد وزنی، باعث کاهش نیرو ی بالابرنده و گرادیان هیدرولیکی خروجی می گردد. همچنین تعبیه لوله زهکش در فاصله یک چهارم عرض کف سد (L25/0) و سه چهارم عرض کف سد (L75/0) از پاشنه ، به ترتیب کمترین نیروی بالابرنده و گرادیان هیدرولیکی خروجی را خواهد داشت. تاثیر عمق کارگذاری لوله زهکش بر نیروی بالابرنده نیز بررسی گردید و مشاهده شد که ابتدا روند کاهشی و سپس روند افزایشی دارد. همچنین مشخص گردید که انتخاب قطر لوله زهکش تخلیه تابع ملاحظات اجرایی می باشد. با مشخص شدن بهترین موقعیت برای تعبیه لوله زهکش مشاهده گردید که کارگذاری لوله زهکش در این موقعیت باعث افزایش 5/1 تا 2 برابری ضریب اطمینان در مقابل واژگونی سازه مورد نظر می گردد.
کلید واژگان: سد وزنی, نیروی بالا برنده, لوله زهکش, گرادیان هیدرولیکی خروجی, المانهای محدودIn this study, the effects of diameter and location of drain pipe in uplift force and exit hydraulic gradient in the foundation of gravity dams are investigated. For this purpose, a numerical model of gravity dam foundation is simulated using finite elements method. The results indicate that drain pipe under the gravity dam reduces the uplift force and exit hydraulic gradient. Location of the drain pipe in 0.25L (L is the dam width), and 0.75L from the dam heel, causes to reduce for uplift force and exit hydraulic gradient in minimum value, respectively (optimum place). In addition with increasing the depth of drain, the uplift force at first decreases and then increases. The drain pipes diameter has little effect in uplift force and exit hydraulic gradient and thus its selection is dependent to construction cost considerations. By defining the best position for the location of drain pipes, it was observed that drainage pipes in these situations increase the safety factor up to 1.5 to 2 times against the structural overturning.
Keywords: Drain pipe, Exit Hydraulic Gradient, Finite Elements Method, Gravity Dam, Uplift Force -
سرریز های اوجی بهتر است به گونه ای طراحی شوند که پرش هیدرولیکی در پای سرریز تشکیل شود و با این عمل از فرسایش و تخریب پایین دست یا بدنه سرریز در حالت پرش مستغرق و آزاد جلوگیری به عمل آید، برای نیل به این هدف می توان از آبشاری در پای سرریز استفاده نمود. در همین راستا، در این پژوهش، هدف، ارایه رابطه ای مستقیم برای محاسبه ارتفاع آبشار بوده که بر اساس آن در نهایت یک رابطه رگرسیونی چندگانه (MR) غیرخطی پیشنهاد شد. این رابطه می تواند بدون نیاز به روش غیرمستقیم و استفاده از منحنی با کم ترین محاسبات، ارتفاع آبشار را برآورد نماید. به علاوه عملکرد مدل های هوشمند شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و ماشین بردار پشتیبان (SVM) نیز در تخمین ارتفاع آبشار مورد بررسی قرار گرفت و سپس نتایج آن ها با رابطه رگرسیونی چندگانه (MR) توسط معیارهای آماری مورد مقایسه قرار گرفت. طبق نتایج مشاهده شد که روش ANN بهتر از روش SVM می تواند ارتفاع آبشار را برآورد نماید. ارزیابی صحت نتایج با استفاده از معیارهای آماری شامل ضریب تبیین (R2)، درصد خطای نسبی (%RE) و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) انجام شد. مقادیر معیارهای آماری %R2 ،RE و RMSE برای مدل MR و برای شرایطی که عدد فرود قبل از پرش هیدرولیکی (Fr1) در محدوده 4.5 تا 15.5 باشد، به ترتیب 0.999، 0.539 و 0.0186، و برای مدل ANN در محدوده فوق الذکر به ترتیب 0.999، 0.394 و 0.00035 به دست آمد. هم چنین در شرایطی که عدد فرود قبل از پرش هیدرولیکی (Fr1) در محدوده 2.5 تا 4.5 باشد، مقدار معیارهای آماری اشاره شده در بالا، برای مدل MR به ترتیب 0.999، 0.240 و 0.0128 و هم چنین برای مدل ANN به ترتیب 0.999، 0.022 و 0.0014 به دست آمد. معیارهای آماری نشان از برتری دو مدل MR و ANN نسبت به مدل SVM در برآورد ارتفاع آبشار برای عدد فرود کم تر و بیش تر از 4.5 دارد.
کلید واژگان: آبشار, پرش هیدرولیکی, سرریز اوجی, مدل هوشمند, مدل رگرسیونی چندگانهIntroductionThe purpose of this study is to generate the relationships to directly calculate waterfall height at the downstream of the spillway to form a jump at the toe of the spillway and to prevent erosion and destruction of the downstream river bed or body of the spillway in a submerged and free hydraulic jump.
Materials and MethodsThe purpose of this study is to provide a relationship to directly calculate the waterfall height (h) without the need for a trial and error procedure. For this purpose, the application of the momentum relationship between two sections (1and 2) yields the waterfall height (h) according to Eq. (1). h=y1 ..... (1) Since in Eq. (1), Fr1 and y1 are themselves a function of the waterfall height (h), so this equation must be solved by trial and error or by using design charts provided by other researchers. To calculate the waterfall height in oscillating jump conditions (2.5<Fr1<4.5) and also for steady and strong jump conditions (4.5<Fr1<15.5), by assuming different values for p, y0, yt and C (where C is the discharge coefficient), 300 and 1146 series of numbers have been generated by trial and error, respectively. Then, the parameters in Eq. 1 (y1, Fr1) were also calculated. The final waterfall height (h) was obtained for each series of numbers. Using the existing variables, dimensionless parameters ( ) and Fr1 were extracted. Then, multiple linear and nonlinear multiple regression relationships were tested for direct calculation of . Finally, the best relationships with the least error were selected. The results of multiple regression (MR) relationships are also compared with the results of ANN and SVM methods.
Results and DiscussionThe proposed non-linear multiple regression relationship (MR-3) shows higher accuracy in estimating the waterfall height, compared to MR-1 and MR-2 regression models based on three statistical indices (RE%, RMSE, R2) for 2.5<Fr1<4.5 and 4.5<Fr1<15.5. Therefore with having the Froude number related to the initial hydraulic jump depth (Fr1), tail water depth (yt), weir height (P) and initial jump depth (y1), the calculation of waterfall height (h) will be possible using MR-3 model without any trial and error procedures. Moreover, the results show that among the intelligent models, the ANN model has very close results to the proposed nonlinear regression relation (MR-3) based on the statistical indices.
ConclusionA new method for calculating the height of a waterfall at the toe of the ogee spillway was presented to control hydraulic jump. To calculate the height of the waterfall directly, multiple nonlinear regression (MR) relationships were presented for two ranges of different Froude numbers. The MR, ANN, and SVM models showed good performance in predicting the height of the waterfall downstream of spillways, but the ability of the two MR and ANN models were better than the SVM.
Keywords: Hydraulic jump, Intelligence model, multiple regression model, Ogee spillway, Waterfall -
در این تحقیق به بررسی تاثیر پارامترهای مصالح خاکی شامل وزن مخصوص (γ) چسبندگی (C)، زاویه اصطکاک داخلی (∅) و پارامتر های هندسی شیب شامل زاویه نسبت به افق (β) و ارتفاع شیب (H) بر ضریب اطمینان پایداری شیب خاکریز در حالت خاک خشک و اشباع با افت سطح آب پرداخته می شود. به علاوه نوع دایره لغزش نیز بررسی می گردد. برای این منظور از روش تعادل حدی (LEM) استفاده شد. نتایج نشان داد که ضریب اطمینان با کاهش تراز سطح آب، به دلیل حذف فشار هیدرواستاتیک روی شیب کاهش پیدا می کند. بدین ترتیب که با پایین آمدن 5/5 متری سطح آب، میزان ضریب اطمینان به اندازه %42/41 کاهش را نشان داد و نوع دایره لغزش نیز تغییر نمود. همچنین روش لغزش صفحه ای با روش لغزش دایروی نیز مقایسه گردید و مشاهده شد روش لغزش صفحه ای نتایج قابل قبولی برای شیب های ملایم ارایه نمی کند. در صورتی که (β60°) باشد، دایره لغزش از نوع دایره عبوری از پنجه می باشد. در روش تعادل حدی بیشاب ضریب تبیین (R^2) و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) به ترتیب 93/0 و 121/0 به دست آمد که خطای این روش نسبت به روش های دیگر 3/1 درصد می باشد که این در مقایسه با کاربرد روش های دقیق تر و پیچیده قابل چشم پوشی است.
کلید واژگان: تراز سطح آب, شکست شیب, شیب خاکی, ضریب اطمینان لغزش, فشار هیدرو استاتیکIn this study, the effect of soil material parameters including soil specific weight (γ), cohesion (C) and angle of internal friction (∅) and geometric parameters of slope including angle with the horizontal (β) and slope height (H) on factor of safety (Fs) are investigated. Slope factor of safety is considered in two scenarios: (i) slope with dry condition and (ii) slope with steady-state saturated condition that comprises water level drawdown circumstances. In addition, the type of slip circle investigated. For this purpose, the limit of equilibrium method (LEM) is implemented. Results indicated that, decreasing of water level and omitting the hydrostatic pressure on the slope, would result in safety factor decrement such a way that with drawdown of 5.5 m water level, the factor of safety decreases about 41.42 % and also the type of slip circle is changed. Comparison of the plane and circular failure surfaces showed that plane failure method has good results for near-vertical slopes only. Determination of clip type showed that for β〖60〗^o only toe circle can happen. Application of the LEM in Bishop’s method resulted the values of R2 and RMSE equal to 0.93 and 0.121, respectively that the error of this method is 1.3% respect to other methods, which can be neglected in comparison with the complex and accurate methods.
Keywords: Earthen slope, hydrostatic pressure, safety factor against sliding, slope failure, water surface draw down -
مجله پژوهش آب ایران، پیاپی 38 (پاییز 1399)، صص 115 -121
سرریز کلیدپیانویی نوع جدیدی از سرریزهای تاج طولانی است. به دلیل پیچیدگی هندسی این نوع سرریزها، در سال های اخیر مطالعات زیادی بر روی آنها صورت گرفته است. ایدهی اضافه کردن دریچه در کلیدورودی سرریزکلیدپیانویی به منظور بهبود عملکرد هیدرولیکی این نوع سرریز برای اولین بار در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب دانشگاه تبریز بررسی شد. به منظور بررسی پارامترهای موثر بر روی ضریبدبی سرریزکلیدپیانویی دریچهدار نظیر: ابعاد دریچه، عمق جایگذاری دریچه در کلیدورودی، نسبت عرض کلیدورودی به عرض کلیدخروجی و بارآبی روی سرریز کلیدپیانویی دریچهدار، از 156 دادهی آزمایشگاهی مربوط به سرریزهای کلیدپیانویی دریچه دار استفاده شد. همچنین با استفاده از مدلهای رگرسیونخطی و غیرخطی چند متغیره در نرم افزار متلب 2018، دو رابطه برای ضریب دبی سرریز کلیدپیانویی درچه دار ارایه شد. از میان 188 داده آزمایشگاهی برای سرریز کلید پیانویی و سرریز کلیدپیانویی دریچهدار، تعداد 156 داده مربوط به سرریز کلیدپیانویی دریچه دار می باشد. از این تعداد 70% به عنوان دادههای آموزش و 30% بعنوان دادههای آزمون مدل استفاده شد. نتایج بررسی نشان داد بارآبی روی سرریز کلیدپیانویی، نسبت عرض کلیدورودی به عرض کلیدخروجی، عمق جایگذاری دریچه در کلیدورودی، ابعاد دریچه به ترتیب بیشترین تاثیر را بر روی ضریب دبی سرریز کلیدپیانوییدریچهدار، دارند. روش رگرسیونغیرخطی با 0/035= RMSE و 0/961= R2 و %4/526 = MARE نتایج بهتری نسبت به روش رگرسیونخطی با 0/061= RMSE و 0/865= R2 و %9/491 = MARE ارایه داده است.
کلید واژگان: سرریزکلیدپیانویی دریچه دار, ضریب دبی, مد ل رگرسیون خطی چندمتغیره, مد ل رگرسیون غیر خطی چندمتغیره, مدل آزمایشگاهیRainfed cultivation is one of the best ways to rich the sustainable development with optimal use of green water. About 75 percent of the world's cultivated areas are rainfed, which forms important part of the international economy. For a long time rainfed cultivation has been a common method in low-rainfall areas of Iran and mentioned method is one of the main ways of producing crops yet. Rainfall is an important factor in rainfed agriculture, so its limitations and non-conformity with planting season can reduce the production efficiency. Wheat growing period consists of three seasons of the year. Rainfall in spring, fall and winter is effective on wheat growth. Cereal grains, especially wheat, are the most important food source in the world. After cereals, legumes are considered to be the main human food source and have significant nutritional and agricultural importance. In addition to being high in quality and valuable, suitable and complementary protein for cereals in the nutritional pattern, lentils are also among the legumes that stabilize the air nitrogen in the soil, which lends itself to crop rotation. Thus, intermittent cultivation of rainfed wheat with rainfed lentil is an important factor in stabilizing production in the developing countries. Given that Iran is in arid and semi-arid regions and its population is growing, it is important to plan, and evaluate the past in order to predict the future. Zanjan province is the fifth country with 6.9% of total grains production. In this study, the effect of precipitation in water requirement of these two important products and their water stress has been studied in the climatic conditions of Zanjan plain. Zanjan province is located at the longitude of 47º 10' to 50 º 5' East and the latitude of 35º 25'37º10' North. The area of Zanjan province is about 39369 square kilometers. According to the De Marten climate classification, the tropical, temperate and subtropical climatic zones can be identified at the applied level. Average rainfall over the past decade has been reported as 301 mm. For conducting this study, statistical data including meteorological and crop yield data 2004-2014 obtained from the Meteorological and Agriculture-Jahad Organization, respectively. Zanjan synoptic station with the latitude and longitude of 48º 31' East and 36º 39' North, respectively, is located 1663 meters above the sea level. In the last 50 year, the annual precipitation trend has been decreasing and this trend is affecting the water availability of rainfed plants in the region and can decrease yield of crops. Although in the long term the average temperature trend is slightly constant, the yield has also declined with decreasing rainfall. Regarding the importance of wheat and lentil in arid lands of Zanjan plain, these two main rainfed crops were investigated in this study by determining the regression relationship between yield and evapotranspiration with precipitation and water stress coefficient. The results showed that the average evapotranspiration values of wheat and lentil for Zanjan plain during the study period were 398 and 262 mm and the mean temporal stress coefficients were 36 and 33%, respectively. Regression analysis showed the highest correlation between actual evapotranspiration and yield. The highest correlation was observed between temporal stress coefficient and yield of rainfed wheat. But, in lentils this trend was different and the correlation between water stress coefficient (Ks) and yield was more than the precipitation and lentil yield. For 25% decrease in precipitation, wheat yield reduced almost 18%. Generalizing this issue, the response to water stress coefficient of the product or Ky become 1.14. The regression equation also indicated that in case of being precipitation about 300 mm, wheat yield in the area will be near one tone. For 25% decrease in precipitation, wheat yield reduced about 22%. According to figures, the fitted model was significant and well-acted; and during the growth period of these crops, lack of water supply caused water stress as well as severe yield loss. The occurrence of high tension time percentage of 25% for wheat and 20% for lentil in all years of the study period confirms that the climatic potential of the region does not reach the standard requirements of plants, so it is not possible to achieve optimal performance. Hence, new methods of tillage, conservation agriculture and supplemental irrigation are recommended for achieving high yield, as well as the expected cultivation method for crops.
Keywords: Gated Piano Key (GPK) weir, Discharge coefficient (Cd), Multiple linear regression, Multiple nonlinear regression, Experimental model -
شناخت صحیح نیروی بالابرنده نقش مهمی در تحلیل پایداری سدهای وزنی دارد. لذا تخمین آن با روش های دقیق بسیار حایز اهمیت می باشد. بدین منظور یک مدل عددی از پی سد وزنی در گاوانگژو چین، به روش المان محدود انجام گرفت و بعد از شبیه سازی، مقادیر نیروی بالابرنده در موقعیت های مختلف قرارگیری زهکش حاصل گردید. نیاز به تخصص، زمان بر بودن محاسبات و تعیین دقیق شرایط اولیه مسئله در مدل های عددی سبب گردیده است که گرایش به استفاده از مدل های هوشمند گسترش پیدا کند. بدین منظور علاوه بر مدل شبکه عصبی مصنوعی مرسوم ANNبا 4 نرون ورودی، یک لایه پنهان (دارای 8 نرون) یک نرون خروجی، یک مدل جدید هیبریدی عصبی مصنوعی و الگوریتم بهینه سازی وال،ANN-WOA، توسعه داده شد. نسبت پارامترهای فاصله ردیف زهکش از بالادست، فاصله مرکز به مرکز زهکش ها از هم، قطر زهکش ها و سطح آب بالادست مخزن سد به عرض کف سد به عنوان ورودی و نیروی بالابرنده نسبی به عنوان خروجی مد نظر قرار گرفتند. نتایج تحقیق نشان داد مدل هیبریدی با مقادیر R2، RMSE و RE% به ترتیب برابر با 998/0، 021/0 و 50/3 % نسبت به مقادیر مدل شبکه عصبی مصنوعی به ترتیب برابر 995/0 ، 0261/0 و 67/4 % از قابلیت بالایی در تخمین نیروی بالابرنده برخوردار می باشد. همچنین نمودارهای چگالی داده ها و دیاگرام ویلن نشان داد که پراکندگی و توزیع احتمال داده های تخمینی با مدل هیبریدی با داده های حاصل از شبیه سازی عددی تطابق بسیار نزدیک و مشابهی دارد.
کلید واژگان: سد وزنی, نیروی بالابرنده, روش اجزا محدود, هیبرید شبکه عصبی مصنوعی, الگوریتم بهینه سازی والThe correct identification of the uplift force plays an important role in the stability analysis of gravity dams. For this purpose, a numerical model of the foundation of a gravity dam of the Guangzhao, China was made using finite element method. After simulation, the uplift force values were obtained in different positions of drainage. Require experience, the timing of calculations and the accurate determination of the boundary conditions in numerical models, have caused to the development of the tendency to use intelligent models. For this purpose, in addition to the Artificial Neural Network model (ANN) with three-layer that consists of 4 input neurons, 1 hidden layer (with 8 neurons), and 1 output neurons, a new hybrid model of Artificial Neural Network-Whale Optimization Algorithm (ANN-WOA), was developed. The values of R2, RMSE and RE% for the ANN-WOA model, were 0.998, 0.021 and 3.3%, respectively, and for the ANN model were 0.995, 0.261 and 4.67% respectively, that indicate the higher accuracy of the ANN-WOA model in the estimation of the uplift force than the ANN. In addition, the density plot box and the violin plot indicate that the point density and the probability distribution estimated data with the ANN-WOA model is very similar to that the data obtained from the numerical simulation compared with the ANN model.
Keywords: gravity dam, Uplift force, finite element method, Hybrid artificial neural network, whale optimization algorithm -
در طول سه دهه اخیر، مسئله بهره برداری بهینه از مخازن سدها در بین پژوهشگران مدیریت منابع آب از توجه زیادی برخوردار بوده است. در همین راستا، با توجه به کارایی و قابلیت های بالای الگوریتم های فراابتکاری در این پژوهش به پیش بینی ذخیره مخزن سد شهرچای ارومیه و ارایه یک برنامه پیش بینی کوتاه مدت چند سال آتی، با استفاده از الگوریتم بهینهساز گرگ خاکستری (GWO) پرداخته شده است. الگوریتم GWO از سلسله مراتب رهبری و سازوکار شکار گرگ های خاکستری در طبیعت تقلید می کند. در این الگوریتم از چهار نوع گرگ خاکستری شامل آلفا، بتا، دلتا و امگا برای شبیه سازی سلسله مراتب رهبری استفاده شده است. در این پژوهش با در نظر گرفتن افق دید برنامه ریزی یک ساله و بازه های زمانی ماهانه، ابتدا الگوریتم بهینه ساز گرگ خاکستری GWO برای مسئله پیش بینی ذخیره مخزن سد شهرچای ارومیه طی دوره آماری 93-1385، به خوبی ارزیابی شد و نتایج با روش بهینه سازی الگوریتم رقابت استعماری (ICA) مقایسه شد. نتایج نشان داد الگوریتم GWO، با دقت 90% نتایجی بسیار مطلوب تری در یافتن جواب بهینه، سرعت همگرایی و هزینه ی محاسباتی کم تری در مقایسه با الگوریتم ICA ارایه می کند. نتایج این پژوهش نشان داد الگوریتم GWO، الگوریتمی مناسب در حل مسئله بهره برداری بهینه از سیستم مخزن سد می باشد.
کلید واژگان: الگوریتم گرگ خاکستری, الگوریتم رقابت استعماری, بهره برداری بهینه, پیش بینی, سد شهرچایIn recent decades, the optimal use of dam reservoirs among water resource management researchers has been of great interest. So, due to the high performance and capabilities of evolutionary algorithms, in this study, using gray wolf optimizer algorithm (GWO) to predict Urmia Shaharchay dam reservoir and present a short-term forecast program for next years. The gray wolf algorithm imitates the hierarchy of leadership and the mechanism of hunting gray wolves in nature. In this algorithm, four types of gray wolves consists of alpha, beta, delta and omega have been used to simulate the hierarchy of leadership. In this study, considering the annual planning and monthly intervals, GWO algorithm was firstly evaluated for prediction storage of Urmia shaharchay reservoir during 2006-202014 years and the results compared with ICA algorithm. The results showed that GWO algorithm, with a high accuracy of 90%, provides better results in finding optimal response, convergence rate and lower computational cost compared to ICA algorithm. The results of this study indicated that GWO algorithm, an appropriate algorithm to solve the optimal operation of dam reservoir system problem.
Keywords: Gray Wolf Algorithm, Imperialist Competitive Algorithm, Optimal Operation, Prediction, Shaharchay Dam -
در تحقیق حاضر، نوسانات فشار جریان در کف حوضچه آرامش تیپ دو USBR در پایین دست سرریز اوجی با استفاده از ترانسدیوسرهای فشار اندازه گیری گردید. آزمایش ها در یک فلوم آزمایشگاهی در شرایط مختلف جریان انجام گرفت. بعلاوه، میدان فشار در پرش هیدرولیکی مستغرق، به منظور کمک به درک بهتر فرآیند استهلاک انرژی و طراحی بهینه حوضچه های آرامش مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از پارامترهای بی بعد، تاثیر استغراق بر روی توزیع طولی فشار متوسط و شدت نوسانات فشار ارزیابی گردید. برداشت داده های فشار برای اعداد فرود اولیه مختلف (Fr1) در محدوده 4/6 تا 3/8، و فاکتور استغراق (S) در محدوده 1 تا 4/1 انجام گردید. بر اساس تحلیل ابعادی، مقادیر ضریب شدت نوسانات فشار (CʹP) تابعی از پارامترهای Fr1، S و فاصله نسبی از ابتدای حوضچه (X/Y1) می باشد. نتایج نشان داد که مقادیر حداکثر ضریب CʹP در حوضچه تیپ دو نسبت به حوضچه های صاف، حدود 30 درصد کاهش می یابد. در ناحیه پایین دست حوضچه آرامش (X/Y1>10)، متوسط مقادیر CʹP در پرش های مستغرق نسبت به پرش آزاد، حدود 25 درصد کاهش می یابد.
کلید واژگان: پرش هیدرولیکی مستغرق, ترانسدیوسر فشار, حوضچه آرامش, ضریب CʹP, فاکتور استغراقIn the present study, the flow pressure fluctuations have been measured on the bed of the USBR Type II stilling basin downstream of an Ogee spillway using pressure transducers. The experiments were carried out in a laboratory flume under different flow conditions. In addition, the pressure field in submerged hydraulic jumps was investigated to help better understanding the energy dissipation process and optimum designing the stilling basins. Using the dimensionless parameters, the submergence effect on the longitudinal distribution of the mean pressure and the pressure fluctuations intensity were evaluated. Pressure data acquisition was conducted for different incident Froude numbers (Fr1), ranged from 6.4 to 8.3, and submergence factors (S) in the range of 1 to 1.4. Based on the dimensional analysis, the values of the intensity coefficient of pressure fluctuations (CʹP) were a function of parameters of Fr1, S and the relative distance from the beginning of the basin (X/Y1). The results showed that the maximum values of CʹP coefficient for the Type II stilling basin decreased around 30% compared to the smooth basins. The mean values of CʹP in submerged jumps decreased around 25% compared to the free jumps at the downstream zone of the stilling basin (X/Y1>10).
Keywords: CʹP coefficient, Pressure transducer, Stilling basin, Submerged hydraulic jump, Submergence factor
- 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.