پیام خسروی نیا
-
اندازه گیری سرعت در محدوده تلاقی کانال های روباز از جنبه های هیدرولیکی و زیست محیطی حایز اهمیت است. در این پژوهش با به کارگیری داده های آزمایشگاهی، به تخمین دقیق مولفه افقی سرعت در محدوده تلاقی کانال های روباز با استفاده از مدل های داده محور شامل ANN، ANFIS و GEP پرداخته شد. در مطالعه آزمایشگاهی مذکور، تاثیر شیب جانبی 45 درجه کانال اصلی بر میدان سرعت جریان در مقایسه با دیوار قایم بررسی شد. تعداد نقاط اندازه گیری شده به ازای شیب های جانبی 45 و 90 درجه به ترتیب برابر 720 و 660 بود. برای تخمین مولفه افقی بی بعد سرعت جریان در محدوده تلاقی از متغیرهای نسبت دبی و مختصات بی بعد نقاط اندازه گیری سرعت استفاده شد. برای ارزیابی کارایی مدل ها از شاخص های آماری، نمودارهای پراکندگی، جعبه ای و تیلور استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل GEP به ازای شیب های جانبی 45 و 90 درجه از بالاترین قدرت تخمین مولفه افقی سرعت برخوردار بود. مقادیر ضریب تعیین (R2)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین قدر مطلق خطا (MAE) توسط مدل GEP در مرحله صحت سنجی به ازای شیب جانبی 45 درجه به ترتیب برابر با 967/0، 142/0 و 094/0 و به ازای شیب جانبی 90 درجه مقادیر مذکور به ترتیب برابر با 956/0، 184/0 و 128/0 به دست آمد. معادلات ریاضی ارایه شده توسط مدل GEP برای پیش بینی میدان سرعت طولی در محدوده تلاقی کانال ها به ازای شیب های جانبی 45 و 90 درجه می تواند به عنوان جایگزین مناسب برای روش های مستقیم اندازه گیری مورد استفاده قرار گیرد.کلید واژگان: تلاقی کانال ها, شیب جانبی, مدل های داده محور, میدان سرعتThe measurement of velocity in rivers confluences and open-channels junction is important in terms of hydraulic and environmental aspects. In this research, the performance of data driven models including ANN, ANFIS and GEP in estimating horizontal component of flow velocity in the open-channels junction was investigated using Khosravinia (2012) laboratory data. In the mentioned study, effects of a 45o side slope in the main channel on hydraulic characteristics of flow were investigated and compared with those at a 90o side slope. In this regard, the velocity field was measured for side slop angles of 45o and 90o using an ADV. For estimating the horizontal component of the flow velocity in the junction region, the discharge ratio and the dimensionless coordinates of measured points in three dimensional space of flow field were used. The performance of the models and comparison of their results were evaluated by coefficient of determination (R2) and root mean square error (RMSE). In addition to statistical indicators, for objective accuracy checking and performance of data driven models, scatterplot, box-plot, and Taylor diagram were used. Comparison of the results of different models using the best pattern indicates that the GEP model with the highest determination coefficient (R2 = 0.967), the lowest root mean square error (RMSE = 0.142) and the lowest mean absolute error (MAE = 0.094) in validation step has shown better performance than other models in (U/U0) estimation for the side slop angle of 45o. Similarly, the mentioned values were achieved 0.956, 0.184 and 0.128 using the GEP model for the side slop angle of 90o. This is while the ANFIS and ANN models ranked second and third. According to the scatterplots of the GEP model, nearly all the points are concentrated around the one-to-one line, which indicates the high level of predictive capability of this model in (U/U0) estimation for the both side slop angles. Also, according to the box plots, the statistical distribution of the GEP model in the lower and upper quartiles and median 50 percentile had a better performance than the other models, for the both side slop angles. The under and over estimation conditions of the ANFIS and ANN models were evident in these ranges. Moreover, according to the Taylor diagrams, the GEP model was closer to the observations and its superiority to the other models was tangible, with the lowest RMSE and the highest correlation coefficient for the both side slop angles. According to the results, GEP model as a powerful model can be used to replace the direct methods of velocity measurement in the junction region. In other words, using the mathematical equations derived from the GEP model in the present study, the longitudinal velocity field in the open-channels junction for side slopes of 45° and 90° can be predicted accurately.Keywords: : Velocity field, Open- channel junction, Side slope, Data driven models
-
خشکسالی یکی از رخدادهای طبیعی است که اثرات مخرب زیادی بر محیط زیست دارد. شدت و مدت خشکسالی دو مشخصه مهم برای تشخیص خشکسالی بوده و معمولا از روی داده های آب و هواشناسی، مانند بارش مشخص می شوند. در این مطالعه، از توابع مفصل دو بعدی برای ایجاد توزیع دومتغیره از مشخصه های خشکسالی ایستگاه های سنندج و سقز در غرب ایران استفاده شد. دو مشخصه مهم خشکسالی، مدت و شدت خشکسالی، از سری زمانی شاخص بارش استاندارد شده (SPI) استخراج گردید. به منظور استفاده از توابع مفصل، ابتدا ضرایب همبستگی اسپیرمن و تاو کندال برای بررسی همبستگی بین متغیرهای شدت و مدت خشکسالی برای هر دو ایستگاه محاسبه شدند که نتایج نشان داد همبستگی معناداری بین شدت و مدت خشکسالی وجود دارد. پس از تعیین بهترین توزیع فراوانی حاشیه ای برای مشخصه های خشکسالی، برازش پنج تابع مفصل مختلف برای ایجاد توزیع دومتغیره شدت و مدت خشکسالی مورد بررسی قرار گرفت و پارامتر وابستگی هر کدام از توابع مفصل با استفاده از روش تابع استنتاج برای حاشیه ها (IFM) محاسبه گردید. نتایج نشان داد که برای هر دو ایستگاه (سنندج و سقز) تابع مفصل فرانک به دلیل دارا بودن بیشترین مقدار لگاریتم درستنمایی (9737/328- و 3758/339-) و NSE (9393/0 و 9174/0) و کمترین مقدار RMSE (0655/0 و 0763/0) و AIC (8280/695 و 7516/680) مناسب ترین مفصل برای ایجاد توزیع دومتغیره شدت و مدت خشکسالی می باشد. در نهایت احتمال وقوع دومتغیره توام، احتمال شرطی خشکسالی و دوره های بازگشت توام و شرطی خشکسالی محاسبه شدند که نتایج حاصله می تواند اطلاعات مفیدی را برای برنامه ریزی و مدیریت منابع آب در این منطقه فراهم کند.کلید واژگان: توابع مفصل, خشکسالی هواشناسی, مشخصه های خشکسالی, مدیریت منابع آبDrought is one of the natural events that has a great impact on the environment. The severity and duration of drought are two important characteristics for the detection of drought and are usually derived from the weather data such as precipitation. In this study, two-dimensional copulas were used to construct bivariate distribution of drought characteristics for Sanandaj and Saqez stations located in the western part of Iran. Two important characteristics of drought including; duration and severity were derived from the standardized precipitation index (SPI) time series. In order to use copulas functions, Spearman’s rho and Kendall’s tau correlation coefficients were first calculated to assess correlation between variables of severity and duration of drought for both of considered stations. The results showed that there is a significant correlation between severity and duration of drought. After determining the best fitted marginal distributions on drought characteristics, the fittness of five different copulas for developing the bivariate distribution of severity and duration of drought was examined and the dependency parameter of each copula was calculated using the inference function for the margins technique (IFM). The results showed that for both stations (i.e. Sanandaj & Saqez) Frank copula function, due to having the highest log-likelihood (-328.9137 & -339.3758) and NSE (0.9393 & 0.9174), and the lowest values of RMSE (0.0655 & 0.0763) and AIC (695.8280 & 680.7516), is the most appropriate function for constructing the bivariate distribution of duration and severity of drought. Finally, the conditional probability of drought, joint and conditional returns periods of drought were calculated. The obtained results can provide useful information for planning and management of water resources over the studied area.Keywords: Copulas functions, meteorological drought, Drought characteristics, Water Resources Management
-
یکی از مهم ترین مسائلی که در علم مهندسی رودخانه مورد توجه ویژه قرار دارد، ساماندهی رودخانه در محل قوس می باشد. عملیات ساماندهی رودخانه ها جهت جلوگیری از تغییر انحناء قوس، حفاظت از دیواره خارجی در برابر فرسایش و هم چنین کنترل رسوب گذاری در مجاورت دیواره داخلی رودخانه ها انجام می شود. یکی از روش های کاربردی جهت ساماندهی رودخانه ها، تثبیت سواحل و محافظت آن در برابر فرسایش، استفاده از صفحات مستغرق می باشد. صفحات مستغرق سازه های هدایت کننده جریان می باشند که در کف رودخانه با زاویه ای نسبت به جریان اصلی نصب شده و برای اصلاح الگوی جریان مجاور بستر، طراحی می گردند. در این تحقیق پس از انجام تحلیل ابعادی و تعیین پارامترهای بدون بعد موثر، صفحات مستغرق در سه طول و سه زاویه مختلف در کانالی با قوس ملایم سینوسی قرار داده شد و عملکرد آن ها با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش طول و فاصله بین صفحات مستغرق در یک عدد فرود ثابت، حداکثر عمق آبشستگی افزایش می یابد، به طوری که بیش ترین مقدار حداکثر عمق آبشستگی صفحه اول در زاویه 110 درجه و طول 66/2 مشاهده شد. مناسب ترین زاویه برای استقرار صفحات مستغرق، زاویه 140 درجه و مخرب ترین زاویه استقرار، زاویه 110 درجه است.
کلید واژگان: اصلاح الگوی جریان, ساماندهی رودخانه, صفحات مستغرق, عمق آبشستگی, فرسایشOne of the most important issues in river engineering science is the river training in the bend of the rivers. Training operations are carried out to prevent changing the curvature in the bend of the rivers, protecting the external bank against erosion, and also controlling sedimentation in vicinity of the internal bank of the rivers. The use of submerged vanes is one of the practical methods used to train the rivers, stabilize the bank of the rivers and protect it against erosion. Submerged vanes are guidance stream structures that are installed at the river bed with an angle to the main flow and designed to adjacent flow pattern improvement. In this study, after dimensional analyzing and determining the effective dimensionless parameters, submerged vanes are placed in three lengths and three different angles in a channel with a mild sinuosity curvature and their performance was compared with each other. The results showed that by increasing the length and distance between submerged vanes in a constant Froude number, the maximum scour depths, increases, so that the maximum scour depth was observed for first vane in the angle of 110 degree and length of 2.66 H0. The most suitable and destructive angles for the establishment of submerged vanes are equal to 140 degree and 110 degree, respectively.
Keywords: Erosion, Flow Pattern Improvement, river training, Scour Depth, Submerged vanes -
در پژوهش حاضر، حافظه بلندمدت و رفتار دینامیکی سیگنال سری زمانی جریان روزانه رودخانه خرم آباد که حوزه آبخیز آن کوهستانی و دارای کاربری شهری است، با استفاده از نمایه هرست بررسی شده است. مقدار نمایه هرست سیگنال رواناب رودخانه خرم آباد در بازه زمانی سال های 1370 تا 1393 برابر با 0.8 به دست آمد. این مقدار نشان از حافظه بلندمدت و دینامیک غیر خطی سیگنال رواناب این رودخانه دارد. در ادامه، با به کارگیری مدل های شبکه عصبی و تبدیلات موجک، سری زمانی بارش-رواناب این رودخانه شبیه سازی شده است. در این راستا، با اتخاذ سری های زمانی بارش و بارش-رواناب به عنوان ورودی در دو الگوریتم شبکه عصبی و ترکیب موجک-عصبی، چهار مدل شامل 1) بارش، عصبی، 2) بارش-رواناب، عصبی، 3) بارش، موجک-عصبی و 4) بارش-رواناب، موجک-عصبی تولید شده است. در مدل های ترکیبی موجک-عصبی، سری زمانی بارش و رواناب به زیرسیگنال های فرکانس بالا و پایین تجزیه شده اند. نتایج حاصل از ارزیابی میزان دقت و کارایی چهار مدل حاکی از آن است که مدل بارش-رواناب، موجک-عصبی با بهترین کارایی در سطح اطمینان 99 درصد، دقت بالایی در شبیه سازی رفتار رواناب دارد. به طوری که مقایسه نتایج مدل موجک-عصبی با مدل عصبی با استفاده از آزمون مرگان-گرنجر-نیوبلد، نشان از برتری معنی دار مدل نخست دارد. همچنین، نتایج ارزیابی سیگنال خطای چهار مدل اجرا شده با استفاده از دو آزمون نسبت وان نیومنو بویشاند نشان داد که یک نقطه جابه جایی معنی دار در سیگنال خطای مدل عصبی و سیگنال بارش-رواناب وجود دارد. بنابراین، وجود نوسان های بسیار متفاوت ماهانه و دوره ای شامل دو دوره 13771370 و 13931378 در رفتار بارش-رواناب منجر به کاهش کارایی و ضریب دقت مدل شبکه عصبی شده است. در صورتی که در مدل ترکیبی موجک-عصبی با اختصاص وزن نسبی به هر زیرسیگنال، تاثیر نوسان های کوتاه مدت، متوسط و بلند مدت در ایجاد خطای مدل سازی به نحو موثری کاهش یافته است.کلید واژگان: آزمون وان نیومن, حافظه بلند مدت, حوضه خرم آباد, شبکه عصبی مصنوعی, نمایه هرستIn this study, long-term memory and dynamic behavior of daily flow time-series of Khorramabad River, which its basin is mountainous and has urban land use, is investigated by Hurst exponent. The Hurst exponent of runoff signal of Khorramabad River during 1991-2014 period was obtained as 0.8. This value shows long-term memory and nonlinear, dynamic signal of this river’s runoff. By applying neural network and wavelet transforms, the rainfall-runoff time-series of this river was simulated. In this respect, by taking the time-series of rainfall and rainfall-runoff as input to the artificial neural network and wavelet-neural network hybrid, four models including: 1) rainfall, neural network, 2) rainfall-runoff, neural network, 3) rainfall, wavelet-neural network and 4) rainfall-runoff, wavelet-neural network were developed. In the hybrid models of wavelet-neural network, time-series of rainfall and runoff were decomposed to high-frequency and low-frequency sub-signals. Results of evaluating the accuracy and efficiency of the four models showed that the wavelet–neural network model correctly simulated the runoff behavior with the best efficiency at 99% confidence level. Comparison of the results of wavelet–neural network model to the neural network model, using Morgan-Granger-Newbold, showed significant superiority of the first model. Also, results of evaluating signal error of the four implemented models, using two tests of Von-Neumann and Buishand test, showed that there is a significant substitution point in the signal error of the neural network model and signal of rainfall-runoff model. Therefore, existence of very different monthly and periodical fluctuations in 1991-1998 and 1999-2014 in the behavior of rainfall-runoff leads to reduction of efficiency and precision coefficient of neural network model. While, in the hybrid model of wavelet-neural network, allocation of relative weight to each sub-signal, has effectively reduced the short-term, average and long-term fluctuations in modeling error.Keywords: Artificial Neural Network, Hurst exponent, Khorramabad Basin, Long-time memory, Von-Neumann test
-
تقاطع کانال ها در شبکه های انتقال آب اهمیت ویژه ای دارند. به همین علت مطالعه ویژگی های جریان در این محل ها مورد توجه محققین قرار دارد. شبیه سازی عددی مسایل مهندسی این امکان را می دهد که با کمترین هزینه و پرهیز از مشکلات روش های آزمایشگاهی به پاسخ مورد نظر دست یافت. لذا هدف از این تحقیق ارائه یک مدل تحلیلی برای هیدرولیک جریان در تلاقی کانال های روباز بر اساس معادلات پیوستگی، انرژی و مومنتوم و تعدادی فرضیات ساده کننده و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی به منظور صحت سنجی مدل تحلیلی می باشد. آزمایشات در دو شیب جانبی 90 و 45 درجه ی کانال اصلی انجام گرفت. متغیرهای مورد بررسی شامل نسبت اعماق در محل تلاقی می باشد. نتایج تحقیق نشان داد که افزایش عدد فرود و افزایش نسبت دبی ورودی سبب افزایش تلاطم شده که نتیجه آن کاهش دقت نتایج مدل تحلیلی بود. همچنین افزایش زاویه شیب جانبی کانال اصلی با راستای افق سبب افزایش سطح مقطع کانال اصلی و کاهش سرعت شده که نتیجه آن میزان تلاطم کمتر جریان و دقت بیشتر مدل تحلیلی بود. در مدل تحلیلی بیشترین خطا مربوط به زاویه 90 درجه، نسبت دبی های بالا و عمق جریان در کانال ورودی اصلی بود که در حدود 15% گزارش شد و کمترین میزان خطا مربوط به زاویه 45 درجه، نسبت دبی پایین و عمق جریان در کانال خروجی اصلی بود که در حدود 5% گزارش شد.
کلید واژگان: تقاطع سه شاخه, زاویه شیب جانبی کانال اصلی, عمق جریان, مدل تحلیلی یک بعدی, نسبت دبی ورودیOpen channel junctions are so important in water conveyance networks. As a result, the researchers have been focusing on study of flow characteristics in these parts of water systems. Numerical simulation allows us to achieve the answer for engineering problems without encountering the experimental difficulty and with minimum cost. The aim of this study was, developing a 1D analytical model for simulating open channel junctions base on continuity, energy and momentum equations and some simple assumptions and comparing the experimental results in order to validation of analytical results. In experiments, side slope of main channel was 45 and 90 degrees. The studied variables were the ratio of depth at the junction. Investigation of results showed that increase of Froude number and inlet discharge ratio would lead to increase of turbulence which would decrease precision of analytical model. Also the increase of side slope of main channel caused less turbulence and more precision of the analytical model. In analytical model maximum reported error was about 15% for angle of 90 degrees, with relatively high discharge and depth in main inlet channel and minimum reported error was about 5% for angle of 45 degrees, with relatively low discharge and depth in main outlet channel
Keywords: : three-branch junction, slope angle of main channel, Water depth, one dimensional analytical model, inlet discharge ratio -
مطالعه هیدرولیک جریان در تلاقی رودخانه ها و کانال های روباز از جنبه های مختلف شامل فرسایش، رسوب گذاری و ملاحظات زیست محیطی بااهمیت است. یکی از مهم ترین خصوصیات مورد توجه در محل تلاقی، ابعاد ناحیه جداشدگی جریان است. این ناحیه بلافاصله بعد از گوشه پایینی محل تلاقی در حین ورود جریان از شاخه فرعی به شخه اصلی به وجود می آید. در پژوهش حاضر تاثیر شیب جانبی دیوار کانال اصلی بر ابعاد ناحیه جداشدگی جریان بررسی شده است. آزمایش ها به ازای چهار نسبت دبی، چهار عدد فرود پایاب و زاویه های 45، 60، 75 و 90 درجه اجرا شده است. نتایج به دست آمده حاکی از افزایش ابعاد ناحیه جداشدگی در اثر کاهش زاویه شیب جانبی دیوار کانال اصلی است. میانگین افزایش طول ناحیه جداشدگی به ازای زاویه های 45، 60 و 75 درجه نسبت به دیوار قائم به ترتیب برابر 55/3، 30/3 و 15/5 درصد به دست آمده است. مقادیر گفته شده برای پهنای ناحیه جداشدگی به ترتیب برابر 33/8، 22/7 و 10/8 درصد است. کاهش عدد فرود پایاب و افزایش نسبت دبی کانال فرعی به کانال اصلی نیز با افزایش ابعاد ناحیه جداشدگی همراه است. همچنین، متناسب با افزایش زاویه شیب جانبی، شاخص شکل ناحیه جداشدگی افزایش می یابد به طوری که میانگین مقادیر آن به ازای زاویه های 45، 60، 75 و 90 درجه به ترتیب برابر 0/144، 0/147، 0/150 و 0/156 به دست آمده است. علاوه بر آن، روابطی رگرسیونی برای محاسبه طول و پهنای ناحیه جداشدگی و بر اساس متغیرهای بی بعد تحقیق حاضر استخراج و به ازای شیب جانبی 90 درجه با روابطی مقایسه شد که دیگر محققان به کار برده اند.کلید واژگان: تحلیل ابعادی, خصوصیات هیدرولیکی, دیوار شیب دار, رابطه رگرسیونیThe study of hydraulic condition around the rivers confluence and open-channel is important in various aspects, including erosion, sedimentation and environmental considerations. One of the most important characteristics in the confluences is dimensions of separation zone. This zone immediately develops in the lower corner of the junction, as flow entrance of the lateral channel into the main channel. In this research, side slope effects of the main channel on dimensions of flow separation zone was studied. Experiments were conducted with four discharge ratios, four downstream Froude numbers and four side slope angles of 45°, 60°, 75° and 90°. Results showed that the separation zone enlarges by decreasing of side slope angle of the main channel wall. The results showed that on average, and for side slopes angels of 45°, 60° and 75°, the length of separation zone was increased 55.3%, 30.3% and 15.5% respectively in comparison of the vertical wall. The mentioned values were achieved 33.8%, 22.7% and 10.8% respectively, for the width of separation zone. On the other hand, the dimensions of separation zone increased by decreasing of the downstream Froude number and increasing of the discharge ratio. Also, increasing of side slope angle was accompanied with increment of separation zone shape index. For side slope angles of 45°, 60°, 75° and 90°, values of this index were obtained 0.144, 0.147, 0.150 and 0.156, respectively. Moreover, a regression equation was developed using dimensionless parameters for prediction of separation zone dimensions; it was compared with the equations presented by other researchers, for side slope angle of 90o.Keywords: Dimensional Analysis, Hydraulic Characteristics, Inclined Wall, Regression equation
-
تلاقی کانال ها و رودخانه ها دارای اهمیت زیادی در مطالعات مجاری روباز هستند. تغییر در مقدار و جهت سرعت و مقدار دبی جریان سبب می شود پدیده فرسایش بستر و سواحل در محل تلاقی اتفاق بیفتد. هدف اصلی این پژوهش، بررسی تاثیر شیب جانبی کانال اصلی روی حداکثر عمق فرسایش در محل تلاقی رودخانه ها است. بدین منظور ابتدا با آنالیز ابعادی، معادلات بی بعد درنظرگرفته شد و سپس با ساخت مدل فیزیکی تاثیر پارامترهای شیب جانبی کانال اصلی، نسبت دبی، عدد فرود ذره پایاب (Fg3) و عدد فرود جریان پایاب روی حداکثر عمق فرسایش بستر در یک تلاقی 90 درجه بررسی شد. نتایج پژوهش نشان داد که افزایش شیب جانبی کانال اصلی، نسبت دبی، عدد فرود ذره، عدد فرود جریان و کاهش عمق جریان سبب افزایش حداکثر عمق فرسایش بستر در محل تلاقی می شود. بهترین عملکرد کاهش آب شستگی مربوط به شیب جانبی 45 درجه و در نسبت دبی 2 /0 معادل 46 درصد به دست آمد. معادله پیشنهادی ارائه شده برای پیش بینی حداکثر عمق نسبی فرسایش در محل تلاقی نشان می دهد که عدد فرود و عدد فرود ذره در پایاب، بیشترین تاثیر را در مقدار عمق نسبی فرسایش در مقایسه با سایر پارامترها مانند نسبت دبی، شیب جانبی کانال و عمق نسبی دارد.کلید واژگان: تلاقی کانال, فرسایش بستر, نسبت دبی, _ الگوی جریان, شیب جانبی کانال اصلیChannel-river confluences are an important issue in open channel studies. Variation in quantity and direction of velocity and discharge value causes the erosion of the bed and banks near the confluence. Adequate knowledge about the process of forming a scour hole can be helpful to determine the proper distance of protective structure from channel confluence and river bank. The dynamic of river confluence is as a function of the momentum ratio of reaching flows and the geometry of the channels confluence location. By considering this fact that these conditions do not exist in nature and usually the banks of rivers are included. The slope of the banks causes the changes in three dimensional flow patterns in the place of confluence in relation to septum with 90 degrees that can be the reason of changing the pattern of scouring.
The main objective of this study is to investigate the effect of side slope of the channel on the maximum depth of the erosion at the confluence with a main channel. First by using the dimensional analysis, dimensionless parameters are derived. Then, by building a physical model, the effect of various parameters, including side slope of the channel (Z), discharge ratio (Qr), downstream densimetric Froude number, and downstream Froude number, on the maximum depth of bed erosion (ds) in a perpendicular confluence is investigated. The experimental tests were conducted in a main flume (6 m length, 80 cm width and 50 cm depth), a tributary flume (5 m length, 24 cm width, and 50 cm depth). The bed slope of two channels is considered as horizontal. Changes are made to form the false floor and movable bed, and also the width of the main channel is decreased from 80 to 50 centimeters to enhance the ability of turning the main channel wall to a sloping shape. Main and tributary channels with wooden platform with 14 centimeter height and the width that equal to width of main and tributary channels are raised. The space between these three false floors is connected as experimental region and then is filled with sediment. The side slope of the main channel is considered as 45, 60 75 and 90 degree. For all experiments, the input discharge of the flume was regulated as 15 lit/s. By considering four wall side slopes, four of discharge ratios and four different flow depths, four Froude numbers and four densimetric Froude numbers are applied. To regulate the water surface at the end of main channel, we used stop logs with one centimeter height and by omitting each stop log, one Froude number is produced. The experiment was ended when the equilibrium condition for erosion and scouring hole is created. By considering this fact that the most equilibrium time will take in the slope of 45 degrees in comparison with the other slopes. The experiments with the slope of 45 degrees were done at the most and least of ratio discharge and finally, after six hours, 90 percent of scouring was produced. Therefore, for all the experiments, the experiment time is considered equal to six hours.
Immediately after the experiments are started, because of contacting the tributary and main channel flow, two rounding vortices are made. These vortices moved in contrary to each other. It is the main factor to start the scouring of bed materials in the place of confluence. Rounding vortices that are nearer to the place of confluence, act stronger because of the contraction of flow. The bed material in downstream confluence is shouted to the surface of water and moved to the downstream of the channel. When the discharge ratio is going to be increased, because of the increasing of momentum of tributary channel, the tributary flow enter the main channel with an increasing intensity and this make the vortices and down-flow stronger and causes bed scouring especially in the first stages of the experiment. Bed materials that are shooting to the surface of the flow, after becoming nearer to the water surface, they lose their energy and when they are falling, the secondary flow transported them to the downstream confluence and by settling these particles, we could see little by little sediment bar.
The results indicate that the depth of scour at confluence increases with increasing the side slope of the channel, discharge ratio, densimetric Froude number, and Froude number, whereas it decreases as flow depth increase. The best performance in decreasing scour (equal to 46% in comparison with side slope of 90 degrees) belongs to side slope of 45 degrees and the discharge ratio of 0.2. The derived relationship for predicting the maximum depth of scour at the confluence shows that scour depth is more related to Froude number and downstream densimetric Froude number than the other parameters (i.e. discharge ratio, side slope of the channel and relative depth). The best performance in decreasing the scour was belong to side slope of 45 degrees and the discharge ratio of 0.2 which was equal to 46 percent. Since the side slope of 75 degrees is close to slope with 90 degrees, it doesnt show the appropriate operation, especially in high discharges ratio and it has 9 percent decreasing of scouring. In the present study a dimensionless equation was presented which can be applied for prediction of scour depth at river confluences with the variable side slope.Keywords: Flow pattern, Channel confluence, Side slope of the channel., Discharge ratio, : Bed erosion -
پیدایش حفره های فرسایشی و مناطق رسوب گذاری ارتباط مستقیمی به هیدرولیک جریان در محدوده تلاقی کانال ها و رودخانه ها دارد. الگوی جریان در محل اتصال کانال ها بسیار پیچیده و تابع متغیرهای مختلفی می باشد. در تحقیق حاضر تاثیر شیب جانبی 45 درجه کانال اصلی بر توزیع سرعت، سطح آب و ابعاد ناحیه جداشدگی جریان در یک تلاقی با زاویه اتصال 90 درجه بررسی و با حالت شیب جانبی 90 درجه مقایسه شد. برای این منظور مولفه های سه بعدی جریان در آزمایشگاه اندازه گیری و به کمک این داده ها مدل عددی فلوئنت کالیبره گردید. در شبیه سازی عددی از مدل آشفتگی از نوع RNG استفاده شد. بررسی نتایج این تحقیق نشان می دهد که طول و پهنای ناحیه جداشدگی در شیب جانبی 45 درجه نسبت به شیب جانبی 90 درجه در کف بستر کوچکتر و در سطح آب بزرگتر است. در شیب جانبی 45 درجه به دلیل پهنای بسیار کم ناحیه جداشدگی در نزدیکی کف، ناحیه با شتاب زیاد در پایین دست اتصال به وجود نمی آید و منجر به کاهش تنش برشی در این قسمت می شود. همچنین تغییرات عمق آب در ابتدا و انتهای کانال اصلی در شیب 45 و 90 درجه به ترتیب 1/2 و 3/3 درصد نسبت به عمق آب ابتدای کانال اصلی است.
کلید واژگان: الگوی جریان, تلاقی رودخانه ها, شیب جانبی کانال, مدل آشفتگی, ناحیه جداشدگی جریانExistence of scour holes and depositional bar is directly related to flow pattern in river confluence zone. In channel junction zone، the flow pattern is very complex as a function of different parameters. In the current research، the effects of a 45- degree side slope in main channel on velocity distribution، water surface profile and dimension of separation zone at a 90- degree junction were investigated and compared with those at a 90- degree side slope. For this purpose، the experimental components of 3 dimensional (D) flows were measured and on the basis of them numerical Fluent model was calibrated. The Turbulence model including RNG was applied for numerical simulation. The results indicated that for a 45-degree side slope the length and width of the separation zone in comparison with a 90- degree side slope were smaller in bed and larger in water surface. For a 45- degree side slope، due to very small width of the separation zone near the bed، a region with high acceleration in downstream of junction was not formed and the rate of shear stress was reduced in this region. Also، the results showed that the water depth variations at the beginning and end of main channel for 45 and 90- degree side slopes were 2. 1 and 3. 3 percent، respectively.Keywords: Channel side slope, Flow pattern, Flow separation zone, turbulence model, River confluence -
پایین افتادگی سطح آب در کانال یا بالارفتن سطح ایستابی باعث تغییر در رژیم رطوبتی خاک اطراف کانال شده و شیب های بدنه کانال را تخریب می کند. در این پژوهش با استفاده از مدل عددی و فیزیکی پایداری شیب جانبی کانال خاکی با دو شیب بدنه مختلف با وجود سطح ایستابی بررسی شد. سپس نصب پرده آب بند به عنوان روش کنترل، تحلیل شد. نتایج آزمایش ها نشان داد که سطح نشت و فشار پیزومتریک نزدیک سطح خاک دو عامل مهم در پایداری شیب جانبی کانال خاکی است. برای کنترل تخریب در شیب تندتر خاک پرده آب بند باید تا زیر تراز کف کانال پیش رود ولی در مورد شیب های ملایم تر دیوار جانبی کانال عمق نفوذ آن تا تراز کف کانال کافی است. هم چنین مدل عددی در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی با دقت خوبی پارامترهای فشار کل، دبی و خط فریاتیک را شبیه سازی کرد، به طوری که متوسط خطا در برآورد دبی و فشار کل در مدل عددی نسبت به نتایج آزمایشگاهی به ترتیب 5/66% و 2/08% به دست آمد.
کلید واژگان: پرده آب بند, سطح نشت, فشار پیزومتریک, _ سطح ایستابی, خط فریاتیکFluctuation of water level leads to variation of soil moisture regime around canal and cause destruction of the canal side slopes. In this study, stability of side slope of the earthen canal with two different slopes in presence of water table level was studied by using numerical and physical models. Then cut off is considered as a method for controlling failure. The results showed that the seepage surface and piezometric pressure near the side slope are two important factors in stability of side slope of earthen canals. In order to control the destruction of the earthen canal with steeper slope the sheet pile should be installed below the level of the bottom of the canal, but for milder slope the penetration depth of cut off up to the level of the bottom of the canal is adequate. The results showed that the numerical model had good agreement with experimental results in simulation of total pressure, discharge and phreatic line as the average error in estimating the total flow and pressure in the numerical model in comparison with experimental model were, 5.66% and 2.08%, respectively.Keywords: Cut off, Phreatic line, Piezometric pressure, Seepage surface, Water table -
آبشکن ها برای محافظت سواحل فرسایش پذیر در رودخانه استفاده می شوند. این سازه در معرض فرسایش ناشی از تمرکز جریان در قسمت دماغه خود می باشد. به همین دلیل باید با روش هایی مانع از تخریب این سازه و صدمه های مالی و جانی جبران ناپذیر آن شد. یکی از این روش ها، استفاده از شکاف است. کاربرد اصلی شکاف، منحرف کردن جریان پایین رونده و جریان های کناری در وجه بالادست آبشکن و کاهش قدرت گرداب های اطراف آبشکن می باشد. در تحقیق حاضر ابتدا به بررسی عمق، ابعاد حفره و توسعه زمانی آبشستگی آبشکن با دیواره عمودی پرداخته و در ادامه عملکرد مدل های مختلف شکاف با تغییرات ارتفاع، عمق، عرض شکاف، همچنین فاصله از دماغه آبشکن مورد ارزیابی قرار گرفته و با حالت آبشکن بدون شکاف مقایسه گردید. نتایج آزمایش ها نشان داد که مدل های دارای شکافی که شامل ارتفاع شکاف تا زیر بستر، عمق شکاف معادل عرض آبشکن و نزدیک دیواره کانال و عرض شکاف های بیشتر باشند عملکرد بهتری در کاهش عمق و ابعاد حفره آبشستگی داشتند. همچنین درصد کاهش عمق آبشستگی برای مدل های مختلف از 8/11 تا 43 درصد متغیر بود.
کلید واژگان: آبشستگی, آبشکن, توسعه زمانی, جریان پایین رونده, شکافAbutments are used to protect erodible river banks. This structure is subjected to scouring due to flow convergence at the nose of structure. Therefore، countermeasure methods should be employed in order to prevent financial damages and life hazards. One of these methods is to use a slot. The main application of a slot is to deviate and change the down flow at the upstream region of an abutment. Also it reduces the power of vortices around the abutment. In this research، parameters such as depth، hole dimensions and time development of scoring process were measured around a vertical abutment. Operation of the slot was then evaluated at different height، depth، width and distance from the abutment nose and compared with unprotected abutment. The results showed that the models for which the slot was installed near the wall under the bed with the depth equal to the width of the abutment had the best performance. The amount of scour reduction for different models was 11. 8 to 43 percent. -
یکی از عوامل اصلی ویرانی آبشکن ها آبشستگی می باشد که فرآیندی بسیار پیچیده است. پیچیدگی الگوی جریان پیرامون آبشکنها و گوناگونی عوامل موثر بر آبشستگی، موجب پرشماری روابط تجربی و کاهش دامنه ی هر یک از آنها، به دلیل محدودیت شرایط آزمایشگاهی می شود. در این تحقیق امکان استفاده از شبکه های پرسپترون چندلایه(MLP) برای برآورد بیشترین ژرفای آبشستگی پیرامون سه نوع آبشکن شامل آبشکنهایی با دیواره ی عمودی، بالدار و نیم دایره ای مورد مطالعه قرار گرفتند. دستاوردهای شبیه شبکه عصبی مصنوعی با نتایج به دست آمده از رابطه ی تجربی پیشنهادی به وسیله ی باربهیوا و دی(2004) مقایسه گردیدند. هشت نمایشنامه بر اساس فراسنجهای موثر و شبکه های با ورودی های مختلف برای پیش بینی ژرفای آبشستگی تعریف شدند. مقایسه ی نتایج نمایشنامه های مختلف نشان دادند که نمایشنامه ای که تنها از دو فراسنج و برای برآورد ژرفای آبشستگی در پیرامون آبشکن استفاده می کند، از عملکرد بهتری برخوردار است. همچنین، نتایج تحلیل حساسیت نشان دادند که فراسنجهای و بیشترین تاثیر را در پیش بینی ژرفای آبشستگی آبشکن دارند. مقایسه نتایج شبیه شبکه های عصبی و مقادیر محاسبه شده از رابطه ی تجربی با داده های آزمایشگاهی نشان دادند که مقادیر بیشترین ژرفای آبشستگی به دست آمده از روش شبکه های عصبی مصنوعی از دقت بیشتری نسبت به رابطه-ی تجربی برخوردارند. همچنین، دقت شبکه های عصبی مصنوعی در برآورد ژرفای آبشستگی پیرامون آبشکنهای با دیواره ی عمودی در مقایسه با دو نوع آبشکن دیگر بیشتر است.
کلید واژگان: آب شستگی, آب شکن, شبکه های عصبی, شبکه های پرسپترون چند لایهScour a very complicated process, is one of the main factors in abutment destruction. Complication of stream pattern around abutments, and the variation of effective factors on scour,have lead to the develop of innumerous empirical equations, which have many restrictions due to the limited experimental conditions. Applicability of multilayer pereceptron(MLD)networks to prediction of the maximum scour depth was evaluated for abutments having vertical, winged and semi-circural walls. The ANN results were compared with the calculated values by an empirical equation suggested by Barbhuya and Dey (2004). Eight scenarios were defined using effective parameters and several networks with different important parameters to predict scour depth. Comparison of the results of different scenarios showed that the one, which used only two parameters and to predict scour depth around abutments was the most efficient indoing so. Results of sensitivity analysis indicated that the two parameters, and, had the most effect on the scour depth prediction around abutments. A comparison of the obtained results using the ANN model, and the empirical equation with the experimental data revealed that the ANN model presented more precise results than the empirical equation for scour depth prediction around abutments. Moreover, the ANN model is more applicable to the scour depth prediction around the obutments wilk vertical walls than the other 2 types of walls.Keywords: Scour, Abutments, Neural networks, Multilayer perceptron networks -
آبشکن ها برای محافظت و کنترل کناره ها و حواشی رودخانه احداث می گردند. روش های مهار و جلوگیری از آبشستگی آبشکن ها بر اساس مطالعات انجام شده روی مکانیزم آبشستگی می باشند. یکی از این روش ها، نصب طوق در اطراف آبشکن می باشد. طوق ها بستر را در مقابل سیستم گرداب اطراف آبشکن محافظت کرده و میزان آبشستگی را کاهش می دهند. در تحقیق حاضر، آبشستگی اطراف سه آبشکن به طول های 6، 8 و 10 سانتی متر بررسی و عملکرد طوق های ذوزنقه ای با ابعاد مختلف و به ازای قرارگیری در سطح بستر و در شرایط آبشستگی آب زلال با حالت آبشکن های بدون طوق مقایسه گردید. نتایج آزمایشات نشان داد که با افزایش عرض طوق، عملکرد طوق در کاهش عمق و افزایش تاخیر زمانی آبشستگی بیشتر شد. همچنین درصد کاهش آبشستگی از 15 تا 100 درصد برای طوق-های با عرض مختلف متغیر بود.
کلید واژگان: آبشستگی, آبشستگی آب زلال, آبشکن, طوقAbutments are constructed to protect and control river banks. Studies show that methods of preventing and reducing scour are based on the scour mechanism. One of these methods is to set a collar around the abutment. Collars protect the bed against downward flow and vortex system developed due to the separation of flow at the upstream edge of the abutment and reduces the amount of scour. In this research, scour is considered around three types of abutments with 6, 8, 10 centimeters length. Trapezoidal collars with miscellaneous dimensions and fixing on bed surface under the clear water scouring conditions were also investigated and compared with the case of collars were not in use. The results obtained showed that increasing the collar width, improve the impact of collar on scour depth reduction and its time delay. The percentage of scour reduction for different collar width fluctuate from 15 to to 100. -
سرریز استوانه ای یکی از انواع سرریزهای لبه پهن بوده، که بدلیل الگوی جریان پایدار و سهولت عبور اجسام معلق دارای کاربرد گسترده ای می باشد. در تحقیق حاضر وضعیت جریان بر روی پنج مدل فیزیکی سرریز استوانه ای مورد آزمون قرار گرفت و تاثیر پارامترهای قطر سرریز، بار هیدرولیکی در بالادست و فشار منفی روی سطح سرریز بر روی مشخصه های جریان بررسی شد. همچنین جریان بر روی سرریز استوانه ای با استفاده از مدل Fluent و کاربرد مدل آشفتگی شبیه سازی و نتایج آن با مدل فیزیکی مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که ضریب دبی با افزایش بار کل آب در بالادست و افزایش فشار منفی بر روی سطح سرریز، افزایش می یابد. همچنین میانگین خطای نسبی مدل Fluent در شبیه سازی عمق آب بالادست سرریز 914/0 درصد، عمق آب بر روی سرریز 39/1 درصد و ضریب دبی جریان 172/4 درصد بدست آمد. تطابق خوبی بین مدل Fluent و مدل فیزیکی در بررسی مشخصه های هیدرولیکی جریان در سرریزهای استوانه ای حاصل شد.
کلید واژگان: سرریز استوانه ای, ضریب دبی, فلوئنت, مدل آشفتگی, مدل حجم سیالCylindrical weir is one of the broad-crested weirs used extensively due to steady state flow pattern and free passing of suspended materials over it. In this study, flow conditions over five physical models of cylindrical weir were tested and the effects of parameters such as weir diameter, hydraulic head at the upstream side and negative pressure on the weir were investigated. The flow was also simulated using turbulence model by Fluent software and the results were compared with those from the physical model. There was a rise in coefficient of discharge when the total head of flow and negative pressure over the weir were increased. The average relative errors of Fluent software in simulation of upstream flow depth, depth of flow over the weir and coefficient of discharge were 0.914%, 1.39% and 4.172%, respectively. By considering the hydraulic properties of flow over the cylindrical weir, a good agreement between the results of Fluent software and physical model was confirmed.
- 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.