فهرست مطالب

نشریه سد و نیروگاه برق آبی ایران
پیاپی 27 (زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/01/21
  • تعداد عناوین: 7
|
  • علی طاهری اقدم، فرزین سلماسی*، هادی ارونقی صفحات 1-14

    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.

    کلیدواژگان: سد وزنی، نیروی بالا برنده، لوله زهکش، گرادیان هیدرولیکی خروجی، المانهای محدود
  • عنایت الله امامی میبدی*، فرزاد گهرویی باجگیرانی صفحات 15-27

    سد لیرو از سدهای بزرگ بتنی دوقوسی کشور و در دست مطالعه است. هدف، بررسی و تخمین میزان نشت آب از درزه و شکستگی های موجود در تکیه گاه های سد با استفاده از روش عددی است. شکستگی های متصل به هم به عنوان مسیرهای اصلی جریان آب به داخل تکیه گاه ها و کنترل کننده رفتار هیدرولیکی توده سنگ است. در نظر گرفتن ویژگی های تصادفی پارامترهای هندسی درزه بخصوص پایایی درزه ها و ارایه مدلی واقعی تر که از لحاظ آماری معتبر بوده، گویای ویژگی های توده سنگ برجا باشد، به منظور تحلیل های هیدرولیک ضروری است. لذا مدل هندسی شبکه درزه های گسسته (DFN) بصورت سه بعدی با استفاده از کد نوشته شده 3D-DFN تهیه شد. در نهایت پس از اعتبارسنجی مدل تصادفی شبکه درزه های ساخته شده با مقادیر برداشت شده مشخص شد، این انطباق بطور متوسط برای مولفه های مختلف هندسی و مقادیر شدت های درزه داری بیش از 90 درصد است. این نتایج به عنوان ورودی قابل اطمینان مدل هندسی برای مدل سازی جریان هیدرولیک تکیه گاه های چپ و راست به روش المان های گسسته (DEM) در محیط نرم افزاری UDEC استفاده شد. میزان نشت در مجموع دو تکیه گاه برابر m3/Year 135415محاسبه شد. در مقایسه با حجم مفید مخزن مجموع نشت از هر دو تکیه گاه 03/0 درصد از این حجم مفید را شامل می شود.

    کلیدواژگان: تحلیل نشت، تکیه گاه های سد لیرو، شبکه درزه گسسته، روش المان گسسته، UDEC
  • بهزاد نوروزی*، جلال بازرگان صفحات 28-40

    سرریز کلید پیانویی نوع جدیدی از سازه هیدرولیکی هستند که در سالهای اخیر مورد توجه طراحان این نوع سازه ها قرار گرفته اند. تا کنون درک محدودی از تاثیر پارامترهای مختلف هندسی سرریز کلید پیانویی بر روری رفتار هیدرولیکی آنها بدست آمده است. در پژوهش حاضر با استفاده از نرم افزار FLOW-3D  جریان ماندگار بصورت سه بعدی بر روی سرریزهای کلید پیانویی انواع A، B و C تحلیل عددی شده است. پس از صحت سنجی با داده های آزمایشگاهی، الگوی سه بعدی جریان بر روی انواع سرریزهای A، B و C بررسی شده و ضمن ارزیابی هیدرودینامیکی جریان، علت تفاوت رفتار جریان به ازای هندسه های متفاوت تبیین گشته است. نتایج حاصله در پژوهش حاضر نشان می دهد که در سرریز کلید پیانویی نوع B محیط تر شده نسبت به انواع A و C بیشتر بوده و لذا سرعت جریان نزدیک شونده به سرریز در این نوع سرریز نسبت به دو نوع دیگر کمتر شده که این امر منجر به توزیع یکنواخت تر جریان بر روی بخش های مختلف کلید خروجی گردیده و به طبع آن باعث کاهش استغراق موضعی و افزایش درصد خروجی از تاج کلید خروجی و در نهایت منتج به افزایش کل دبی خروجی و ضریب دبی سرریز نوع B نسبت به به انواع A و C می گردد.

    کلیدواژگان: سرریز کلید پیانویی، استغراق موضعی، ضریب دبی، خطوط جریان، پروفیل سطح آب
  • عبدالمحمد واحدی نژاد، حمیدرضا نظیف* صفحات 41-53

    در این تحقیق یک سیستم نمک زدایی آب دریا به روش مغناطیسی-الکتریکی مطالعه و شبیه سازی شده است. میدان الکتریکی برای یونیزه نمودن آب دریا و میدان مغناطیسی برای جداسازی آن هم زمان درنظرگرفته می شوند. معادلات حرکت سیال آب و ذرات نمک با روش اویلر-لاگرانژی مدلسازی شده است. برای جداسازی ذرات نمک با قطر میکرونی، شدت میدان الکتریکی و مغناطیسی و سرعت ورودی آب دریا به سیستم جداسازی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. پارامترهای مورد بررسی شامل میدانهای الکتریکی، مغناطیسی، قطر ذرات، سرعت ورودی و نسبت ابعادی میکروکانال می باشد. نتایج نشان می دهد که با افزایش میدان مغناطیسی و الکتریکی درصد جذب ذرات افزایش می یابد. ذرات با پنج قطر مختلف موردبررسی قرار گرفتند و افزایش قطر ذرات موجب جذب بیشتر آن ها شد. همچنین با افزایش نسبت ابعادی کانال درصد خروج ذرات از ناحیه آب تمیز کاهش و مقدار جذب ذرات به سمت میدان های الکتریکی و مغناطیسی افزایش می یابد. تغییرات سرعت سیال نشان داد که با افزایش سرعت، میزان جذب ذرات در مجاورت دیواره ها به مقدار قابل توجهی کاهش داشته است. در این پژوهش در میکروکانال، سیال با متوسط سرعت ورودی m/s 1/0 موردبررسی قرارگرفته و میزان جداسازی یون های نمک در میدان های الکتریکی و مغناطیسی مختلف با تغیر پارامترهای ورودی مشخص گردیده است.

    کلیدواژگان: نمک زدایی، الکترومغناطیس، مدلسازی، یون های نمک
  • حجت الله پالیزوان، سعید شعبانلو*، محمدعلی ایزدبخش صفحات 54-66

    چنانچه مصالح پایین دست سرریز جامی فرسایش پذیر باشند با گذشت زمان احتمال واژگونی سازه سرریز اوجی وجود دارد. بنابراین پیش بینی عمق آبشستگی در بعد از سرریز جامی از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این مطالعه، عمق آبشستگی در پایین دست سرریزهای جامی شکل توسط یک مدل ترکیبی فرا ابتکاری جدید مدل سازی می شود. این مدل با ترکیب سیستم استنتاج فازی عصبی تطبیقی، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات و روش خوشه بندی فازی توسعه داده می شود. لازم به ذکر است که در مطالعه حاضر از روش خوشه بندی فازی برای ایجاد سیستم استنتاج فازی استفاده می شود. همچنین، برای سنجش توانایی مدل های فرا ابتکاری از شبیه سازی های مونت کارلو استفاده می شود. همچنین از روش اعتبار سنجی چند لایه ای برای بررسی توانایی مدل های مذکور بهره گرفته می شود. این مدل مقادیر آبشستگی در پایین دست سرریز جامی شکل را با دقت مناسبی تخمین زد. به عنوان مثال، مقادیر شاخص آماری درصد میانگین مطلق خطا و خطای جذر میانگین مربعات برای این مدل به ترتیب مساوی 544/7 و 189/0 بدست آمد. همچنین مدل برتر با مدل انفیس نیز مقایسه شد که تجزیه و تحلیل نتایج این دو مدل نشان دهنده دقت بیشتر مدل ترکیبی بود.

    کلیدواژگان: آبشستگی اطراف لوله مستغرق، انفیس، بهینه سازی ازدحام ذرات، مدل فرا ابتکاری
  • فریبرز معصومی*، سارا اسفندمز، نگین ظفری صفحات 79-89

    طراحی بهینه ابعاد سدهای بتنی وزنی با کاهش سطح مقطع سد به کاهش حجم بتن مصرفی و کاهش هزینه های ساخت می انجامد. به دلیل تعدد قیودات حاکم بر مساله همچون قیدهای پایداری در مقابل واژگونی و لغزش که به پیچیده شدن فضای تصمیم می انجامد، استفاده از مدل های بهینه سازی فراکاوشی در طراحی بهینه سدهای بتنی وزنی گسترش یافته است. در این پژوهش برای نخستین بار قابلیت الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری در حل مساله طراحی بهینه ابعاد سد بتنی وزنی کوینا مورد بررسی قرار گرفته و ابعاد بهینه استخراجی با نتایج الگوریتم بهینه سازی هوش تجمعی ذرات مقایسه شد. مقایسه نشان داد که الگوریتم گرگ خاکستری با 5/61 درصد تعداد فراخوان کم تر نسبت به  الگوریتم هوش تجمعی ذرات، توانسته میانگین توابع هدف محاسباتی را به میزان 2/5 درصد بهبود بخشد. از نظر پایداری راه حل ها نیز انحراف معیار توابع هدف محاسبه شده با الگوریتم گرگ خاکستری نسبت به الگوریتم هوش تجمعی ذرات کم تر است. هرچند از نظر رسیدن به جواب بهینه مطلق در ده بار اجرای الگوریتم، جواب محاسبه شده توسط الگوریتم هوش تجمعی ذرات به میزان 6/1 درصد بهتر می باشد. در مجموع نتایج نشان دهنده کارآیی الگوریتم گرگ خاکستری در محاسبه ابعاد سدهای وزنی بتنی از منظر دقت و پایداری جواب ها و سرعت همگرایی می باشد.

    کلیدواژگان: سد بتنی وزنی، بهینه سازی، الگوریتم گرگ خاکستری، نیروهای استاتیکی، نیروی زلزله، پایداری واژگونی، پایداری لغزشی
|
  • Ali Taheri Aghdam, Farzin Salmasi*, Hadi Arvanaghi Pages 1-14

    In 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
  • EnayatAllah Emami Meybodi*, Farzad Gahrue Bajgirani Pages 15-27

    The Liroo Dam is one of the largest concrete dams in the country under study. The objective is to investigate and estimate the amount of water leakage from joints and fractures in dam abutments using numerical method. Interconnected fractures are the main pathways of water flow into the abutments and control the rock hydraulic behavior. Considering the stochastic properties of the geometric parameters of the joints, especially the persistence of the joints, and the presentation of a more realistic model is essential for hydraulic analysis. Therefore, geometric model of discrete fractures network (DFN) was prepared in 3D using 3D-DFN written code. Finally, after validation of DFN model constructed with the extracted values, it is found that the average fit for the different geometrical components and the values ​​of the joints intensities are over 90%. These results were used as reliable inputs of the geometrical model for modeling the hydraulic flow of the left and right abutments using the Discrete Element Method (DEM) in the UDEC software. The total leakage rate was calculated to be 135415 m3 / year. Compared to the useful volume of the reservoir, the total leakage from both supports comprises 0.03% of this useful volume.

    Keywords: Leakage Dam abutments, Discrete fracture Network, Discrete Element Method, UDEC
  • Behzad Noroozi*, Jalal Bazrgan Pages 28-40

    The piano key weir (PKW) is a new type of hydraulic structure that has been of great interest to designers in recent years. In the present study, steady flow on the types A, B, and C PKWs was studied numerically using the FLOW-3D numerical model. Upon software validation using the experimental data, the 3D flow pattern on the types A, B, and C PKWs was studied, and along with the evaluation of the flow hydrodynamics, the differences in the flow behavior for different geometries were explained. The results showed that the wetted perimeter of the type B PKW was more than that in the types A and C PKWs. Therefore, the velocity of the approaching flow to the type A PKW was less than that in the other two types, which led to a more uniform flow distribution over different parts of the output key and hence, decreased the local submergence and increased the outflow percent from the output key crest. This finally led to an increase in the total output discharge as well as the discharge coefficient of the type B PKW compared to types A and C PKWs.

    Keywords: Piano key weir, Local Submergence, Discharge coefficient, streamlines, water surface profile
  • Abdolmohammad Vahedinejad, Hamidreza Nazif* Pages 41-53

    In this research, a seawater desalination system has been studied and simulated by magnetic-electric method. The electric field is considered to ionize seawater and the magnetic field to isolate it. The equations of motion of water and salt particles are modeled by the Euler-Lagrangian method. Particularly important for the separation of micron diameter salts, the magnitude of the electric and magnetic field, and the rate of seawater inlet to the separation system.

    Keywords: Desalting, Electromagnetism, Modeling, Salt ions
  • Hojatolah Palizvan, Saeid Shabanlou*, MohammadAli Izadbakhsh Pages 54-66

    Additionally, if the materials at downstream of bucket spillway are erodible, the ogee spillway is likely to overturn by the time. Therefore, the prediction of the scour after bucket spillway is pretty important. In this study, the scour depths at downstream of bucket spillway are modeled using a new meta-heuristic model. This model is developed by combination of the Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS), Particle Swarm Optimization (PSO) and Fuzzy C-Means Clustering (FCM). In addition, to assess the performance of meta-heuristic models, the Monte Carlo simulations (MCs) are used. Also in this paper, the k-fold Cross Validation is used for examination of the models ability. Moreover, the superior model was introduced using analyzing the numerical results. The model predicted the scour depth in terms of all input parameters. The model estimated the scour at downstream of bucket spillway with reasonable accuracy. For example, the mean absolute percentage error and root mean square error for this model were obtained 7.544 and 0.189, respectively. In addition, the superior model was compared with ANFIS model that analyzing showed the compound model had more accuracy.

    Keywords: Scour around submarine pipelines, ANFIS, Particle swarm optimization, Meta-heuristic model
  • Adel Asakereh* Pages 67-78

    Design of earth dams and their problems are important during construction and after it,because of their potential hazards and failure for downstream population. The dam foundation seepage control the the importance from the perspective of a major engineering project and explain the economic performance of each project is allocated. among activities that can be used to prevent piping phenomena and reduce seepage and exit gradient are installation of cutoff wall under hydraulic structures. In this study, using software Seep / 2D finite element method to evaluate and calculate the seepage from pays.Shamilearth dams in the Hormozgan province have been modeled. The effects of the thickness cut off wall of the dam, cutoff wall and foundation Homogeneous and heterogeneous conditions, Uplift pressure, hydraulic gradient, discharge of the dam covered. The results showed that in the absence of the screen cut off wall ofShamildam about 4 million cubic meters of water will seepage in the dam foundation. The wall also seal the heel to the toes to move freely in the line seepage is higher.

    Keywords: cutoff wall, dam Shamil, Uplift pressure, hydraulic gradient
  • Fariborz Masoumi*, Sara Esfandmaz, Negin Zafari Pages 79-89

    Acquiring optimal dimensions of concrete dams by reducing the cross section will reduce the volume of concrete used and consequently reduce construction costs. Due to multiplicity of constraints which leads to complexity of the decision space, meta-heuristic optimization algorithms have been increasingly used in optimal design of gravity dams. In this study, performance of Grey Wolf Optimizer was assessed in optimal design of Koyna concrete gravity dam and the results were compared to Particle Swarm Optimization. Results indicated that Grey Wolf Optimization was able to reach to a 5.2 percent lower mean optimal cost over 10 runs result with considerably a 61.5 percent smaller number of function evaluations compared to Particle Swarm Optimization and considering stability of the algorithm results obtained from Grey Wolf Optimization had smaller standard deviation than Particle Swarm Optimization. However, in 10 consecutive runs, the minimum optimal value reached using Particle Swarm Optimization was 1.6% smaller than the smallest optimal value obtained from Grey Wolf Optimization, considering overall performance of algorithms, Grey Wolf Optimization presented a promising performance having a faster and stable convergence

    Keywords: Concrete gravity dam, Optimization, Gray Wolf Algorithm, Static forces, Earthquake force, Overturning stability, Slip Stability