هیدرولیک
سال:1398 | دوره:14 | شماره:2 (پیاپی 142) |تعداد مقالات:12

در مقاله ی حاضر نتاج به دست آمده از 40 آزمایش در زمینه ی آبشستگی توسط جت های دیواره ای افقی سه-بعدی بیان شده است که در این آزمایش ها از سه عدد فرود ذره متفاوت در محدوده ی 9/3 تا 6/6 و تا پنج نسبت استغراق در محدوده ی 4 تا 15 برابر ابعاد جت، برای سه نازل با فواصل محوری متفاوت در محدوده ی فاصله ی بی بعد 3/17 تا 5/0 از دیواره ی کانال استفاده شده است. در این تحقیق ابتدا سازوکار آبشستگی ناشی از این سه جت را شرح داده و سپس اثر نزدیک شدن جت به دیواره ی کانال در شرایط مختلف عمق پایاب و عدد فرود ذرات بر ابعاد حفره ی آبشستگی مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان نیز نتایج آن با نتایج مطالعات پیشین اعتبارسنجی شده است. مشاهدات آزمایشگاهی و نتایج به دست آمده نشان داد که نزدیک شدن فاصله ی نازل به دیواره ی کانال سبب انحراف جت به سمت دیواره ی نزدیک و ایجاد عدم تقارن در جریان-های شکل گرفته در طرفین جت خروجی شده است که این موارد بر آبشستگی ایجاد شده موثر بوده و با نزدیک شدن فاصله ی جت به دیواره ی کانال عمق حداکثر آبشستگی دارای روند افزایشی است به طوری که بیشترین عمق حداکثر آبشستگی ایجاد شده نیز توسط جت مماس به دیواره ی کانال پدید آمده است. همچنین روند تغییرات پارامترهای طولی آبشستگی با نزدیک شدن فاصله ی جت به دیواره، دارای روند کاهشی بوده و در اکثر موارد کمترین مقادیر آن توسط جت مماس به دیواره ی کانال ایجاد شده است. همچنین در تایید مطالعات پیشین مشخص شد که پارامتر عمق پایاب بر پارامترهای طولی آبشستگی اثرگذار است. با توجه به نتایج این تحقیق می توان گفت که اثر پارامتر محل قرارگیری جت بر ابعاد حفره ی آبشستگی محسوس بوده و می تواند به عنوان یک پارامتر موثر در مطالعات آبشستگی توسط جت های دیواره ای مطرح شود.

ته نشینی مواد رسوبی در مخازن ذخیرهی آب به خصوص در پیرامون دریچه های تخلیه ی تحتانی از معضلات اصلی در بهره برداری از آن ها است. راندمان تخلیه ی رسوبات از دریچههای تخیله ی تحتانی نیز بسیار پایین است. در این مقاله روشی جدید برای افزایش راندمان تخیله ی رسوبات ته نشین شده ارائه شده است. در این روش سازهای موسوم به سازه ی SFM متشکل از دو ردیف شمع موازی در قسمت بالادست دریچه ی تحتانی به کف مخزن نصب میگردد. یک تا شش جفت شمع، با نفوذپذیری های 0%، 6/28%، 5/37%، 9/42%، 50% و 60% در دو ردیف موازی به فاصله ی هشت سانتی متر از هم دیگر نصب شد. مصالح ماسه ای یکنواخت غیرچسبنده با اندازه ی متوسط 67/0 میلی متر به عنوان رسوباب ته نشین شده در مخزن مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان داد که در بهترین حالت، سازه ی SFM (نفوذپذیری 5/37% و فاصله ی هشت سانتیمتر بین دو ردیف) متوسط حجم رسوبات تخلیه شده از مخزن را نسبت به حالت شاهد (بدون سازه ی SFM) به میزان 161% افزایش میدهد.

سرریز، یک سازه هیدرولیکی است که برای عبور آب های اضافی و سیلاب ها از بالادست به پایین دست سدها استفاده می شود. سرریزهای جانبی از انواع سازه های هیدرولیکی هستند که با اهداف مختلف در دستگاه های انتقال آب احداث می شوند. سرریز جانبی با ارتفاعی کمتر از ارتفاع دیواره کانال احداث شده و هنگامی که سطح آب بالا می آید سرریز جانبی باعث تنظیم دبی و کنترل سطح آب در کانال اصلی می گردد. این تحقیق طی یک بررسی آزمایشگاهی در کانالی با طول 10 متر، 6/0 متر عرض، 6/0 ارتفاع و 16 مدل سرریز کلید پیانویی تیپ A ذوزنقه ای با سه پایه متفاوت 10، 15 و 20 سانتی متر انجام شده است. سرریزهای مذکور در دو حالت موردبررسی قرارگرفته اند. نتایج نشان می دهند که سرریز با پایه 15 سانتی متر در هر دو حالت در نسبت بی بعد 4/0 > H/P> 2/0 دارای بیشترین میزان ضریب دبی عبوری بوده و در نسبت بی بعد 5/0 < H/P سرریز با پایه 20 سانتی متر دارای بیشترین ضریب دبی عبوری می باشند. همچنین در شرایط آزمایشگاهی مشابه سرریز کلید پیانویی ذوزنقه ای 4 برابر بیشتر از سرریز کلید پیانویی مستطیلی آب را از خود عبور می دهد.

درک برهمکنش اشکال بستر و ویژگی های جریان در مجاری باز، کمک های شایانی در اجرای بهتر پروژه های زیست محیطی و مهندسی رودخانه از قبیل احیا و ساماندهی رودخانه ها، کنترل آلودگی آب و طراحی کانال پایدار خواهد کرد. در این تحقیق، روش میانگین گیری دوگانه برای برآورد سرعت جریان و سرعت برشی تحت جریان غیریکنواخت کندشونده در دو بازه از رودخانه های بستر درشت دانه هراز (مازندران) و رستم آباد (چهار محال بختیاری) مورداستفاده قرارگرفته است، برای اندازه گیری سرعت جریان در هر نقطه از نیمرخ سرعت از دستگاه ADV با فرکانس 200 هرتز و مدت زمان 120 ثانیه استفاده شده است. رودخانه های هراز و رستم آباد ازلحاظ هیدرولیکی دارای بستر شن و قلوه سنگ با شناوری نسبی(نسبت عمق جریان به قطر میانه ذرات رسوب) به ترتیب 4/10و 4/4 هستند. با توجه به استفاده کم از روش میانگین گیری دوگانه در رودخانه های ایران، اعتبار این روش با استفاده از قانون لگاریتمی و روش مشخصات لایه مرزی در محاسبه سرعت برشی در امتداد بخش گودی شکل بستر موردبررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که جریان لایه مرزی به دو بخش لگاریتمی (ناحیه داخلی) و بخش خارجی قابل تقسیم است. در ناحیه داخلی جریان (0. 02< z/h <0. 3)، نیم رخ میانگین گیری دوگانه سرعت از قانون لگاریتمی پیروی کرده و در ناحیه خارجی بدون الگوی خاصی از آن منحرف می شود. نتایج این تحقیق می تواند به برآورد مناسب تر پارامترهای هیدرولیکی و در پی آن به کاهش هزینه های اقتصادی طرح های هیدرولیکی به ویژه در رودخانه ها کمک نماید.

اثر توده گیاهی بصورت مستغرق در رودخانه ها برای مطالعه فرایند های هیدرولیکی مانند مقاومت جریان و انتقال رسوب قابل ملاحظه است. هرچند تحقیق در این زمینه بصورت محدود گزارش شده است. با توجه به شباهت بیشتر ساختار جریان متاثر از پوشش گیاهی به لایه اختلاط نسبت به لایه مرزی، تئوری اختلاط جهت کمی نمودن تعامل جریان و توده گیاهی در این پژوهش مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت. هر چند یکی از ویژگی های اساسی توده گیاهی تشکیل جریان های درحال توسعه است که در تئوری اختلاط لحاظ نشده است. از اینرو ضروری است روابط دینامیک مکانی جریان، با تئوری لایه اختلاط ادغام گردند. در این پژوهش جهت ارزیابی کاربرد این تئوری از مطالعه میدانی کمک گرفته شد. در این مطالعه میدانی، از اندازه گیری های بعمل امده در رودخانه قلوه سنگی بهشت آباد در استان چهار محال بختیاری بر روی توده گیاهی با سه تراکم مختلف استفاده می گردد. نتایج نشان می دهد که تطابق قابل قبولی بین مقادیر اندازه-گیری شده سرعت و تنش رینولدز با مقادیر برآورد شده بر اساس ادغام تئوری اختلاط و معادلات جریان در حال توسعه وجود دارد. اگرچه با افزایش تراکم پوشش گیاهی ضریب پخشیدگی به دلیل عدم گسترش و توسعه آزادانه پیچک ها نسبت به تئوری اختلاط استاندارد کوچکتر می گردد. با انجام آنالیز کوادرانت متاثر از توده گیاهی مشاهده گردید که پیشامد غالب در زیر تاج توده گیاهی، "پرتاب" و در بالای تاج توده گیاهی، "جاروب" می باشد. همچنین سهم رویداد جاروب در پایین دست توده گیاهی نسبت به روی آن به طور ملایم افزایش یافته است.

در رودخانه هایی با مقطع مرکب معمولاً وجود زبری نسبتاً زیاد سیلاب دشت ها در مقایسه با کانال اصلی، باعث اختلاف سرعت در کانال اصلی و سیلاب دشت ها می شود. اختلاف سرعت نیز لایه های برشی در محل اتصال جریان کانال اصلی و سیلاب دشت را تولید می کند و تشکیل لایه های برشی نیز باعث تولید آشفتگی هایی در صفحه مشترک کانال اصلی و سیلاب دشت می شود. در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی تاثیر زوایای مختلف واگرایی سیلاب دشت ها با زبری های متفاوت بر هیدرولیک جریان و میزان انتقال رسوبات بار بستر پرداخته می شود. آزمایش های این تحقیق در یک کانال بتنی با مقطع مرکب مستطیلی متقارن انجام شده است. درمجموع 36 آزمایش (9 آزمایش در حالت منشوری و 27 آزمایش در حالت غیرمنشوری) انجام شده است برای اندازه گیری سرعت در مقاطع مختلف طولی برای آزمایش هایی که با اعماق نسبی 15/0 و 25/0 بودند از میکرومولینه و برای آزمایش های با عمق نسبی 35/0 از سرعت سنج سه بُعدی(ADV) با فرکانس 200 هرتز و مدت زمان یک دقیقه برای هر 20 میلی متر از عمق جریان و در فواصل عرضی مشخص استفاده شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که افزایش هر سه عامل نسبت زبری، زاویه واگرایی و عمق نسبی باعث تغییرات چشمگیری در هیدرولیک جریان و میزان انتقال رسوب خواهد شد.

در تحقیق حاضر تاثیر همزمان تراکم و آرایش زبری کف به همراه مانع روی کنترل پیشانی جریان غلیظ مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها در فلومی به طول 780 سانتیمتر، عرض 35 سانتیمتر و ارتفاع 70 سانتیمتر با 2 نوع آرایش زبری (موازی و زیگزاگ)، 4 تراکم زبری (0، 10، 30 و 50 درصد) و 4 شیب طولی (0، 5/1، 5/2 و 5/3 درصد) انجام شد. در تمامی آزمایش ها سیال غلیظ از نوع نمکی با غلظت 20 گرم در لیتر در نظر گرفته شد. دو سری آزمایش به صورت کارگذاری زبری بدون مانع و به همراه مانع و در مجموع 56 آزمایش انجام شد. نتایج حاصل نشان داد که بیشترین درصد کنترل پیشانی جریان غلیظ در آرایش زیگ زاگ و برای تمامی شیب های مورد نظر در تراکم 30 درصد و در آرایش موازی در تراکم 10 درصد به وقوع پیوست. همچنین کارگذاری مانع در این حالات به همراه زبری میزان کنترل پیشانی جریان غلیظ را افزایش داد. به نحوی که متوسط درصد کنترل برای شیب های مورد نظر در آرایش زیگ زاگ و تراکم 30 درصد نسبت به حالت بدون زبری و شیب صفر درصد، برابر 97 درصد حاصل شد که با کارگذاری مانع این متوسط مقدار کنترل به 163 درصد افزایش یافت. همچنین در آرایش موازی برای تراکم 10 درصد این مقادیر به ترتیب برابر 44 و 74 درصد حاصل شد.

نیروی موج، مهمترین نیروی وارد بر سازه های دریایی است و شدیدترین نیروها را، موج در حال شکست، بر سازه وارد می کند. در شکست موج، آشفتگی و اختلاط شدید، ایجاد می شود. و تحلیل آن، کاری دشوار و پیچیده ای است. در مقاله ی حاضر، ابتدا بصورت عددی، یک موج تنها ایجاد گردیده و سپس شکست چرخان موج تنها روی سطح شیب دار شبیه سازی شده است. در مدل سازی عددی اخیر از روش حجم محدود و مدل دو فازی حجم سیال برای مدل سازی سطح آزاد استفاده شده است. شبیه سازی در حالت غیردائم و با استفاده از مدل توربولانسی k-w SST انجام گرفته است. معادلات موج نیز کدنویسی شده اند. شکل سطح آزاد آب از نظر کمی و کیفی انطباق خوبی با نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی دارد و در مراحل مختلف شکست موج، یعنی شروع شکست موج، برخورد نوک موج به زمین، تشکیل جت آب و شکست مجدد آن، تطابق نسبتاً خوبی با تست آزمایشگاهی وجود دارد. در ادامه این مقاله، مدل سازی عددی سه بعدی برخورد موج تنها، با یک ستون صلب در دو حالت شکست و بدون شکست موج انجام پذیرفته است. نتایج عددی این مدل سازی از لحاظ مقدار نیروی برخورد، از اعتبار خوبی برخوردارند.

افزایش تراز آب دریا و برداشت بیش از حد آب زیرزمینی به ترتیب سبب تغییر هد در مرز خروجی و ورودی آب شیرین شده و افزایش پیشروی شوری را در آبخوان به دنبال خواهد داشت. در این تحقیق واکنش یک آبخوان آزاد ساحلی به این تغییرات به صورت آزمایشگاهی و عددی بررسی شده است. سه آزمایش پیشروی شوری ترتیب داده شده و با افزایش یا کاهش هد در مرز دریا و مرز خشکی، از تغییرات گوه شوری با زمان تصویربرداری گردید. مشخصه های مورد بررسی موقعیت پنجه شوری، مساحت ناحیه انتقالی و حجم آب شور بوده است. نتایج حاصل از مدل های فیزیکی و ریاضی تطابق مناسبی با یکدیگر داشته و خروجی هر دو آنها حاکی از این است که افزایش ناگهانی هد در مرز دریا و یا کاهش قابل ملاحظه هد در مرز خشکی، شوری داخل آبخوان را از حالت گوه ای شکل خارج کرده به طوریکه سرعت پیشروی شوری از نوک گوه سریعتر از سایر مناطق می گردد. همچنین ایجاد گرادیان معکوس هیدرولیکی (گرادیان از دریا به سمت خشکی) گسیل حجم قابل توجهی از آب دریا به داخل آبخوان را سبب می شود، به گونه ای که پنجه شوری تا مرز خشکی نیز می تواند امتداد یابد. یافته های حاصل از شبیه سازی عددی نشان می دهد که با افزایش سرعت پیشروی آب شور در آبخوان، اثر مولفه انتقال بیشتر از مولفه پخش می شود. این افزایش سرعت، نقش ضریب پخش را نیز پر رنگ تر کرده و مساحت ناحیه انتقالی افزایش خواهد یافت، هرچند که نرخ افزایش حجم آب شور داخل آبخوان نسبت به نرخ رشد دو مشخصه دیگر بالاتر می باشد.

داشتن مدل های دقیق و در عین حال ساده برای پیش بینی سیلاب، قابلیت های زیادی به سیستم های هشدار سیل اضافه می نماید. در این تحقیق سعی بر آن شد تا با استفاده از داده های دبی روزانه به مدت پانزده سال (سال های 2001 تا 2015) در شش ایستگاه هیدرومتری که در قالب سه بازه مطالعاتی بر روی رودخانه های زرینه رود و سیمینه رود قرار گرفته بودند و همچنین با استفاده از مدل تحلیلی ADZ و فرم گسسته زمانی آن که تحت عنوان تابع انتقال نام گذاری می شود، اقدام به روندیابی سیلاب در رودخانه های مذکور گردید. ابتدا درجه صورت و مخرج در تابع انتقال که نشان دهنده تعداد زیر بازه ها و نحوه اتصال آن ها به همدیگر است، استخراج شد که در این مطالعه، بهترین توابع انتقال بدست آمده دارای یک زیربازه تشخیص داده شدند. سپس خود مقادیر ضرایب صورت و مخرج تابع انتقال در هر سه بازه، از طریق جعبه ابزار CAPTAIN محاسبه شده و در کنار آن پارامتر های آماری مربوط به توزیع ها نیز شامل پارامتر یانگ (YIC)، Rt2 و EVN استخراج گردید و مقادیر مربوط به این پارامترها برای بازه داشبند بوکان-پل بوکان، آلاسقل-صفاخانه و پل قشلاق-پل آنیان به ترتیب به صورت سری های سه تائی (241/5-، 879/0 و 86/10-)، (954/3-، 903/0 و 43/9-) و (792/2-، 920/0 و 139/8-) بدست آمد. نمودارهای ترسیم شده از طریق این توابع انتقال، نشان دهنده انطباق بسیار خوب با داده های مشاهداتی است. در نهایت نتیجه گیری گردید که این روش از سایر روش های روندیابی سیل، که در دقیق ترین حالت خود شامل حل کامل معادلات سنت ونانت هستند، ساده تر می باشد.