هیدرولیک
سال:1399 | دوره:15 | شماره:3 |تعداد مقالات:8

چکیده-پل ها از جمله مهم ترین سازه های هیدرولیکی هستند که آبشستگی موضعی اطراف پایه های آن ها در طول جریان های سیلابی یکی از عوامل تهدید پایداری آن ها به شمار می آید. یکی از روش های نوین حفاظت پایه در رودخانه ها در مقابل فرسایش موضعی استفاده از لوله هواده است. در تحقیق حاضر به بررسی آزمایشگاهی تاثیر موقعیت لوله هواده بر کنترل آبشستگی اطراف پایه پل پرداخته شده است. بدین منظور آزمایش هایی تحت شرایط هیدرولیکی مختلف در اعداد فرود 18/0، 2/0، 22/0 و 24/0 با عمق ثابت و 7 حالت تعداد و تراز کارگذاری لوله هواده و در 1 دبی تزریق هوا تحت شرایط آب زلال انجام شد. نتایج نشان داد که استفاده از این تکنیک بر روی پایه حداکثر عمق آبشستگی در جلوی پایه را تا 25 درصد کاهش داده و همچنین حجم آبشستگی در اطراف پایه را کاهش می دهد. بهترین حالت یک لوله و در تراز نصب (یک سوم عمق جریان از بستر) و کمترین بازدهی مربوط به حالتی است که از 3 لوله هواده در سه ارتفاع مختلف استفاده می شود، می باشد.

مدیریت رودخانه و کاهش خطرات سیل نیازمند تهیه نقشه های حد بستر و پهنه بندی سیل است. در این راستا، زمان و هزینه زیاد برداشت زمینی توپوگرافی رودخانه عامل محدود کننده بوده است. هدف اصلی از تحقیق حاضر ارزیابی دقت مدل های رقومی و ارتفاعی در معرفی هندسه رودخانه ها، جهت تعیین پهنه سیلاب و مشخصات هیدرولیکی جریان جهت مطالعات اولیه رودخانه های ایران بوده است. در این مقاله، از مدل های رایگان رقومی و ارتفاعی ALOS، SRTM و ASTER با قدرت تفکیک مکانی 30 متر برای تهیه فایل ورودی هندسه رودخانه در نرم افزار HEC-RAS استفاده گردید. برای ارزیابی ارتباط بین عملکرد مدل های رقومی ارتفاعی با ویژگی های ریخت شناسی رودخانه، چهار رودخانه مختلف: سجاس رود (استان زنجان)، طالقانرود (استان البرز)، گرگانرود (استان گلستان) و رودخانه سرباز (استان سیستان و بلوچستان)، مورد نظر قرار گرفت. نتایج نشان دهنده ی عملکرد بهتر مدل ALOS در مقایسه با ASTER و SRTM می-باشد. در تعیین عرض و پهنه سیلاب با مدل ALOS، کم ترین خطا با شاخص آماری RMSE بین 3/2 تا 6/8 متر؛ و با شاخص F در حدود 80 درصد حاصل شده است. در تعیین تراز سطح آب سیلاب، خطایMAPE منابع ارتفاعی ALOS و SRTM رودخانه های سجاس رود، سرباز و طالقانرود زیر 1 درصد بوده است. با مقایسه پلان و الگوی پخش سیلاب شبیه سازی شده و همچنین دقت بالای مدل ALOS در تعیین تراز سطح آب، توانایی بالای این مدل در شبیه سازی سیلاب رودخانه اثبات می گردد. بطورکلی، عملکرد مدل های رقومی و ارتفاعی مورد مطالعه در پهنه بندی رودخانه های عریض و مستقیم بهتر از رودخانه های باریک و پیچانرودی می باشد.

زمان تمرکز پارامتری اساسی در برآورد سیلاب جهت طراحی انواع سازه های هیدرولیکی است. لذا انتخاب روش صحیح برآورد زمان تمرکز از اهمیت خاصی برخوردار است. هدف از این تحقیق ارایه روشی نوین جهت محاسبه زمان تمرکز بر اساس مفهوم اصلی آن یعنی مدت زمان لازم جهت حرکت آب از دورترین نقطه هیدرولوژیکی حوضه تا خروجی آن می باشد. بدین منظور مدل سازی حرکت آب به وسیله شبیه سازی هیدرولیکی دوبعدی صورت گرفته است. حوضه آبریز علی آباد در استان فارس به عنوان مطالعه موردی انتخاب گردیده و زمان تمرکز آن به وسیله روش ردیاب محلول نمک تعیین گردیده است. نتایج اندازه گیری صحرایی جهت صحت سنجی شبیه سازی عددی مورد استفاده قرار گرفته است. غیر از شبیه سازی عددی، مقادیر زمان تمرکز با استفاده از 48 معادله تجربی محاسبه گردید از میان روش های تجربی محاسبه زمان تمرکز، حداکثر خطای بدست آمده بیش از سیصد درصد و حداقل خطای بدست آمده معادل 7/6 درصد می باشد. نتایج شبیه سازی عددی نیز بسته به تعریف و مقادیر مختلف پارسل آب بین 3 تا 27 درصد خطا داشته اند که در مقایسه با روش های تجربی نتایج بسیار بهتری می باشد. به طور کلی نتایج نشان می دهد که از میان روش های تجربی مورد استفاده سه روش کمترین خطا را در مقایسه با داده های اندازه گیری شده داشته اند که برای حوضه مورد مطالعه و حوضه های با ویژگی های هیدرولوژیکی مشابه پیشنهاد می گردد. همچنین شبیه سازی هیدرولیکی یک روش کارآمد جهت تعیین زمان تمرکز برای هر نوع حوضه آبریز معرفی می گردد.

جریان غلیظ یک حرکت نسبی است که بین دو لایه سیال که حتی دارای اختلاف کمی در چگالی هستند ایجاد می گردد که اختلاف در وزن مخصوص و یا در واقع تاثیر شتاب ثقل بر روی اختلاف جرم مخصوص باعث ایجاد این گونه جریان ها می شود. در این مطالعه از مدل آزمایشگاهی با طول 8 متر و عرض 35 سانتیمتر و ارتفاع 60 سانتیمتر استفاده شده است که به بررسی ارتباط بین پارامترهای هیدرولیکی جریان و همچنین میزان انباشتگی رسوبات در اثر تنگ شدگی های ممتد و موضعی پرداخته شده است. نتایج نشان داد در پروفیلهای بی بعد سرعت در ناحیه دیواره تغییرات ضریب n تقریبا زیاد بوده و از 3. 027 تا 5. 33 در آزمایشات مختلف متغییر می باشد تغییرات زیاد این ضریب بدلیل وجود تاثیر برش در کف بر روی پروفیل های سرعت می باشد همچنین با افزایش شیب کف کانال از 1% به 3% موجب کاهش ضخامت جریان گل آلود و در نتیجه سرعت جریان چگال افزایش می یابد. وجود تنگ شدگی ممتد و موضعی باعث گردید که سرعت جریان چگال بعد از تنگ شدگی حدود 2. 26 برابر افزایش یابد و برای کل مدلها با تمامی حالات مختلف میزان راندمان تله اندازی رسوبات برابر 29. 8 % می باشد.

سرریزها از مهم ترین سازه های هیدرولیکی هستند و نمونه ای از انواع آن ها، سرریز جانبی است. می توان از اشکال مختلف این سرریزها به سرریزهای غیرخطی در تاج مانند سرریزکنگره ای و کلید پیانویی اشاره نمود. در این تحقیق به صورت آزمایشگاهی ضریب تخلیه سرریز های جانبی کنگره ای مستطیلی و کلید پیانویی در 3 سیکل و با 4 ارتفاع 5، 10، 15 و 20 سانتی متر مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. جهت انجام آزمایش های این پژوهش از کانال موجود در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه بوعلی سینا به طول 10 متر و عرض و ارتفاع 60 سانتی متر استفاده شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد در تمامی سرریزهای جانبی کنگره ای و کلید پیانویی نحوه تغییرات Cd و QL/Qn، نسبت به Ht/P نزولی بوده و با افزایش مقدار Ht/P مقادیر Cd و QL/Qn کاهش می یابند. در تحقیق حاضر که سرریزهای ذکر شده به صورت جانبی در کانال تحت آزمایش قرار گرفتند نتایج نشان می دهد که سرریز جانبی کنگره ای مستطیلی راندمان و عملکرد بهتری نسبت به سرریز جانبی کلید پیانویی دارد. همچنین سرریزهای کنگره ای مستطیلی با ارتفاع 5، 10، 15 و 20 سانتی متر به ترتیب برای مقادیر بیش از Ht/P، 0/95، 0/66، 0/46 و 0/32 با افزایش نسبت Ht/P سرریز از عملکرد مطلوب خود خارج شده و راندمان آن به شدت کاهش پیدا می کند این مقادیر برای سرریزهای کلید پیانویی به ترتیب برابر با 0/88، 0/6، 0/44 و 0/35 می باشد.

تخلیه ی شورابه ی حاصل از فرآیند شیرین سازی آب دریا در محیط، عمدتا از طریق تخلیه کننده های دریایی صورت می گیرد. به عنوان یک استاندارد جهانی، تخلیه ی مستغرق با زاویه ی ° 60 نسبت به افق به عنوان حالت بهینه مورد پذیرش قرار گرفته است؛ اما ارتفاع حداکثر صعود جریان در این زاویه نسبتا زیاد بوده و این موضوع در سواحل کم عمق مشکلاتی به همراه خواهد داشت. از این رو در این آب ها، تخلیه با زوایای کمتر پیشنهاد شده است. مطالعه ی پیش رو، به شبیه سازی تخلیه کننده ی مستغرق ° 30 در دو حالت آزاد و مجاور به بستر می پردازد. این شبیه سازی ها با اصلاح حلگری در نرم افزار متن باز OpenFOAM انجام شده است. مشخصات هندسی و اختلاطی جت های سنگین ° 30 در حالت آزاد و نزدیک به بستر تعیین و با پژوهش های آزمایشگاهی و تحلیلی گذشته مقایسه شده است. مقایسه ی نتایج نشان می دهد شبیه سازی های انجام شده با دقت بالایی مشخصات هندسی جریان را پیش بینی می کنند؛ اما میزان ترقیق در نقطه ی حداکثر ارتفاع خط مرکزی و نقطه ی بازگشت به صورت قابل ملاحظه ای محافظه کارانه تر از مقادیر آزمایشگاهی و تحلیلی برآورد شده است.

تحلیل تاب آوری جامع به بررسی تمام ترکیبات مختلف شکست (شکست تک تک لوله ها تا شکست تمامی لوله ها) در شبکه می پردازد. تاکید بر عملکرد سامانه در شرایط غیر منتظره و شرایط حاد (فراتر از شکست-های معمولی و حتی غیر محتمل) می باشد. در این مطالعه به صحت سنجی مدل تحلیل تاب آوری جامع با شبکه ی توزیع مطالعاتی((Net3 پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که برای محاسبه تاب آوری شبکه توزیع آب، لوله های انتقال اصلی آب بایستی جداگانه مورد تجزیه و تحلیل قرارگیرند. سپس مدل برای شبکه توزیع آب واقعی در ایران پیاده سازی شده است. در این مطالعات زمان شکست لوله ها براساس قطر لوله ها در نظر گرفته شده است. بررسی تاب آوری شبکه ی توزیع فوق نشان داد که این شبکه با وجود تنها یک منبع اصلی در حالت بیشینه با شکست تکی لوله ها، در حالت میانگین با شکست توامان 277 لوله و در حالت کمینه با شکست توامان 469 لوله به صد درصد عدم تامین آب می رسد. اگر تاب آوری خطوط انتقال اصلی از منبع تامین آب بطور جداگانه از کل شبکه ی توزیع بررسی گردد تاب آوری شبکه ی فوق در سه حالت بیشینه، میانگین و کمینه به ترتیب 72، 23 و 14 درصد افزایش می یابد. همچنین در صورت محافظت از ده لوله ی بحرانی شبکه، تاب آوری شبکه به طور متوسط 20 درصد افزایش می یابد. لذا توصیه می گردد برای افزایش تاب آوری این شبکه، منبع تامین آب و لوله های انتقال اصلی جدیدی در صورت امکان جانمایی شده و لوله های انتقال اصلی و لوله ی بحرانی مورد محافظت قرارگیرد.

در این تحقیق آبشستگی پایین دست سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه ای شکل به صورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفت. آزمایش ها در کانالی به طول 10 متر، عرض 75 سانتی متر و ارتفاع 80 سانتی متر با تغییر دبی و عمق پایاب های مختلف انجام شد. نتایج حاصله از این تحقیق، نشان داد که ماکزیمم عمق آبشستگی و مساحت حفره ی آبشستگی در پایین دست سرریز، با افزایش 7/66 درصدی دبی جریان در عمق پایاب ثابت 5/1 3 سانتی متر، حدود 5/29 و 5/18 درصد افزایش می یابد. همچنین با افزایش عمق پایاب، از میزان طول حفره ی آبشستگی در پایین دست سرریز کاسته شده است. افزایش 112، 5/89 و 5/63 درصدی عمق پایاب در دبی های 30، 40 و 50 لیتر بر ثانیه، به ترتیب کاهش 37، 35 و 3/20 درصدی عمق آبشستگی را به دنبال دارد. در سری آزمایشات با دبی 50 لیتر بر ثانیه با افزایش 5/63 درصدی عمق پایاب، حدود 3/7 درصد از مساحت حفره ی آبشستگی پایین دست سرریز کاسته می شود. معادله ی برای پروفیل طولی حفره آبشستگی به دست آمد.