هیدرولیک
سال:1402 | دوره:18 | شماره:2 |تعداد مقالات:6

برآورد دبی بر اساس منحنی سنجه جریان دائمی است که بر اساس اندازه گیری همزمان تراز سطح آب و دبی می باشد. چنین رویکردی تنها در شرایط جریان پایدار و یا جریان ناپایداری که امواج سیل رفتار سینماتیک از خود نشان می دهند مناسب است، اما در اغلب موارد شیب انرژی متغیر، همراه با نیروهای فشار و اینرسی دینامیک مربوط به دبی جریان ناپایدار، منجر به تشکیل منحنی سنجه حلقوی می شود و استفاده از نتایج حاصل از منحنی سنجه جریان دائمی می تواند خطای زیادی را به همراه داشته باشد. هدف این پژوهش، پیشنهاد و صحت سنجی روشی جدید و مبتنی بر کنتورهای هم سرعت، در تخمین منحنی دبی-اشل و هیدروگراف های عمق و دبی در رودخانه های طبیعی با جریان غیردائمی است. در این پژوهش به کمک الگوریتم ژنتیک و با بهره گیری از پارامتر روش SPM و سایر پارامترهای مؤثر بر مقدار دبی، رابطه ای برای تخمین دبی ارائه می گردد که با استفاده از این رابطه و حل معادلات سنت-ونان می توان منحنی دبی-اشل و هیدروگراف های عمق و دبی را محاسبه نمود. نتایج نشان داد که مقادیر مجذور میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE) و درصد میانگین خطای مطلق (MAPE) برای هیدرگراف خروجی عمق به ترتیب 037/0 و %10/4 و برای هیدروگراف خروجی دبی به ترتیب 029/0 و %97/11 و همچنین خطای روش پیشنهادی در تخمین مقادیر دبی و تراز اوج کمتر از %4 و در مورد زمان وقوع آن ها در حدود %2 می باشد. از این روش با دقت بسیار مناسبی می­توان منحنی دبی-اشل جریان ناپایدار و همچنین هیدروگراف های عمق و دبی را برای رودخانه های طبیعی روندیابی نمود.برآورد دبی بر اساس منحنی سنجه جریان دائمی است که بر اساس اندازه گیری همزمان تراز سطح آب و دبی می باشد. چنین رویکردی تنها در شرایط جریان پایدار و یا جریان ناپایداری که امواج سیل رفتار سینماتیک از خود نشان می دهند مناسب است، اما در اغلب موارد شیب انرژی متغیر، همراه با نیروهای فشار و اینرسی دینامیک مربوط به دبی جریان ناپایدار، منجر به تشکیل منحنی سنجه حلقوی می شود و استفاده از نتایج حاصل از منحنی سنجه جریان دائمی می تواند خطای زیادی را به همراه داشته باشد. هدف این پژوهش، پیشنهاد و صحت سنجی روشی جدید و مبتنی بر کنتورهای هم سرعت، در تخمین منحنی دبی-اشل و هیدروگراف های عمق و دبی در رودخانه های طبیعی با جریان غیردائمی است. در این پژوهش به کمک الگوریتم ژنتیک و با بهره گیری از پارامتر روش SPM و سایر پارامترهای مؤثر بر مقدار دبی، رابطه ای برای تخمین دبی ارائه می گردد که با استفاده از این رابطه و حل معادلات سنت-ونان می توان منحنی دبی-اشل و هیدروگراف های عمق و دبی را محاسبه نمود. نتایج نشان داد که مقادیر مجذور میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE) و درصد میانگین خطای مطلق (MAPE) برای هیدرگراف خروجی عمق به ترتیب 037/0 و %10/4 و برای هیدروگراف خروجی دبی به ترتیب 029/0 و %97/11 و همچنین خطای روش پیشنهادی در تخمین مقادیر دبی و تراز اوج کمتر از %4 و در مورد زمان وقوع آن ها در حدود %2 می باشد. از این روش با دقت بسیار مناسبی می­توان منحنی دبی-اشل جریان ناپایدار و همچنین هیدروگراف های عمق و دبی را برای رودخانه های طبیعی روندیابی نمود.

از روش های مستقیم حفاظت دیواره رودخانه­ها، استفاده از سازه دیوار نگهدار با مصالح مختلف است. در این تحقیق، پایداری و عملکرد دو نوع دیوار نگهدار بتنی و تورسنگی، با سیمای پلکانی در شرایط همسان رودخانه، به کمک نرم افزار SLOPE/W بررسی شد. تعداد 24 مدل اصلی، با دو نوع مصالح دیواره رودخانه (شن و ماسه)، با دو شیب دیوار نگهدار (1:1 و 1:2) و در سه تراز آب رودخانه مورد بررسی قرار گرفت. برای مقایسه، از 6 مدل دیوار نگهدار قائم (در سمت رودخانه) نیز استفاده شد. نتایج نشان داد که در خاک دانه درشت تر شنی، فشار حفره ای کم تر بوده، در نتیجه نیرو و گشتاور محرک به ترتیب 11 و 7 درصد کم تر از ماسه است. همچنین، میزان نیرو و گشتاور محرک در رودخانه خشک حدود 20 درصد بیش تر از حالت نیمه پر و 40 درصد بیش تر از رودخانه لبریز می باشد. در مقایسه دو نوع دیوار، ضریب اطمینان عملکرد دیوار بتنی کمی بیش تر از دیوار تورسنگی است، ولی در شرایط مقطع پر رودخانه این اختلاف به صفر میل می کند. در شیب دیواره کمتر (1:2) و در عمق آب بالاتر، ضریب اطمینان دیوار تورسنگی بیش تر از دیوار بتنی است. از نتایج بررسی مدل ها، معادلات همبستگی بی بعد برای نسبت برآیند نیرو و گشتاور محرک و مقاوم بصورت تابعی از عمق نسبی آب و شیب دیوار نگهدار بتنی و تورسنگی ارائه گردیده است. از نتایج این پژوهش کاربردی می­توان برای راهنمای انتخاب بین دو گزینه دیوار نگهدار (بتنی یا سنگ و سیمانی، و تورسنگی) در شرایط مختلف رودخانه استفاده نمود.

از جمله مسئله هلیی که در زمینه سرریز کلیدپیانویی مطرح شده است، نوسان تیغه آب عبوری از روی سرریز است. استفاده از پایه های جداکننده جریان یکی از راه های موثر بر کاهش نوسان تیغه آب است. در این تحقیق آزمایشگاهی اثرگذاری های پایه های جداکننده جریان بر آبگذری سرریز کلیدپیانویی مستطیلی، مثلثی و ذوزنقه ای شکل در نقشه و طرح (پلان) بررسی شده است. پایه های استفاده شده با مقطع دایره ای، مربعی و مستطیلی روی دیوارهای پایین دست سرریز نصب شد. آزمایش ها در آبراهه ای (کانالی) با طول 10 متر، عرض و ارتفاع 75/0 و 80/0 متر انجام شد. نتایج نشان داد که پایه های جداکننده جریان، افزون بر جدایش جریان پس ازپایه ها و ایجاد فضایی برای ارتباط هوای سطح آزاد با قسمت زیرین جریان خروجی از روی سرریز، موجب کاهش شدت نوسان تیغه آب عبوری از روی آن نیز می شود. استفاده از پایه های جداکننده تاثیر منفی بر آبگذری در سرریزکلیدپیانویی مستطیلی و ذوزنقه ای ندارد و تنها در سرریز کلیدپیانویی مثلثی، موجب کاهش 10 درصدی آبگذری سرریز شده است. عملکرد پایه های مربعی و مستطیلی بر روی آبگذری و جداشدگی جریان مشابه بود. تاثیر جداشدگی جریان در پایه مستطیلی نسبت به پایه مربعی بهتر ارزیابی می شود. همچنین تاثیر این دو پایه بر روی جداشدگی جریان مناسب تر از پایه دایره ای است.

حوضچه های واگرا با بستر زبر نوعی از حوضچه آرامش است که موجب بهبود راندمان پرش هیدرولیکی می گردد. در این تحقیق شبیه سازی پرش بر روی بستر واگرا و با زبری مصنوعی در اعداد فرود اولیه 34/4 تا 37/9، در بستر صاف و بستر زبر با زبری به شکل نیم کره و قطر 3، 4 و 5 سانتی متر  و تحت زاویه واگرایی 7، 14 و 90 درجه با نرم افزار FLOW-3D انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش زبری بستر عمق جریان کاهش پیدا می کند و بیشینه مقدار آن برای بستر زبر به قطر 5 سانتی متر و دبی حداکثر برابر 77/19 درصد می باشد. همچنین نسبت اعماق در حالت بستر زبر با زبری به قطر 5 سانتی متر به میزان حدود 16 درصد نسبت به بستر صاف بیشتر می گردد. نتایج نشان می دهد با اعمال زبری بستر، نسبت (Lj/y1) کاهش می یابد. بطوریکه با اعمال زبری به قطر 3 سانتی متر، مقدار (Lj/y1) نسبت به بستر صاف به طور متوسط 62/11 درصد کاهش یافته و اعمال زبری در بستر به قطر 5 سانتی متر موجب افزایش مقدار افت انرژی به میزان 5 درصد می شود. بررسی الگوی جریان نشان داد که واگرایی بستر موجب تشکیل جریان چرخشی و زبری بستر موجب افزایش مقدار و شدت آشفتگی می گردد.

امروزه با توجه به آمار بالای فرسایش در دنیا همچنان در اکثر ایستگاه­های رسوب­سنجی برای پایش رسوبات معلق از روش­های سنتی استفاده می­شود که هزینه­ و زمان­بر بوده و با خطای انسانی همراه است. اخیرا فناوری­های نوین نیمرخ جریان داپلر صوتی (ADCP) و آکوستیک توموگرافی یا تیکه نگاری صوتی رودخانه (FAT) رایج شده است. این فناوری ها بر پایه دانش آوصوتیات هستند که با ارسال و دریافت امواج صدا درون آب و تحلیل آن به تخمین میانگین غلظت و اندازه رسوبات معلق می­پردازند. تخمین غلظت رسوبات معلق با استفاده از یک بسامد تنها با نمونه­برداری از رودخانه امکان پذیر است. به همین جهت در این مطالعه برای اولین بار با توسعه روابط توموگرافی و استفاده هم­زمان از دو بسامد امکان تخمین میانگین اندازه و غلظت رسوبات معلق رودخانه با استفاده از FAT بدون نیاز به نمونه­برداری ارائه شده است. در نهایت صحت عملکرد رابطه توسعه یافته با سه احتمال رخداد فرضی با مقادیر SNR فرضی در هر بسامد مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج تحلیلی با توجه به رابطه توسعه یافته نشان داد که روش تیکه نگاری صوتی با دو بسامد 10 و 30 کیلوهرتز قادر به پایش ذرات رسوبات معلق با میانگین اندازه شعاع حدودی بین 1/0 تا 105 میکرومتر و غلظت رسوبات معلق بین 1/0 تا 17/7 کیلوگرم بر مترمکعب است که در مقایسه با اِی­دی­سی­پی قادر به تخمین مقادیر بیشتر (103 تا 105 میکرومتر) و (1/3 تا 17/7 کیلوگرم برمترمکعب) است.

امروزه سرریزهای متخلخل به­دلیل عملکرد هیدرولیکی و فنی بالا از یک طرف و مضرات زیست- محیطی ناچیز از طرف دیگر، جایگزین مناسبی برای سازه­های بتنی معمول در سیستم­های انتقال و توزیع آب می­باشند. در این تحقیق عملکرد هیدرولیکی سرریزهای متخلخل پلکانی با وجود انسداد بالادست ناشی از نشست رسوبات، به صورت آزمایشگاهی مدل سازی شد. آزمایش­های این تحقیق در یک فلوم آزمایشگاهی به طول 11، عرض 5/0 و ارتفاع 5/0 متر در آزمایشگاه هیدرولیک مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی، انجام شده است. قابل ذکر است که ارتفاع کانال در 5/2 متر ابتدایی8/0 متر است. مصالح مورد استفاده در ساخت سرریز از چهار دانه­بندی بین 13/1 تا 4 سانتی­متر با ضریب یکنواختی نزدیک 1 انتخاب شدند. هر کدام از سرریز­ها برای 7 انسداد مختلف بین صفر تا 100 درصد مورد آزمایش قرار گرفت. همچنین نتایج با یک مدل سرریز پلکانی صلب با و بدون انسداد نیز مقایسه شد. مقدار درصد افزایش ضریب دبی برای سرریز متخلخل تقریباً بین 34 تا 230 درصد بیشتر از سرریز صلب است. نتایج نشان داد که انسداد در سرریز صلب تنها در درصد­های بالای 80 درصد بر ضریب دبی مؤثر بوده درحالی که در سرریز­های متخلخل با افزایش انسداد ضریب دبی به تدریج کاهش می­یابد. برخلاف سرریزهای صلب، روند تغییرات ضریب دبی با افزایش دبی در سرریزهای متخلخل، جز در انسدادهای بالا، نزولی بود. در نهایت با استفاده از الگوریتم بیان ژن رابطه­ای تجربی برای محاسبه ضریب دبی جریان آزاد سرریز پلکانی متخلخل در شرایط وجود انسداد استخراج شد.