ORIGINAL_ARTICLE
تحلیل عدم قطعیت نتایج مدل HEC-RAS در شبیهسازی پارامترهای هیدرولیکی جریان رودخانه کارون با رویکرد مونت کارلو
پارامتر ضریب زبری در مدلسازی هیدرولیکی جریان رودخانهها به سادگی قابل اندازهگیری نیست و تعیین آن همواره با عدم قطعیت و خطا در نتایج همراه است. به همین منظور در این مقاله از رویکرد شبیهسازی مونت-کارلو برای تحلیل عدم قطعیت نتایج مدل هیدرولیکی HEC-RAS در بازه ملاثانی تا فارسیات رودخانه کارون به طول 105 کیلومتر استفاده شده است. با توسعه یک ماژول محاسباتی کنترلی و ترکیب آن با هسته محاسباتی HEC-RAS اجرای خودکار فرآیند مونت-کارلو فراهم شد. شبیهسازی3۰۰۰ نمونه مونت کارلو براساس توزیع احتمال ضریب مانینگ انجام شد و تحلیل گرافیکی و کمیسازی نتایج عدم قطعیت روی پارامترهای هیدرولیکی خروجی مدل صورت گرفت. نتایج نشاندهنده عدم قطعیت زیاد با پهنای باند اطمینان بزرگتر از 1 تا 11، در دبی حداکثر سیلاب 3000 و دبی متوسط روزانه 457 مترمکعب بر ثانیه است. برای پالایش شبیهسازیهای مونت-کارلوی کارآمد و غیرکارآمد از معیار شاخص NSE>0.75 در تحلیل هدفمند عدم قطعیت زبری بر مبنای کرانهای عدم قطعیت 5 و 95 درصد استفاده شد. در این حالت پهنای باند عدم قطعیت (d-factor ) هر شش پارامتر تراز سطح آب، عرض سطح آب، عدد فرود، سرعت جریان، تنش برشی و توان جریان، بعنوان متغیرهای پاسخ، کمتر از 1 شد که نشان دهنده کارآمدی رویکرد بهگزینی ضریب زبری است. نتایج تحلیل عدم قطعیت نشان داد عدم قطعیتهای پنهان در نتایج مدل HEC-RAS بالا است و در صورت تحلیل احتمالاتی روی نتایج میتوان در مطالعات بهسازی، لایروبی و احیای رودخانههایی همچون کارون به نتایج اطمینان و اعتماد بالاتری بخشید و پهنههای سطوح سیلگیری احتمالاتی را استخراج نمود.
https://jhyd.iha.ir/article_129403_edd7b0f01904b37e0a3518be69f63f14.pdf
2021-04-21
1
22
10.30482/jhyd.2021.253266.1483
تخمین پارامتر
تحلیل هیدرولیکی
عدم قطعیت
شبیهسازی مونت کارلو
مدل HEC-RAS
حسین
ریاحی مدوار
h.riahi@vru.ac.ir
1
1- استادیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ولیعصر (عج) رفسنجان،ایران
LEAD_AUTHOR
بهمن
فکوری
bahman.fakoori@modares.ac.ir
2
دانشجوی دکتری سازههای آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران
AUTHOR
Abbaspour, K.C., Yang, J., Maximov, I., Siber, R., Bogner, K., Mieleitner, J. and Srinivasan, R. (2007). Modelling hydrology and water quality in the pre-alpine/alpine Thur watershed using SWAT. Journal of hydrology, 333(2-4), 413-430.
1
Ahmed, I. and Freeman, G.E. (2004). Estimating Stage Discharge Uncertainty for Flood Damage Assessment. In Critical Transitions in Water and Environmental Resources Management, pp. 1-8.
2
Bates, B.C., and Townley, L.R. (1988). Nonlinear, discrete flood event models, 3. Analysis of prediction uncertainty. Journal of Hydrology, 99, 91–101.
3
Bautista, E., Clemmens, A.J., Strelkoff, T.S., and Schlegel, J. (2009). Modern analysis of surface irrigation systems with WinSRFR. Agricultural Water Management, 96(7), 1146-1154.
4
Bessar, M.A., Matte, P., and Anctil, F. (2020). Uncertainty Analysis of a 1D River Hydraulic Model with Adaptive Calibration. Water, 12(2), 561.
5
Couto, P.R.G., Damasceno, J.C., Oliveira, S.D., and Chan, W.K. (2013). Monte Carlo simulations applied to uncertainty in measurement. Theory and applications of Monte Carlo simulations, 27-51.
6
Dalledonne, G., Kopmann, R. and Brudy-Zippelius, T. (2019). Uncertainty analysis of floodplain friction in hydrodynamic models. Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., doi: 10.5194/hess-2019-159.
7
Di Baldassarre, G. and Montanari, A. (2009). Uncertainty in river discharge observations: a quantitative analysis. Hydrology & Earth System Sciences, 13(6), 913-921.
8
Dung, N.V., Merz, B., Bárdossy, A., and Apel, H. (2015). Handling uncertainty in bivariate quantile estimation–An application to flood hazard analysis in the Mekong Delta. Journal of Hydrology, 527, 704-717.
9
Dysarz, T., Wicher-Dysarz, J., Sojka, M. and Jaskuła, J. (2019). Analysis of extreme flow uncertainty impact on size of flood hazard zones for the Wronki gauge station in the Warta river. Acta Geophysica, 67(2), 661-676.
10
Ebtehaj, I., Bonakdari, H., Safari, M.J.S., Gharabaghi, B., Zaji, A.H., Madavar, H.R. and Mehr, A.D. (2020). Combination of sensitivity and uncertainty analyses for sediment transport modeling in sewer pipes. International Journal of Sediment Research, 35(2), 157-170.
11
Eftekharian, L., Abrishamchi, A. and Tajrishi, M. (2005). Uncertainty Analysis of Water Levels of Sistan River and Reliability Analysis of Flood Control System. Journal of Hydraulics, 1(1), 39-54. (in Persian).
12
Faghih, M., Mirzaei, M., Adamowski, J., Lee, J. and El‐Shafie, A. (2017). Uncertainty estimation in flood inundation mapping: an application of non‐parametric Bootstrapping. River research and Applications, 33(4), 611-619.
13
Fakouri, B., Mazaheri, M., and Samani, J.M. (2019). Management scenarios methodology for salinity control in rivers (case study: Karoon River, Iran). Journal of Water Supply: Research and Technology-Aqua. 68(1), 74-86.
14
Fakouri Dekahi, B., Mazaheri, M. and Mohammad Vali Samani, J. (2018). Evaluation of Karun River Water Salinity Reduction Strategies Using Management Scenarios. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 50(2), 245-256. (in Persian).
15
Fakouri Dekahi, B., Samani, J. and Mazahari, M. (2016). Effect of floods and management of pollution sources on temporal and spatial variations in water salinity of Karun River (Mollasani to Farsiat). Water and Irrigation Management, 6(2), 295-314. (in Persian)
16
Ganji Nowrouzi, Z., Shokoohi, A., and Singh, V. (2016). Evaluating the effect of discharge - probability function uncertainty on the risk of agricultural loss due to flood using Monte Carlo method. Iran-Water Resources Research, 12(2), 13-23. (in Persian).
17
Guo, A., Chang, J., Wang, Y., Huang, Q. and Li, Y. (2020). Uncertainty quantification and propagation in bivariate design flood estimation using a Bayesian information-theoretic approach. Journal of Hydrology, 584, 124677.
18
Heckert N.A., Filliben, J.J., Croarkin, C.M., Hembree, B., Guthrie, W.F., Tobias, P., and Prinz, J. (2002). Handbook 151: NIST/SEMATECH e-Handbook ofStatistical Methods. NIST Interagency/Internal Report (NISTIR).
19
Heydari, A., Saghafian, B. and Maknoun, R. (2007). Application of Generalized Likelihood Uncertainty Estimation Approach in Real Time Updating of Flood Forecasting Model. Journal of Hydraulics, 2(2), 17-32. (in Persian).
20
Huang, Y. and Qin, X. (2014). Uncertainty analysis for flood inundation modelling with a random floodplain roughness field. Environmental Systems Research, 3(1), 1-7.
21
Jacquin, A.P. and Shamseldin, A.Y. (2007). Development of a possibilistic method for the evaluation of predictive uncertainty in rainfall-runoff modeling. Water Resources Research, W04425.
22
Kahe, M.S., Javadi, S., Roozbahani, A. and Mohammadi, K. (2021). Parametric uncertainty analysis on hydrodynamic coefficients in groundwater numerical models using Monte Carlo method and RPEM. Environment, Development and Sustainability, 1-24.
23
Kiang, J.E., Gazoorian, C., McMillan, H., Coxon, G., Le Coz, J., Westerberg, I.K., Belleville, A., Sevrez, D., Sikorska, A.E., Petersen-Øverleir, A., and Reitan, T. (2018). A comparison of methods for Streamflow uncertainty estimation. Water Resour Res, 54(10), 7149–7176.
24
Koo, H., Chen, M., Jakeman, A.J. and Zhang, F. (2020a). A global sensitivity analysis approach for identifying critical sources of uncertainty in non-identifiable, spatially distributed environmental models: A holistic analysis applied to SWAT for input datasets and model parameters. Environmental modelling & software, 127, 104676.
25
Koo, H., Iwanaga, T., Croke, B.F., Jakeman, A.J., Yang, J., Wang, H.H. and Chen, M. (2020b). Position paper: Sensitivity analysis of spatially distributed environmental models-a pragmatic framework for the exploration of uncertainty sources. Environmental modelling & software, 104857.
26
Le Coz, J., Renard, B., Bonnifait, L., Branger, F. and Le Boursicaud, R. (2014). Combining hydraulic knowledge and uncertain gaugings in the estimation of hydrometric rating curves: A Bayesian approach. Journal of Hydrology, 509, 573-587.
27
Liu, Z. and Merwade, V. (2019). Separation and prioritization of uncertainty sources in a raster based flood inundation model using hierarchical Bayesian model averaging. Journal of Hydrology, 578, 124100.
28
Mansanarez, V., Westerberg, I.K., Lam, N. and Lyon, S.W. (2019). Rapid Stage‐Discharge Rating Curve Assessment Using Hydraulic Modeling in an Uncertainty Framework. Water Resources Research, 55(11), 9765-9787.
29
Marcé, R., Comerma, M., García, J.C. and Armengol, J. (2004). A neuro‐fuzzy modeling tool to estimate fluvial nutrient loads in watersheds under time varying human impact. Limnology and Oceanography: Methods, 2(11), 342-355.
30
Masoumi, F., Najjar-Ghabel, S. and Salimi, N. (2021). Automatic calibration of the two-dimensional hydrodynamic and water quality model using sequential uncertainty fitting approach. Environmental Monitoring and Assessment, 193(2), 1-15.
31
Mohammadi, S. and Kashefipour, M. (2011). Numerical modeling of flow using an improved dynamic roughness coefficient (Case study: Karun River). Irrigation and Water Engineering, 2(1), 99-110.
32
Moriasi, D.N., Arnold, J.G., Van Liew, M.W., Bingner, R.L., Harmel, R.D. and Veith, T.L. (2007). Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Transactions of the ASABE, 50(3), 885-900.
33
Mukolwe, M.M., Baldassarre, G.D., Werner, M. and Solomatine, D.P. (2014). Flood modelling: parameterization and inflow uncertainty. In Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management. 167(1), 51-60.
34
Nash, J.E. and Sutcliffe, J.V. (1970). River flow forecasting through conceptual models part I-A discussion of principles. Journal of hydrology, 10(3), 282-290.
35
Nikmanesh, M.R. (2011). Predicting the effect of vegetation on the coefficient of hydraulic roughness of the Shiraz river bed. Water Science and Engineering. 1(3), 41-54. (in Persian).
36
Pappenberger, F., Beven, K., Horritt, M. and Blazkova, S. (2005). Uncertainty in the calibration of effective roughness parameters in HEC-RAS using inundation and downstream level observations. Journal of Hydrology, 302(1-4), 46-69.
37
Pinheiro, V.B., Naghettini, M. and Palmier, L.R. (2019). Uncertainty estimation in hydrodynamic modeling using Bayesian techniques. RBRH, 24.
38
Rathod, P. and Manekar, V.L. (2020). Parameter uncertainty in HEC-RAS 1D CSU scour model. Current Science, 118(8), 1227.
39
Reichstetter, M. (2011) .Hydraulic Modelling of Unsteady Open Channel Flow: Physical and Analytical Validation of Numerical Models of Positive and Negative Surges. MPhil thesis, School of Civil Engineering, The University of Queensland, Brisbane, Australia, 112 p.
40
Riahi-Madvar, H., Ayyoubzadeh, S., Namin, M. and Seifi, A. (2011). Uncertainty analysis of quasi-two-dimensional flow simulation in compound channels with overbank flows. Journal of Hydrology and Hydromechanics, 59(3), 171-183.
41
Riahi-Madvar, H. and Seifi, A. (2018). Uncertainty analysis in bed load transport prediction of gravel bed rivers by ANN and ANFIS. Arabian Journal of Geosciences, 11(21), 1-20.
42
Saberi Tanasvan, M., Ganji Noroozi, Z., Delghandi, M. and Dorostkar, V. (2020). Sensitivity analysis of flood parameters to roughness variation. Irrigation and Water Engineering, 10(4), 167-180. (in Persian)
43
Scharffenberg, W.A. and Kavvas, M.L. (2011). Uncertainty in flood wave routing in a lateral-inflow-dominated stream. Journal of Hydrologic Engineering, 16(2), 165-175.
44
Seifi, A., Dehghani, M. and Singh, V.P. (2020). Uncertainty analysis of water quality index (WQI) for groundwater quality evaluation: Application of Monte-Carlo method for weight allocation. Ecological Indicators, 117, 106653. doi: 10.1016/j. ecolind.2020.106653
45
Seifi, A., Ehteram, M. and Soroush, F. (2020). Uncertainties of instantaneous influent flow predictions by intelligence models hybridized with multi-objective shark smell optimization algorithm. Journal of Hydrology, 587, 124977.
46
Serinaldi, F. (2013). An uncertain journey around the tails of multivariate hydrological distributions. Water Resources Research, 49(10), 6527-6547.
47
Shafaei Bajestan, M. (2005). Sediment hydraulics, Shahid Chamran University, Ahwaz, Iran. (in Persian).
48
Soroush, F. and Riahi, H. (2019). Uncertainty Analysis of Infiltration Parameters of WinSRFR Furrow Irrigation Simulation Model with Monte Carlo Method. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(4), 1007-991. (in Persian)
49
Stephens, T.A. and Bledsoe, B.P. (2020). Probabilistic mapping of flood hazards: Depicting uncertainty in streamflow, land use, and geomorphic adjustment. Anthropocene, 29, 100231.
50
Teng, J., Jakeman, A.J., Vaze, J., Croke, B.F., Dutta, D. and Kim, S. (2017). Flood inundation modelling: A review of methods, recent advances and uncertainty analysis. Environmental Modelling & Software, 90, 201-216.
51
Tschiedel, A.D.F. and Paiva, R.C.D.D. (2018). Uncertainty assessment in hydrodynamic modeling of floods generated by dam break. RBRH, 23.
52
Vatanchi, S.M. and Maghrebi, M.F. (2019). Uncertainty in Rating-Curves Due to Manning Roughness Coefficient. Water Resources Management, 33(15), 5153-5167.
53
Wohl, E.E. (1998). Uncertainty in flood estimates associated with roughness coefficient. Journal of Hydraulic Engineering, 124(2), 219-223.
54
Zheng, Y. and Han, F. (2016). Markov Chain Monte Carlo (MCMC) uncertainty analysis for watershed water quality modeling and management. Stochastic environmental research and risk assessment, 30(1), 293-308.
55
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی عددی استهلاک انرژی شیبشکن قائم با لبه دندانهای افقی
شیبشکنهای قائم سازهای پرکاربرد در کانالهای آبیاری و زهکشی بوده که به منظور کاهش شیب تند کانال مورد استفاده قرار میگیرند. پاییندست شیبشکن به حوضچه آرامش منتهی میگردد که نقش استهلاک انرژی جریان را بهعهده دارد. در تحقیق حاضر سعی گردیده است تا اثر دندانهدار کردن لبه این سازه بر میزان استهلاک انرژی و سایر پارامترهای هیدرولیکی آن به صورت عددی مورد ارزیابی قرار گیرد. به همین منظور، دو تعداد لبه، با دو ابعاد نسبی، در نظر گرفته شده و محدوده عمق بحرانی نسبی نیز بین 2/0 تا 35/0 انتخاب شده است. از نرمافزار Flow3D با دو مدل آشفتگی k-ε و RNG برای انجام مدلسازی استفاده گردید. نتایج نشان داد که مدل آشفتگی RNG در مقایسه با مدل آشفتگی k-ε تطابق خوبی با مقادیر آزمایشگاهی دارد. همچنین، نتایج حاکی از آن است که استفاده از شیبشکن قائم با لبههای دندانهای افقی در مقایسه با شیبشکن قائم ساده، استهلاک انرژی، عمق نسبی پاییندست، طول ریزش جت و شدت آشفتگی ایجاد شده را افزایش میدهد. افزایش ابعاد لبه و کاهش تعداد آنها نیز استهلاک انرژی جریان را افزایش داده و محدوده عدد فرود پاییندست را کاهش میدهد. تعداد 3 عدد لبه دندانهای با ابعاد نسبی 15/0 بیشترین اغتشاش در خطوط جریان پاییندست ریزش جت را سبب شده و میتواند استهلاک انرژی، عمق ثانویه مورد نیاز جهت تشکیل پرش هیدرولیکی و طول حوضچه آرامش را به ترتیب 12، 19 و 15 درصد کاهش دهد.
https://jhyd.iha.ir/article_128978_60815f93076776a5280a9e92fb839a0e.pdf
2021-04-21
23
36
10.30482/jhyd.2021.256774.1486
شیبشکن قائم
استهلاک انرژی
Flow3D
لبه دندانهای
شدت آشفتگی
رضا
میرزائی
r_mirzaee@semnan.ac.ir
1
گروه مهندسی آب و سازههای هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
AUTHOR
خسرو
حسینی
khhoseini@semnan.ac.ir
2
گروه مهندسی آب و سازههای هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
LEAD_AUTHOR
فرهاد
موسوی
fmousavi@semnan.ac.ir
3
گروه مهندسی آب و سازههای هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
AUTHOR
Abbasi, A. and Maleknejad yazdi, M. (2014). Effect of sill and submerged vanes on the flow containing sediment entering the lateral intakes. Journal of Irrigation and Water Engineering. 4(16), 104-116. (in Persian).
1
Bakhmeteff, M.W. (1932). Hydraulics of open channels, New York and London, McGraw-Hill Book Company, Inc.
2
Chiu, C.L., Fan, C.M. and Tsung, S.C. (2017). Numerical modeling for periodic oscillation of free overfall in a vertical drop pool. Journal of Hydraulic Engineering, 143(1), 04016077.
3
Daneshfaraz, R., Mirzaee, R., Ghaderi, A. and Majedi Asl, M. (2019). The S-jump's Characteristics in the Rough Sudden Expanding Stilling Basin. AUT Journal of Civil Engineering, 4(3), 8-8.
4
Daneshfaraz, R., Majedi Asl, M., Razmi, S., Norouzi, R. and Abraham, J. (2020a). Experimental investigation of the effect of dual horizontal screens on the hydraulic performance of a vertical drop. International Journal of Environmental Science and Technology. https://doi.org/10.1007/s13762-019-02622-x.
5
Daneshfaraz, R., Hasanniya, V., Mirzaee, R. and Bazyar, A. (2020b). Experimental investigation of the effect of positive slope of the horizontal screen on hydraulic characteristics of vertical drop. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(10), 2499-250. (in Persian).
6
Daneshfaraz, R., Majedi Asl, M., Mirzaee, R. and Tayfur, G. (2020c). Hydraulic jump in a rough sudden symmetric expansion channel. AUT Journal of Civil Engineering, doi: 10.22060/ajce.2020. 18227.5667.
7
Dean, R.B. (1978). Reynolds number dependence of skin friction and other bulk flow variables in two-dimensional rectangular duct flow. Journal of Fluids Engineering, 100, 215-223.
8
Esen, I.I., Alhumoud, J.M. and Hannan, K.A. (2004). Energy loss at a drop structure with a step at the base. Water International, 29(4), 523-529.
9
Farouk, M. and Elgamal, M. (2012). Investigation of the performance of single and multi-drop hydraulic structures. International Journal of Hydrology Science and Technology, 2(1), 48-74.
10
Hong, Y.M., Huang, H.S. and Wan, S. (2010). Drop characteristics of free-falling nappe for aerated straight-drop spillway. Journal of Hydraulic Research, 48(1), 125-129.
11
Ghaderi, A., Dasineh, M. and Abbasi, S. (2019). Impact of vertically constricted entrance on hydraulic characteristics of vertical drop (numerical investigation). Journal of Hydraulics, 13(4), 121-131. (in Persian).
12
Kabiri-Samani, A.R., Bakhshian, E. and Chamani, M.R. (2017). Flow characteristics of grid drop-type dissipators. Flow Measurement and Instrumentation, 54, 298-306.
13
Liu, S.I., Chen, J.Y., Hong, Y.M., Huang, H.S. and Raikar, R.V. (2014). Impact characteristics of free over-fall in pool zone with upstream bed slope. Journal of Marine Science and Technology, 22(4), 476-486.
14
Mahmoudi, B. and Farhoudi, J. (2018). Experimental Studies of flow from Flap Gate in circular open channel at free flow condition. Iranian Journal of Soil and Water Research, 49(1), 159-170. (in Persian).
15
Mansouri, R. and Ziaei, A. (2014). Numerical modeling of flow in the vertical drop with inverse apron. 7th International Symposium on Environmental Hydraulics, Singapore.
16
Moore, W.L. (1943). Energy loss at the base of a free overfall. Transactions of the American Society of Civil Engineers, 108(1), 1343-1360.
17
Novák, P., Moffat, A.I.B., Nalluri, C. and Narayanan, R. (2007). Hydraulic structures. CRC Press.
18
Rajaratnam, N. and Chamani, M.R. (1995). Energy loss at drops. Journal of Hydraulic Research, 33(3), 373-384.
19
Rand, W. (1955, September). Flow geometry at straight drop spillways. Proceedings of the American Society of Civil Engineers, 81(9), 1-13.
20
Sharif, M. and Kabiri-Samani, A. (2018). Flow regimes at grid drop-type dissipators caused by changes in tail-water depth. Journal of Hydraulic Research, 56(4), 505-516.
21
White, M.P. (1943). Discussion of Moore. Transactions of ASCE, 108, 1361-1364.
22
ORIGINAL_ARTICLE
تأثیر اعمال فیلترهای پسپردازش بر میدان سرعت جت آشفته اندازهگیری شده با فرکانسهای نمونهبرداری مختلف بهوسیله سرعتسنج صوتی داپلر
سرعتسنج صوتی داپلر بهعنوان یک ابزار اندازهگیری سرعت، در مطالعات هیدرولیک آزمایشگاهی و میدانی مورد استفاده قرار میگیرد. با توجه به اینکه پارامترهای آماری سرعت اندازهگیری شده بهوسیله سرعتسنج صوتی داپلر ممکن است تحت تأثیر عوامل خطا ازجمله نویز و اسپایک قرار گیرند، بنابراین پسپردازش دادهها ضروری میباشد. در این پژوهش بهمنظور بررسی دقت دستگاه سرعتسنج صوتی داپلر، آزمایشهایی بر روی یک جت آشفته متقارن محوری منتشر شده در محیط ساکن، با عدد رینولدز 10000 انجام شد. مقادیر میدان سرعت بهوسیله سرعتسنج وکترینو پلاس با فرکانسهای نمونهبرداری 25 و 200 هرتز در ناحیه خودمتشابه جت متقارن محوری اندازه-گیری شدند. بهمنظور اصلاح سرعت اندازهگیری شده، از روشهای مختلف پسپردازش حذف نویز و اسپایک و ترکیب آنها استفاده شد. میزان تأثیر روشهای مختلف حذف اسپایک و نویز بر دادههای اندازهگیری شده سرعت (در فرکانسهای مختلف نمونهبرداری) در جت آشفته متقارن محوری در جهات محوری و شعاعی مورد بررسی قرار گرفت. بهمنظور بررسی میزان کارایی و دقت، نتایج با دادههای اندازهگیری شده پژوهشهای معتبر قبلی مقایسه شد. نتایج نشان داد استفاده از فرکانس بیشتر در اندازهگیری سرعتسنج صوتی داپلر، باعث افزایش نویز و در نتیجه افزایش واریانس سرعت میشود. اعمال روشهای پسپردازش حذف نویز و اسپایک باعث بهبود کیفیت دادهها و همچنین تطابق واریانس سرعت اندازهگیری شده با فرکانسهای نمونهبرداری متفاوت شد. نهایتاً توصیه میشود در پژوهشهایی مانند اندازهگیریهای میدانی یا نزدیک مرزهای جریان که دادههای اندازهگیری شده از کیفیت کمتری برخوردار هستند از ترکیب فیلترها حذف نویز و اسپایک برای رسیدن به دادههای با دقت بالاتر استفاده کرد.
https://jhyd.iha.ir/article_125079_05c1ec2af9e041194ebe1af888ec6f99.pdf
2021-04-21
37
51
10.30482/jhyd.2021.257224.1487
اسپایک
جت آشفته
سرعتسنج صوتی داپلر
فرکانس نمونهبرداری
نویز
فرزین
همایونفر
farzin.homayounfar93@gmail.com
1
گروه عمران آب/دانشکده عمران و محیط زیست/ دانشگاه امیرکبیر/تهران/ایران
AUTHOR
بابک
خورسندی
b.khorsandi@aut.ac.ir
2
استادیار دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلیتکنیک تهران)
LEAD_AUTHOR
Cea, L., Puertas, J. and Pena, L. (2007). Velocity measurements on highly turbulent free surface flow using ADV. Experiments in Fluids, 42(3), 333–348.
1
Darisse, A., Lemay, J. and Benaïssa, A. (2015). Budgets of turbulent kinetic energy, Reynolds stresses, variance of temperature fluctuations and turbulent heat fluxes in a round jet. J. Fluid. Mech, 774, 95–142.
2
Doroudian, B., Bagherimiyab, F. and Lemmin, U. (2010). Improving the accuracy of four-receiver acoustic Doppler velocimeter (ADV) measurements in turbulent boundary layer. Limnology and Oceanography: Methods, 8(11), 575–591.
3
Garbini, J. (1982). Measurement of fluid turbulence based on pulsed ultrasound techniques. Part 1. Analysis. J. Fluid Mech., 118, 445–470.
4
Garbini, J.L., Forster, F.K. and Jorgensen, J. (1982). Measurement of fluid turbulence based on pulsed ultrasound techniques. Part 1. Analysis. Journal of Fluid Mechanics, 118, 445–470.
5
Goring, D.G. and Nikora, V.I. (2002). Despiking Acoustic Doppler Velocimeter Data, (January), 117–126.
6
Hejazi, K., Falconer, R.A. and Seifi, E. (2016). Denoising and despiking ADV velocity and salinity concentration data in turbulent stratified flows. Flow Measurment and Instrumentation, 52(August), 83–91.
7
Hurther, D. and Lemmin, U. (2001). A Correction Method for Turbulence Measurements with a 3D Acoustic Doppler Velocity Profiler. Jornal of Atmospheric and Oceanic Technology, (18), 446–458.
8
Hurther, D. and Lemmin, U. (2008). Improved Turbulence Profiling with Field-Adapted Acoustic Doppler Velocimeters Using a Bifrequency Doppler Noise Suppression Method. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 25, 452–464.
9
Hussein, J., Cap, S.P. and George, W.K. (1994). Velocity measurements in a high-Reynolds-number, momentum-conserving, axisymmetric, turbulent jet. Journal of Fluid Mechanic, 258, 31–75.
10
Khorsandi, B., Mydlarski, L. and Gaskin, S. (2012). Noise in Turbulence Measurements Using Acoustic Doppler Velocimetry. J. Hydraul. Eng, 138 (October), 829–838.
11
Khosronejad, A., Hansen, A.T., Kozarek, J.L., Guentzel, K., Hondzo, M., Guala, M., ... and Sotiropoulos, F. (2016). Large eddy simulation of turbulence and solute transport in a forested headwater stream. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 121(1), 146-167.
12
Lane, S., Biron, P., Bradbrook, K., Butler, J., Chandler, J., Crowell, M., … and Roy, A. (1998). Three-dimensional measurement of river Channel flow process using acoustic Doppler velocimetry. Earth Surface Processes and Landforms, 23, 1247–1267.
13
Lohrmann A, Cabrera R, Kraus, N.C. (1994). Acoustic-Doppler velocimeter (ADV) for laboratory use. Fundamentals and Advancements in Hydraulic Measurements and Experimentation, ASCE, 351–365.
14
Moeini, M., Khorsandi, B. and Mydlarski, L. (2020). Effect of Acoustic Doppler Velocimetry Sampling Frequency on Statistical Measurements of Turbulent Axisymmetric Jets. J. Fluids Eng, 146(7), 1–17.
15
Nikora, B.V.I. and Goring, D.G. (1998). ADV measurements of turbulence: Can we improve their interpretation? J. Hydraul. Eng, 124, 630–634.
16
Panchapakesan, N. and Lumley, J.L. (1993). Turbulence measurements in axisymmetric jets of air and helium. Part 1. Air jet. Journal of Fluid Mechanic, 246, 197–223.
17
Parsheh, M., Sotiropoulos, F. and Porté-agel, F. (2010). Estimation of Power Spectra of Acoustic-Doppler Velocimetry Data Contaminated with Intermittent Spikes. J. Hydraul. Eng, 136, 368–378.
18
Pope, S.B. (2000). Turbulent Flows. Cambridge University Press.
19
Safarzadeh, A., Salehi Neyshabouri, S.A.A. and Zarrati, A. R. (2016). Experimental investigation on 3D turbulent flow around straight and T-shaped groynes in a flat bed channel. Journal of Hydraulic Engineering, 142(8), p. 04016021.
20
Voulgaris, G. and Trowbridge, J. (1998). Evaluation of the Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) for Turbulence Measurements. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 15, 272–289.
21
Wahl, T. (2003). Discussion of “Despiking Acoustic Doppler Velocimeter Data” by Derek G. Goring and Vladimir I. Nikora. J. Hydraul. Eng, 128(1), 484–487.
22
ORIGINAL_ARTICLE
طراحی بهینه نمونهبرداری فشار در شبکههای توزیع آب برای کالیبراسیون مدلهای هیدرولیکی
یکی از مهمترین کاربردهای مدلهای هیدرولیکی شبکههای توزیع آب، شبیهسازی و درک شرایط غیرنرمال شبکه است. لذا وجود مدلهای کالیبره شده برای ایجاد درک واقعی از رفتار شبکه ضروری است. انجام این فرایند نیازمند جمعآوری دادههای میدانی از شبکه است تا با مقایسه رفتار پیشبینیشده بهوسیله مدل با دادههای واقعی، عملکرد مدل اصلاح شود. نمونهبرداری از شبکه محدودیتهای مختلفی دارد. بنابراین فرآیند طراحی نمونهبرداری، جنبههای مختلف نمونهبرداری نظیر مکان، تعداد و تناوب را بهصورت بهینه تعیین میکند. در این مقاله بهمنظور طراحی نمونهبرداری، تمرکز روی مکانهای اندازهگیری فشار بهمنظور کالیبراسیون مدل هیدرولیکی است. برای اجرای طراحی نمونهبرداری، ابتدا با انجام تحلیل حساسیت، عدمقطعیت در فشار هر گره میان پارامترهای ورودی مدل تقسیم میشود. در این مقاله از روش تحلیل حساسیت عمومی سوبول و الگوریتم ژنتیک چندهدفه عدد صحیح تحت عنوان الگوریتم MI-NSGA-II با دو معیار هزینههای نمونهبرداری کمینه و آنتروپی بیشینه برای انتخاب نقاط نمونهبرداری بهینه استفاده شده است. بررسی سناریوهای مختلف، بیانگر تأثیر نوع پارامتر بر موقعیت نقاط منتخب است. در این میان میزان مشابهت نتایج سناریوهای ترکیبی با سناریوهای مجزا از حالات شامل زبری، به حالات شامل تقاضا کاهش پیدا میکند که بیانگر نقش مؤثرتر زبری در انتخاب نقاط در سناریوهای ترکیبی است. همچنین بررسی حالات ترکیبی پارامترها نشان داد که اندرکنشهای میان پارامترها در انتخاب نقاط مؤثر است.
https://jhyd.iha.ir/article_125793_da1908ec8e0cc4681d8d624245857ed5.pdf
2021-04-21
53
66
10.30482/jhyd.2021.257302.1488
شبکه توزیع آب
مدل هیدرولیکی
تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار
کالیبراسیون
طراحی نمونهبرداری
تحلیل حساسیت
مسعود
تابش
mtabesh@ut.ac.ir
1
دانشگاه تهران - گروه عمران
LEAD_AUTHOR
وحید
عباسی مقدم
abbasi.vahid@ut.ac.ir
2
دانشگاه تهران
AUTHOR
اکبر
شیرزاد
a.shirzad@uut.ac.ir
3
دانشگاه صنعتی ارومیه
AUTHOR
Askari, M., Li, J. and Samali, B. (2017). Cost-effective multi-objective optimal positioning of magnetorheological dampers and active actuators in large nonlinear structures. Intelligent Material Systems and Structures, 28(2), 230-253.
1
Behzadian, K., Ardeshir, A., Kapelan, Z. and Savic, D. (2008). Stochastic sampling design for water distribution model calibration. International Journal of Civil Engineering, 6(1), 48-57.
2
Bush, C.A. and Uber, J.G. (1998). Sampling design methods for water distribution model calibration, Water Resources Planning and Management, 124(6), 334-344.
3
De Schaetzen, W.B.F., Walters, G.A. and Savic, D.A. (2000). Optimal sampling design for model calibration using shortest path, genetic and entropy algorithms. Urban Water, 2(2), 141-152.
4
Homma, T. and Saltelli, A. (1996). Importance measures in global sensitivity analysis of nonlinear models. Reliability Engineering & System Safety, 52(1), 1-17.
5
Iooss, B. and Lemaître, P. (2015). A review on global sensitivity analysis methods. In: Dellino, G. and Meloni, C. (eds.), Uncertainty Management in Simulation-Optimization of Complex Systems, 101-122, Springer, Boston.
6
Kapelan, Z.S., Savic, D.A. and Walters, G.A. (2003). Multiobjective sampling design for water distribution model calibration. Water Resources Planning and Management, 129(6), 466-479.
7
Ormsbee, L.E. (1989). Implicit network calibration. Water Resources Planning and Management, 115(2), 243-257.
8
Saltelli, A., Aleksankina, K., Becker, W., Fennell, P., Ferretti, F., Holst, N., Li, S. and Wu, Q. (2019). Why so many published sensitivity analyses are false: A systematic review of sensitivity analysis practices. Environmental Modelling & Software, 114, 29-39.
9
Shao, Y., Chu, S., Zhang, T., Yang, Y. J. and Yu, T. (2019). A greedy sampling design algorithm for the model calibration of nodal demand in water distribution systems. Mathematic Problems in Engineering, https://doi.org/10.1155/2019/3917571.
10
Soroush, F. and Abedini, M.J. (2019). Optimal selection of number and location of pressure sensors in water distribution systems using geostatistical tools coupled with genetic algorithm. Journal of Hydroinformatics, 21(6), 1030-1047.
11
Tang, T., Reed, P., Wagener, T. and Van Werkhoven, K. (2006). Comparing sensitivity analysis methods to advance lumped watershed model identification and evaluation. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 3(6), 3333- 3395.
12
Tang, Y., Reed, P., Van Werkhoven, K. and Wagener, T. (2007). Advancing the identification and evaluation of distributed rainfall‐runoff models using global sensitivity analysis. Water Resources Research, 43(6).
13
Wagner, J.M., Shamir, U. and Marks, D.H. (1988). Water distribution reliability: simulation methods. Water Resources Planning and Management, 114(3), 276-294.
14
Walski, T.M., Brill Jr, E.D., Gessler, J., Goulter, I.C., Jeppson, R.M., Lansey, K., Lee, H.L., Liebman, J.C., Mays, L. and Morgan, D.R. (1987). Battle of the network models: Epilogue. Water Resources Planning and Management, 113(2), 191-203.
15
ORIGINAL_ARTICLE
مدلسازی شکست سد در دیدگاه لاگرانژی با استفاده از روش بدونشبکه محلی پترو گلرگین بر پایه تابع شعاعی
در این مطالعه سعی شده است، معادلات حاکم بر جریان سیال در مساله شکست سد با استفاده از مبانی ریاضی روش بدونشبکه، رابطهسازی شود. در این راستا، ابتدا به معرفی کامل روش بدونشبکه محلی پترو-گلرکین بر پایه تابع شعاعی پرداخته میشود. همچنین به منظور صحت سنجی، یک مثال عددی که دارای پاسخ دقیق میباشد، به کمک این روش حل و با پاسخ های دقیق مقایسه گردیده است. نتایج نشان میدهد روش بدونشبکه به عنوان یک روش کارآمد و دقیق برای دستیابی به پاسخهای تقریبی معادلههای دیفرانسیل در روشهای بدونشبکهبندی مورد توجه قرار میگیرد. در نهایت مسالهی شکست سد، با استفاده از تابع شکل شعاعی که در محیط متلب نوشته شده است، به شکل لاگرانژی و با استفاده از روش تصحیح فشار حل و با نتایج دیگر روشها مقایسه شدهاند. لازم به ذکر است، معادلات حاکم بر جریان شامل معادلات بقای جرم و بقای ممنتوم میباشند. نتایج حاصل نشاندهندهی دقت بالای روش بدونشبکه محلی پترو-گلرکین بر پایه تابع شعاعی در مدلسازی مساله شکست سد و نیز عدم نیاز به هیچگونه شبکهی پیش زمینه و تطابق مناسب با شرایط مرزی است.
https://jhyd.iha.ir/article_124692_38d2e89a5392389966228669cf971787.pdf
2021-04-21
67
80
10.30482/jhyd.2021.261531.1498
شکست سد
روش بدونشبکه محلی پترو-گلرکین
مدلسازی جریان سیال
تابع پایه شعاعی
دیدگاه لاگرانژی
سید مجتبی
موسوی نژاد
mojtaba.mosavi@birjand.ac.ir
1
گروه عمران، دانشکده فنی و مهندسی فردوس، دانشگاه بیرجند، فردوس ، ایران
LEAD_AUTHOR
محمد
اکبری ماکویی
akbari64@yahoo.com
2
گروه مهندسی عمران، دانشکده عمران ، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران
AUTHOR
Akbarimakoui, M., Amini, R. and Mosavi Nezhad, S.M. (2018). Fluid flow modeling using meshless local Petrov-Galerkin (MLPG) method by Radial Basis Function. Journal of Hydraulics, 13(3), 95-106. (in Persian).
1
Amini, R., Maghsoodi, R. and Moghaddam, N. (2016). Simulating free surface problem using isogeometric analysis. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 38(2), 413-421.
2
Amini, R., Akbarimakoui, M. and Mosavi Nezhad, S.M. (2018). Fluid flow modeling in channel using meshless local Petrov-Galerkin (MLPG) method by Radial Basis Function. Modares Mechanical Engineering, 18(8), 241-249. (in Persian).
3
Arami Fadafan, M. and Hessami Kermani, M.-R. (2018). Moving particle semi-implicit method with improved pressures stability properties. Journal of Hydroinformatics, 20(6), 1268-1285.
4
Atluri, S.N., Kim, H.-G. and Cho, J.Y. (1999). A critical assessment of the truly meshless local Petrov-Galerkin (MLPG), and local boundary integral equation (LBIE) methods. Computational mechanics 24(5), 348-372.
5
Belytschko, T., Lu, Y.Y. and Gu, L. (1994). Element‐free Galerkin methods. International journal for numerical methods in engineering, 37(2), 229-256.
6
Eslamlooian, A. and Amiri, S.M. (2020). Evaluation of well-balanced form of Weighted Average Flux scheme for simulation of flow in open channels. Journal of Hydraulics, 15(1), 143-155. (in Persian).
7
Farzin, S., Hassanzadeh, Y., Alami, M.T. and Fatehi, R. (2014). An Implicit Incompressible SPH Method for Free Surface Flow Problems. Modares Mechanical Engineering, 14(4), 99-110. (in Persian).
8
Gingold, R.A. and Monaghan, J.J. (1977). Smoothed particle hydrodynamics: theory and application to non-spherical stars. Monthly notices of the royal astronomical society, 181(3), 375-389.
9
Hardy, R.L. (1990). Theory and applications of the multiquadric-biharmonic method 20 years of discovery 1968–1988. Computers & Mathematics with Applications, 19(8-9), 163-208.
10
Kahid Basiri, H., Babaee, R., Fallah, A. and Jabbari, E. (2020). Development of multiquadric method for solving dam break problem. Journal of Hydraulics, 14(4), 83-98. (in Persian).
11
Liu, G.-R. and Gu, Y.-T. (2005). An introduction to meshfree methods and their programming, Springer Science & Business Media.
12
Liu, G.-R. and Gu, Y. (2001). A point interpolation method for two-dimensional solids. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 50(4), 937-951.
13
Liu, G. and Gu, Y. (2001). A local radial point interpolation method (LRPIM) for free vibration analyses of 2-D solids. Journal of Sound and vibration, 246(1), 29-46.
14
Liu, W.K., Jun, S. and Zhang, Y.F. (1995). Reproducing kernel particle methods. International journal for numerical methods in fluids 20(8‐9), 1081-1106.
15
Melenk, J. and Babuska, I. (1997). Approximation with harmonic and generalized harmonic polynomials in the partition of unity method. Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences, 4, 607-632.
16
Moussavinezhad, S., Shahabian, F. and Hosseini, S. M. (2013a). Two-dimensional elastic wave propagation analysis in finite length FG thick hollow cylinders with 2D nonlinear grading patterns using MLPG method. CMES Comput. Model. Eng. Sci, 91, 177-204.
17
Moussavinezhad, S., Shahabian, F. and Hosseini, S. M. (2013b). Two-dimensional stress-wave propagation in finite-length FG cylinders with two-directional nonlinear grading patterns using the MLPG method. Journal of Engineering Mechanics, 140(3), 575-592.
18
Nayroles, B., Touzot, G. and Villon, P. (1992). Generalizing the finite element method: diffuse approximation and diffuse elements. Computational mechanics, 10(5), 307-318.
19
Nithiarasu, P. (2005). An arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) formulation for free surface flows using the characteristic‐based split (CBS) scheme. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 48(12), 1415-1428.
20
Onate, E., Idelsohn, S., Zienkiewicz, O. and Taylor, R. (1996). A finite point method in computational mechanics. Applications to convective transport and fluid flow. International journal for numerical methods in engineering, 39(22), 3839-3866.
21
Pahange, H. and Abolbashiri, M. (2016). Simulation, analysis and optimization of airplane wing leading edge structure against bird strike.
22
Shao, S. and Lo, E.Y. (2003). Incompressible SPH method for simulating Newtonian and non-Newtonian flows with a free surface. Advances in water resources, 26(7), 787-800.
23
Shobeyri, G. and Afshar, M. (2010). Simulating free surface problems using discrete least squares meshless method. Computers & Fluids, 39(3), 461-470.
24
Sukumar, N., Moran, B. and Belytschko, T. (1998). The natural element method in solid mechanics. International journal for numerical methods in engineering, 43(5), 839-887.
25
Valette, R., Pereira, A., Riber, S., Sardo, L., Larcher, A. and Hachem, E. (2021). Viscoplastic dam-breaks. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 287, 104447.
26
Wendland, H. (1999). Meshless Galerkin methods using radial basis functions. Mathematics of Computation of the American Mathematical Society, 68(228), 1521-1531.
27
Xu, T. and Jin, Y.C. (2019). Improvement of a projection-based particle method in free-surface flows by improved Laplacian model and stabilization techniques. Comput. Fluids, 191, 104235.
28
Yang, S., Yang, W., Qin, S., Li, Q. and Yang, B. (2018). Numerical study on characteristics of dam-break wave. Ocean Eng., 159, 358–371.
29
Ye, Y., Xu, T. and Zhu, D. (2020). Numerical analysis of dam-break waves propagating over dry and wet beds by the mesh-free method. Ocean Engineering, 217, 107-118.
30
Zhu, T., Zhang, J.-D. and Atluri, S. (1998). A local boundary integral equation (LBIE) method in computational mechanics, and a meshless discretization approach. Computational mechanics, 21(3), 223-235.
31
Zienkiewicz, O.C. and Codina, R. (1995). A general algorithm for compressible and incompressible flow—Part I. the split, characteristic based scheme. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 20(89), 869-885.
32
Zounemat-Kermani, M. and Ghiasi-Tarzi, O. (2017). Using natural element mesh-free numerical method in solving shallow water equations. European Journal of Environmental and Civil Engineering, 21(6), 753-767
33
ORIGINAL_ARTICLE
تخمین حداکثر عمق آبشستگی در پایاب حوضچه آرامش (مطالعه موردی: بند سنگی- ملاتی حوزه آبخیز زیارت گرگان)
بندهای سنگی ملاتی سازه هایی هستند که جهت تنظیم شیب و مهار فرسایش آبراهه ها بکار گرفته میشوند. در این تحقیق برای تخمین حداکثر عمق آبشستگی در پایین دست سازه سنگی ملاتی زیارت با وجود 2 ردیف لوله جهت عبور آب بالادست به پایین دست در بدنه بند، مدل فیزیکی سازه در مقیاس1:20 ساخته شد. بمنظور شبیه سازی جریان در طول مدت عمر مفید این سازه ها، آزمایشها برای حالتی که لوله ها به تنهایی جریان را به پایین دست منتقل نمایند و حالتی که پس از تله اندازی رسوبات و پر شدن لوله ها، جریان از روی سرریز عبور می کند، مورد شبیه سازی قرار گرفت. نتایج آزمایش زمان تعادلی 48 ساعته نشان داد که 94 درصد حداکثر عمق آبشستگی حداکثر در 8 ساعت اولیه آزمایش اتفاق افتاده است. همچنین حداکثر عمق آبشستگی به اندازه 130میلیمتر ( معادل دو متر و شصت سانتیمتر در مقیاس واقعی) درحالت انسداد لوله ها اتفاق میافتد. در این شرایط پرش هیدرولیکی به پایین دست حوضچه آرامش منتقل شده، عمق آبشستگی افزایش یافته و در عرض کانال نیز گسترش می یابد و کم ترین عمق آبشستگی در حالتی که آب از سری لولههای پایین عبور می کنند، اتفاق می افتد. در این شرایط پرش هیدرولیکی داخل حوضچه قرار می گیرد. همچنین حداکثر عمق آبشستگی به عمق آب در پایاب سازه برای حالتی که جریان از روی سرریز و لوله ها همزمان عبور کند، حدود 2/2 و برای زمانی که تنها جریان از درون لوله ها به پایین دست منتقل شود، حدود 62/0 است.
https://jhyd.iha.ir/article_130354_5b8f61388102e203a7b5ba203de74af1.pdf
2021-04-21
81
92
10.30482/jhyd.2021.257326.1490
:" آبشستگی
" مصالح رودخانه ای
" بندسنگی ملاتی
" رودخانه زیارت
" مدل فیزیکی
محمد علی
صلبی
mohamadalisolbi@yahoo.com
1
دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
AUTHOR
امیر احمد
دهقانی
a.dehghani@gau.ac.ir
2
گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان،گلستان، ایران.
LEAD_AUTHOR
مهدی
مفتاح هلقی
meftahhalaghi@gmail.com
3
گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان،گلستان، ایران.
AUTHOR
عبدالرضا
ظهیری
zahiri.areza@gmail.com
4
گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان،گلستان، ایران.
AUTHOR
Bormann, N.E. and Julien, P.Y. (1991). Scour down stream of gradecontrol structures. J.Hydraulic. Eng., 117(5), 579- 594.
1
Catakli, O., Ozal, K. and Tandogan, A. (1973). A study of Scour at the end of stilling basin and use of horizontal sills as energy dissipators. 11th Congress of Large Dams, Madrid.
2
Chakherloo, M., Tavakoli, A., Hosseini Mobra, S.A. and Rezaei, H. (2012). Three-dimensional study of the effect of different discharges on the sedimentation of downstream sediments of the sharp edge, 11th Iranian Hydraulic Conference, Urmia. (in Persian).
3
Dargahi, B. (2003). Scour development downstream of a spillway, J. Hydraulic Research, 41(4), 417-426.
4
Fahlbusch, F.E. (1994). Scour in Rock Riverbeds Downstream of Large Dams. J. Hydropower and Dams, 1(4), 30–32.
5
Farhoudi, J. and Smith, K. (1985). Local scour profiles downstream of hydraulic jump. J .Hydraulic Research, 23(4), 343-359.
6
Farhoudi, J. and Smith, K.V.H. (1982).Time scale for scour downstream of hydraulic jump. J. Hydraulic Eng., 108(10), 1147-1161.
7
Iranian Management and Planning Organization. (2006). Guide to Field Operations Sample on Sedimentation of Rivers and Reservoirs of Dams. No. 349, 67 p.
8
Haffmans, G.J.C.M. and Pilarczyk, K.W. (1995). Local scour downstream of hydraulic structures. J. Hydraulic Eng. 121(4), 326-340.
9
Hoffmans, G.J.C.M. and Verheij, H.J. (1997) Scour manual. CRC Press, 224 p.
10
Hosseini, M. and Abrisamchi, J. (1994). Open Channel Hydraulics. Astan Quds Razavi. Mashhad, 665p. (in Persian).
11
Nazari, A. and Heidari, M. (2011). Threshold of uniform sediment movement, 8th Iran Hydraulic Conference, Tehran. (in Persian).
12
Novak, P. (1955). Study of stilling basins with special regard to their end sill. Proc. 6th IAHR Conference, The Hague.
13
Novak, P. (1961). Influence of bed load passage on scour and turbulence downstream of stilling basin, Proc. 19th IAHR Conference. Dubrovink.
14
Scurlock, S.M., Cristopher, L.T. and Steven, R.A. (2012). Equilibrium scour downstream of three-dimensional grade control structures. J. Hydraul. Eng., 138(2), 167-176
15
Shafaei Bajestan, M. and Omidi, P. (2015). Investigation of scour depth downstream of stilling basin for the case of B-Jump, J. Irrigation Science and Engineering, 38(4), 136-125. (in Persian).
16
Sheng, J-A. and Liao, A.-Z. (1997). Erosion control in south China, J Catena, 29(2), 211-221.
17
Yalin, M.S. (1971). Theory of Hydraulic Models. MacMillan, New York, 266 p.
18
Zhou, X.X., Hong-Wu, Z. and Ouyang, Z. (2004). Development of check-dam systems in gullies on the Loess Plateau, China,j. Environmental Science & Policy,7(2), 79-86.
19
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی تغییرات هیدرومورفولوژیکی رودخانه کرج بر اثر اجرای طرحهای توسعه منابع آب و مهندسی رودخانه
در این تحقیق تلاش گردید با انجام شبیهسازیهای عددی جریان - رسوب و رفتار مورفولوژیکی رودخانه، برخی اثرات ناشی از اجرای طرحهای توسعه منابع آب و ساماندهی رودخانه و اثراتی که بر ریختشناسی رودخانه کرج اعمال خواهند نمود، مورد ارزیابی و تحلیل قرار گیرد. بدین منظور با انجام بازدیدهای میدانی و جمعآوری اطلاعات، گزارشات و نقشههای موجود نسبت به توسعه چهار مدل مختلف هیدرولیکی- رسوبی برای ارزیابی تغییرات شرایط جریان، وضعیت انتقال رسوب و همچنین تغییرات محتمل مورفولوژی در بستر رودخانه کرج ناشی از طرحهای کانالیزاسیون رودخانه کرج، ساخت دریاچه تفریحی البرز و تغذیه مصنوعی اقدام گردید. مدلهای بکار رفته در این تحقیق شامل مدلهای جریان یک و دوبعدی HEC-RAS، مدل رسوب HEC-RAS و مدل RVR Meander برای شبیهسازی ریختشناسی رودخانه بودهاند. در این مدلسازیها سه سناریوی هیدرولیکی برای بررسی وضعیت جریان در حالت پایه (بدون انجام طرحها)، در محدوده طرح کانالیزاسیون و در محدوده پروژه تغذیه مصنوعی اجرا گردید و مدلسازی تغییرات بستر (رسوب) و ریختشناسی نیز بصورت جداگانه انجام گردید، که ماحصل آنها بروز مشکلاتی در سامانه رودخانه از نظر هیدرولیکی و رسوبگذاری و فرسایش در اثر اجرای طرحهای در دست اجراست (مانند افزایش تراز بستر و کاهش نفوذپذیری و عقبنشینی سواحل). نتایج حاصله میتواند راهنمای خوبی برای اصلاح و بهینهسازی طرحهای مهندسی رودخانه و توسعه منابع در پاییندست رودخانه کرج باشد.
https://jhyd.iha.ir/article_128883_a01f8f6829688643927defb731251f05.pdf
2021-04-21
93
110
10.30482/jhyd.2021.265438.1499
ریخت شناسی
مهندسی رودخانه
رسوبگذاری
مدل
تغذیه مصنوعی
رودخانه کرج
امیر
صمدی
amsamadi@gmail.com
1
استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)
LEAD_AUTHOR
اصغر
عزیزیان
asgharazi@gmail.com
2
دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)
AUTHOR
Arshad, S., Morid, S. and Mir Abolghasemi, H. (2008). Assessing the trend of morphologic changes of rivers using remote Sensing: (Case study: Karun river between Gotvand and Farsiat). J. Agric. Sci. Natur. Resour., 14(6), 180-194.
1
Asghari Saraskanroud, S. (2013). Investigation and analysis of different river patterns in the Shahrchai River of Urmia. Applied Geomorphology of Iran, 1(1), 75-88.
2
Piri, Z., Rezaie Moghadam, M.H., Ashouri M. (2015). Assessment of The Effect of Dam Construction River Pattern and Pass changes Using GIS & RS (Case Study: Ahar Chai River). Geography and Environmental Planning, 25(4), 57-68.
3
Rezaei Moghaddam, M.H., Sarvati, M.R. and Asghari Sareskanrood, S. (2012). Investigation of geometric alterations of Gezel Ozan River considering Geomorphologic and Geologic parameters. Geography and Environmental Planning, 23(2), 1-14.
4
Shayan, N. and Dehestani, H. (2013). Calculations of Geometric Parameters and Investigations of its Geomorphological Changes Pattern in Kashkan River. Environmental Erosion Research Journal, 2(8), 21-34.
5
Azizian, A., Samadi, A. and Aghaz, M. (2020). Practical Guide to Flow and Sediment Modeling in HEC-RAS, Noavar Publication, 3rd Ed., 272 p.
6
Azizian, A. and Samadi, A. (2020). 2D Flood Simulation using HEC-RAS 5 Numerical Model, Parsia Publication, 216 p.
7
Ghadampour, Z. and Talebbeydokhti, N. (2011). Calculation of fractal dimension in meandering rivers using box counting method, 6th National Congress of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran.
8
Masoomi, H.R., Gharibreza, M.R. and Motamed, A. (2011). Investigation of Meandering and Morphology Pattern of Hendijan River in Delta Plain Area. Watershed Engineering and Management, 3(2), 102-112.
9
Mozafari, J., Omid, M.H and Rahimi, H. (2007). Artificial Recharge on the River Beds in Urban Areas (Case Study: Karaj River). Journal of the Iranian Natural Res., 60(1), 53-66.
10
Yekom Consulting Engineers. (2011). Supplementary studies of the first and second phases of artificial Recharge plan of Shahriar plain, Artificial recharge plan using flood flows of Karaj river, Technical Report, Tehran Regional Water Company.
11
Vaezipour, H.A., Azhdari Moghaddam, M. and Talebbeydokhti, N. (2010). Investigation of morphological changes in Sistan river, The Second National Conference on Comprehensive Water Resources Management, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman.
12
Yamani, M., Hosseinzadeh M.M. and Nohegar A. (2007). Hydrodynamics of Talar and Babol rivers and its role in instability and change of their geometric characteristics. Geographical Research Quarterly, 55, 15-33.
13
Yamani, M. and Sharafi, S. (2012). Geomorphology and effective factors on lateral erosion in Hor Rood River, Lorestan province. Geography and Environmental Planning, 23(1), 15-32.
14
Yousefi, S., Vafakhah, M., Mirzaei, S. and Tavangar, S. (2013). Sealing degree and meander shape changes in a part of Karoon river using Remote sensing techniques. Iranian Water Researches Journal, 7(13), 79-87.
15
Rangzan, K., Salehim, B. and Salahshouri, P. (2008). Investigation of changes in the downstream area of Karkheh Dam before and after the construction of the dam using multi-time Landsat images, Geomatic Conference, National Cartographic Center, Tehran.
16
ORIGINAL_ARTICLE
مطالعه آزمایشگاهی اثر پوشش گیاهی سیلابدشت بر روی هیدرولیک جریان در کانالهای مرکب واگرا
این تحقیق، به بررسی پارامترهای جریان و آشفتگی در یک کانال مرکب غیرمنشوری نامتقارن با تراکمهای مختلف پوشش گیاهی صلب در سیلابدشت واگرا پرداخته است. آزمایشها در شرایط پوشش گیاهی غیرمستغرق و با سه نسبت فاصله 5، 5/7 و 10 انجام شدند. نتایج بدست آمده نشان میدهد که سرعت جریان در سیلابدشت با پوشش گیاهی در مقایسه با حالت بدون پوشش به ترتیب در منطقه میانی و انتهای محدوده واگرایی بطور متوسط در حدود60 و 69 درصد کاهش مییابد. تنش برشی بستر نیز بدلیل مقاومت اضافی در برابر جریان ناشی از حضور پوشش گیاهی کاهش چشمگیری در ناحیه سیلابدشت نشان میدهد که برای منطقه میانی و انتهای واگرایی به ترتیب برابر با 5/78 و 86 درصد میباشد. همچنین تولید و استهلاک تنشهای برشی رینولدزی و لایه برشی تشکیل شده به تناوب گردابهای تشکیل شده در پشت هر میله منفرد بستگی دارد و بسیار ناپایدار میباشد. در انتها رابطهای جهت برآورد مقدار ضریب اصطکاک بر اساس عدد رینولدز میله ارائه گردید و جهت محاسبه فرکانس گردابههای تشکیل شده در پشت المانهای موجود بر روی سیلابدشت و ضریب دراگ موضعی نیز روابطی پیشنهاد شده است.
https://jhyd.iha.ir/article_123022_2d595caa6741b5227bdb44f15c1d3dc5.pdf
2021-04-21
111
130
10.30482/jhyd.2021.266367.1502
سیلابدشت واگرا
المان صلب
نیروی دراگ
عدد رینولدز میله
تبادل مومنتوم
علی
صمدی رحیم
alisamadirahim@yahoo.com
1
گروه مهندسی آب دانشگاه لرستان
AUTHOR
حجت الله
یونسی
yonesi.h@lu.ac.ir
2
گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی دانشگاه لرستان
LEAD_AUTHOR
بابک
شاهی نژاد
shahinejad.ba@lu.ac.ir
3
گروه مهندسی آب دانشگاه لرستان
AUTHOR
حسن
ترابی پوده
torabi1967@gmail.com
4
گروه مهندسی آب دانشگاه لرستان
AUTHOR
Ahmad, M., Ghani, U., Anjum, N., Pasha, G.A., Ullah, M.K. and Ahmed, A. (2020). Investigating the flow hydrodynamics in a compound channel with layered vegetated floodplains. Civil Engineering Journal, 6(5), 860-876.
1
Barrios-Piña, H., Ramírez-León, H., Rodríguez-Cuevas, C. and Couder-Castañeda, C. (2014). Multilayer numerical modeling of flows through vegetation using a mixing-length turbulence model. Water, 6(7), 2084-2103.
2
Bousmar, D. and Zech, Y. (1999). Momentum transfer for practical flow computation in compound channels. Journal of hydraulic engineering, 125(7), 696-706.
3
Bousmar, D. and Zech, Y. (2004). Velocity distribution in non-prismatic compound channels. In Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management, 157(2), 99-108, Thomas Telford Ltd.
4
Bousmar, D., Wilkin, N., Jacquemart, J.H. and Zech, Y. (2004). Overbank flow in symmetrically narrowing floodplains. Journal of hydraulic engineering, 130(4), 305-312.
5
Das, B.S. and Khatua, K.K. (2018). Flow resistance in a compound channel with diverging and converging floodplains. Journal of Hydraulic Engineering, 144(8), 04018051.
6
Das, B.S. and Khatua, K.K. (2019). Water surface profile computation for compound channel having diverging floodplains. ISH Journal of Hydraulic Engineering, 25(3), 336-349.
7
Das, B.S., Khatua, K.K. and Devi, K. (2017). Numerical solution of depth-averaged velocity and boundary shear stress distribution in converging compound channels. Arabian Journal for Science and Engineering, 42(3), 1305-1319.
8
Dean, R.G. and Dalrymple, R.A. (1984). Water wave mechanics for engineers and scientists. In Unknown Host Publication Title. Prentice-Hall Inc, 368 p.
9
Devi, K., Das, B.S., Khuntia, J.R. and Khatua, K.K. (2018). Analytical solution of non-uniform flow in compound channel. In E3S Web of Conferences, 40, p. 06041, EDP Sciences.
10
Dupuis, V., Proust, S., Berni, C., Paquier, A. and Thollet, F. (2015, June). Open-channel flow over longitudinal roughness transition from highly submerged to emergent vegetation. E-proceedings of the 36th IAHR World Congress,28 June – 3 July, 2015, The Hague, the Netherlands.
11
Ghisalberti, M. and Nepf, H.M. (2004). The limited growth of vegetated shear layers. Water Resources Research, 40(7), W07502, doi:10.1029/2003WR 002776
12
Hamidifar, H., Omid, M.H. and Keshavarzi, A. (2016). Kinetic energy and momentum correction coefficients in straight compound channels with vegetated floodplain. Journal of Hydrology, 537, 10-17.
13
Hu, C., Ji, Z. and Guo, Q. (2010). Flow movement and sediment transport in compound channels. Journal of Hydraulic Research, 48(1), 23-32.
14
Jafari, A., Ghomeshi, M., Bina, M. and Kashefipour, S.M. (2011). A new equation for simulating strouhal number of wave frequency due to flow passing through cylinder obstacles. Irrigation Sciences and Engineering (JISE), 34(1), 45-54, (in Persian).
15
James, C.S., Birkhead, A.L., Jordanova, A.A. and O'sullivan, J.J. (2004). Flow resistance of emergent vegetation. Journal of Hydraulic Research, 42(4), 390-398.
16
Jing, H., Li, C., Guo, Y. and Xu, W. (2011). Numerical simulation of turbulent flows in trapezoidal meandering compound open channels. International journal for numerical methods in fluids, 65(9), 1071-1083.
17
Keulegan, G.H. (1938). Laws of turbulent flow in open channels. US: National Bureau of Standards, (21), 707-741.
18
Knight, D.W. and Demetriou, J.D. (1983). Flood plain and main channel flow interaction. Journal of Hydraulic Engineering, 109(8), 1073-1092.
19
Knight, D.W. and Hamed, M.E. (1984). Boundary shear in symmetrical compound channels. Journal of Hydraulic Engineering, 110(10), 1412-1430.
20
Knight, D.W. and Shiono, K. (1990). Turbulence measurements in a shear layer region of a compound channel. Journal of hydraulic research, 28(2), 175-196.
21
Koftis, T. and Prinos, P. (2018). Reynolds stress modelling of flow in compound channels with vegetated floodplains. Journal of Applied Water Engineering and Research, 6(1), 17-27.
22
Kothyari, U.C., Hayashi, K. and Hashimoto, H. (2009). Drag coefficient of unsubmerged rigid vegetation stems in open channel flows. Journal of Hydraulic Research, 47(6), 691-699.
23
Lu, S. and Chen, J. (2014). Effects of Rigid Vegetation on the Turbulence Characteristics in Sediment-Laden Flows. Journal of Applied Mathematics and Physics, 2(12), 1091-1098.
24
Mulahasan, S., Stoesser, T. and McSherry, R. (2017). Effect of floodplain obstructions on the discharge conveyance capacity of compound channels. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 143(11), 04017045.
25
Musleh, F.A. and Cruise, J.F. (2006). Functional relationships of resistance in wide flood plains with rigid unsubmerged vegetation. Journal of hydraulic engineering, 132(2), 163-171.
26
Naik, B., Khatua, K.K., Padhi, E. and Singh, P. (2018). Loss of energy in the converging compound open channels. Arabian Journal for Science and Engineering, 43(10), 5119-5127.
27
Pasche, E. (1984). Turbulence mechanism in natural streams and the possibility of its mechanical representation. Mitteilungen Institut für Wasserbau and Wasserwirtschaft, (52).
28
Pasche, E. and Rouvé, G. (1985). Overbank flow with vegetatively roughened flood plains. Journal of Hydraulic Engineering, 111(9), 1262-1278.
29
Proust, S., Riviere, N., Bousmar, D., Paquier, A., Zech, Y. and Morel, R. (2006). Flow in compound channel with abrupt floodplain contraction. Journal of hydraulic engineering, 132(9), 958-970.
30
Rameshwaran, P. and Shiono, K. (2007). Quasi two-dimensional model for straight overbank flows through emergent. Journal of Hydraulic Research, 45(3), 302-315.
31
Rezaei, B. and Knight, D.W. (2009). Application of the Shiono and Knight Method in compound channels with non-prismatic floodplains. Journal of Hydraulic Research, 47(6), 716-726.
32
Rezaei, B. and Knight, D.W. (2011). Overbank flow in compound channels with nonprismatic floodplains. Journal of Hydraulic Engineering, 137(8), 815-824.
33
Roshko, A. (1954). A new hodograph for free-streamline theory, https://digital.library.unt.edu /ark:/67531/metadc57027/.
34
Sanjou, M. and Nezu, I. (2011). Turbulence structure and concentration exchange property in compound open-channel flows with emergent trees on the floodplain edge. International journal of river basin management, 9(3-4), 181-193.
35
Sanjou, M., Nezu, I., Suzuki, S. and Itai, K. (2010). Turbulence structure of compound open-channel flows with one-line emergent vegetation. Journal of Hydrodynamics, 22(1), 560-564.
36
Sarkar, A. (2012). Vortex-excited transverse surface waves in an array of randomly placed circular cylinders. Journal of Hydraulic Engineering, 138(7), 610-618.
37
Schlichting, H. (1968). Boundary layer theory. McGraw-Hill, New York, 817 p.
38
Sellin, R.H.J. (1964). A laboratory investigation into the interaction between the flow in the channel of a river and that over its flood plain. La Houille Blanche, (7), 793-802.
39
Shiono, K. and Knight, D.W. (1991). Turbulent open-channel flows with variable depth across the channel. Journal of Fluid Mechanics, 222, 617-646.
40
Sonnenwald, F., Stovin, V. and Guymer, I. (2019). Estimating drag coefficient for arrays of rigid cylinders representing emergent vegetation. Journal of Hydraulic Research, 57(4), 591-597.
41
Stoesser, T., Kim, S.J. and Diplas, P. (2010). Turbulent flow through idealized emergent vegetation. Journal of Hydraulic Engineering, 136(12), 1003–1017.
42
Stoesser, T., Kim, S.J. and Diplas, P. (2010). Turbulent flow through idealized emergent vegetation. Journal of Hydraulic Engineering, 136(12), 1003-1017.
43
Sun, X. and Shiono, K. (2009). Flow resistance of one-line emergent vegetation along the floodplain edge of a compound open channel. Advances in Water Resources, 32(3), 430-438.
44
Sun, X., Shiono, K., Fu, X.Y., Yang, K.J. and Huang, T.L. (2013). Application of Shiono and Knight method to compound open channel flow with one-line emergent vegetation. In Advanced Materials Research. Trans Tech Publications Ltd. 663, 930-935.
45
Takemura, T. and Tanaka, N. (2007). Flow structures and drag characteristics of a colony-type emergent roughness model mounted on a flat plate in uniform flow. Fluid dynamics research, 39(9-10), 694.
46
Tang, X. and Knight, D.W. (2009). Lateral distributions of streamwise velocity in compound channels with partially vegetated floodplains. Science in China Series E: Technological Sciences, 52(11), 3357-3362.
47
Tang, X., Knight, D.W. and Sterling, M. (2011). Analytical model for streamwise velocity in vegetated channels. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Engineering and Computational Mechanics, 164(2), 91-102.
48
Terrier, B. (2010). Flow characteristics in straight compound channels with vegetation along the main channel. Ph.D Thesis, Loughborough University, 353p.
49
Terrier, B., Robinson, S., Shiono, K., Paquier, A. and Ishigaki, T. (2010). Influence of vegetation to boundary shear stress in open channel for overbank flow. River Flow 2010, 285-292.
50
Västilä, K., Järvelä, J. and Koivusalo, H. (2016). Flow–vegetation–sediment interaction in a cohesive compound channel. Journal of Hydraulic Engineering, 142(1), 04015034.
51
Wang, W.J., Peng, W.Q., Huai, W.X., Katul, G.G., Liu, X.B., Qu, X.D. and Dong, F. (2019). Friction factor for turbulent open channel flow covered by vegetation. Scientific reports, 9(1), 1-16.
52
Yang, J.Q. and Nepf, H.M. (2019). Impact of vegetation on bed load transport rate and bedform characteristics. Water Resources Research, 55(7), 6109-6124.
53
Yang, K., Cao, S. and Knight, D.W. (2007). Flow patterns in compound channels with vegetated floodplains. Journal of Hydraulic Engineering, 133(2), 148-159.
54
Yang, K., Nie, R., Liu, X. and Cao, S. (2013). Modeling depth-averaged velocity and boundary shear stress in rectangular compound channels with secondary flows. Journal of Hydraulic Engineering, 139(1), 76-83.
55
Yonesi, H.A., Omid, M.H. and Ayyoubzadeh, S.A. (2013). The hydraulics of flow in non-prismatic compound channels. J Civil Eng Urban, 3(6), 342-356.
56
Zdravkovich, M.M. (1987). The effects of interference between circular cylinders in cross flow. Journal of fluids and structures, 1(2), 239-261.
57
Zhang, M., Jiang, C., Huang, H., Nanson, G.C., Chen, Z. and Yao, W. (2017). Analytical models for velocity distributions in compound channels with emerged and submerged vegetated floodplains. Chinese Geographical Science, 27(4), 577-588.
58
Zhao, K., Cheng, N.S. and Huang, Z. (2014). Experimental study of free-surface fluctuations in open-channel flow in the presence of periodic cylinder arrays. Journal of Hydraulic Research, 52(4), 465-475.
59
Zong, L. and Nepf, H. (2010). Flow and deposition in and around a finite patch of vegetation. Geomorphology, 116(3-4), 363-372.
60