ارزیابی آزمایشگاهی و عددی تاثیر رسوبات مخزن سد بر مکانیزم انتقال رسوب بر اثر شکست سد

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشکده عمران دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

2 گروه مهندسی آب، دانشگده عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

3 دانشگاه آزاد اسلامی واحد بابل

4 دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

چکیده

هدف اصلی در این پژوهش ارزیابی آزمایشگاهی و عددی پدیده انتقال رسوب بر اثر شکست سد با در نظر گرفتن تاثیر رسوبات مخزن می‌باشد. در این راستا سه پارامتر نوع مصالح رسوب، ضخامت لایه رسوب در مخزن و پایین‌دست محور سد، به عنوان متغیرهای اصلی مورد مطالعه قرار گرفته‌است. مدل‌ آزمایشگاهی در فلومی به طول 10 متر، عرض و ارتفاع 0.5 متر و شبیه‌سازی عددی در بستر مدل فلوئنت در فضای دوبعدی و سه‎ بعدی انجام و عملکرد مدل عددی بر اساس مدل آزمایشگاهی، اعتبارسنجی شده‌است. نتایج بیانگر دقت قابل‌قبول مدل عددی در شبیه‌سازی پدیده انتقال رسوب بر اثر شکست سد بوده، به گونه‌ای که میانگین خطای مدل‌سازی عددی کمتر از 5% بوده‌است. نتایج نشان می‌دهد که کاهش قطر ذرات رسوب از 20 به 3 میلیمتر باعث افزایش تغییرات ضخامت لایه رسوب بر اثر شکست سد گردیدهاست. علاوه ‌براین نتایج نشان داد که لایه رسوب مخزن سد به عنوان یک پارامتر موثر در نرخ انتقال رسوب و رخداد تغییرات در ریخت‌شناسی بستر بر اساس جریانهای شکست سد بوده‌است، به گونه‌ای که با افزایش ضخامت لایه رسوبات مخزن سد نسبت به لایه رسوب پاییندست، مقادیر تغییرات ضخامت لایه بستر حدودا 10% افزایش یافته که بیانگر افزایش نرخ انتقال رسوب در این شرایط بوده‌است. براساس نتایج مدل عددی ایجاد شده در هر دو فضای دو بعدی و سه بعدی دقت قابل‌قبولی در شبیه‌سازی پدیده انتقال رسوب بر اثر شکست سد داشته‌است و می‌تواند به عنوان یک مدل مرجع برای شبیه‌سازی و ارزیابی پدیده انتقال رسوب بلاخص در فضای 3D به‌کارگیری شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Ai, C., Ma, Y., Ding, W., Xie, Z. & Dong, G. (2022). Three-dimensional non-hydrostatic model for dam-break flows. Physics of Fluids, 34(2), 022105, https://doi.org/10.1063/5.0081094.
Cao, Z., Pender, G., Wallis, S. & Carling, P. (2014). Computational Dam-Break Hydraulics over Erodible Sediment Bed. J. Hydraul. Eng., 130, 689-703.
Capart H. & Young D.L.  (1998).  Formation of a jump by the dam-break wave over a granular bed.  J. Fluid. Mech, 372, 165–187.
Fraccarollo, L. & Capart, H. (2002). Riemann wave description of erosional dam-break flows. Journal of Fluid Mechanics, 461, 183–228.
Garoosi, F., Mellado-Cusicahua, A.N., Shademani, M. & Shakibaeinia, A. (2022). Experimental and numerical investigations of dam break flow over dry and wet beds. International Journal of Mechanical Sciences, 215, 106946, https://doi. org/10.1016/j.ijmecsci.2021.106946.
Graham, W.J. (1999). A Procedure for Estimating Loss of Life Caused by Dam Failure. U.S. Department of Interior Bureau of Reclamation Dam Safety Office Denver, Colorado, USA.
Greimann, B., Lai, Y. & Huang, J. (2008). Two-dimensional total sediment load model equations. Journal of Hydraulic Engineering, 134(8), 1142-1146.
Goutiere L., Soares-Frazão S. & Zec, Y. (2011). Dam-break flow on mobile bed in abruptly widening channel: Experimental data. J. Hydraul. Res., 49(3), 367–371.
International Commission on Large Dams (1995). Dam failures statistical analysis. Bulletin 99, Paris, France.
Issakhov, A. & Zhandaulet, Y. (2020). Numerical Study of Dam Break Waves on Movable Beds for Complex Terrain by Volume of Fluid Method. Water Resources Management, 34(2), 463-480.
Khoshkonesh, A., Daliri, M., Riaz, K., Dehrashid, F.A., Bahmanpouri, F. & Di Francesco, S. (2022). Dam-break flow dynamics over a stepped channel with vegetation. Journal of Hydrology, 613, 128395, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022. 128395.
Khosravi, K., Habibnejad, M., Shahedi, K., Chegini, A. & Tiefenbacher, J.P. (2020). Experimental investigation of bed evolution resulting from dam break. Journal of Hydraulic Structures, 6(2), 23-33.
Kocaman, S., Evangelista, S., Guzel, H., Dal, K., Yilmaz, A. & Viccione, G. (2021). Experimental and numerical investigation of 3d dam-break wave propagation in an enclosed domain with dry and wet bottom. Applied Sciences, 11(12), 5638, https://doi.org/10.3390/app11125638.
Liu, Y., Yang, C. & Chen, X. (2022). Experimental study of bed morphology evolution under two-dimensional dam-break flow. Journal of Hydraulic Research, 60(3), 496-503.
McMullin, N. (2015). Numerical and experimental modeling of dam break interaction with a sediment bed, PhD thesis, University of Nottingham.
Pritchard, D. & Hogg, A. (2002). On sediment transport under dam break flow. J. Fluid Mech., 473, 265-274.
Qian H., Cao Zh., Liu H. & Pender G. (2017). New experimental dataset for partial dam break floods over mobile beds. J. Hydraul Res., 56(1), https://doi.org/10.1080/00221686.2017.1289264.
Razavitoosi, S.L., Ayyoubzadeh, S.A. & Valizadeh, A. (2014). Two-phase SPH modelling of waves caused by dam break over a movable bed. International Journal of Sediment Research, 29(3), 344–356.
Rodi, W. (2017). Turbulence modeling and simulation in hydraulics: A historical review. Journal of Hydraulic Engineering, 143(5), 03117001, https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY. 1943- 7900.0001288
Selim, T., Hesham, M. & Elkiki, M. (2022). Effect of sediment transport on flow characteristics in non-prismatic compound channels. Ain Shams Engineering Journal, 13(6), 101771, https://doi.org/10.1016/j.asej.2022.101771.
Soares-Frazão S., Canelas R., Cao Z., Cea L., Chaudhry H.M., Moran A.D. & Zech, Y. (2012). Dam-break flows over mobile beds: Experiments and benchmark tests for numerical models. J. Hydraul. Res., 50(4), 364–375.
Stoker, J.J. (1957). Water waves, Wiley-Interscience, New York.
Wang, B., Liu, W., Wang, W., Zhang, J., Chen, Y., Peng, Y., Liu, X. & Yang, S. (2020). Experimental and numerical investigations of similarity for dam-break flows on wet bed. Journal of Hydrology, 583, 124598, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020. 124598.
Wang, B., Zhang, J., Chen, Y., Peng, Y., Liu, X. & Liu, W. (2019). Comparison of measured dam-break flood waves in triangular and rectangular channels. Journal of Hydrology, 575, 690-703.
Wu, G., Yang, Z., Zhang, K., Dong, P. & Lin, Y.-T. (2018). A Non-Equilibrium Sediment Transport Model for Dam Break Flow Over Moveable Bed Based on Non-Uniform Rectangular Mesh. Water, 10(5), 616, https://doi.org/10.3390/w10050616.
Wu, W. (2007). Computational river dynamics. Crc Press.
Wu, W. & Wang, S.S. (2007). One-dimensional modeling of dam-break flow over movable beds. Journal of Hydraulic Engineering, 133(1), 48-58.
Wu, W. (2004). Depth-averaged two-dimensional numerical modeling of unsteady flow and nonuniform sediment transport in open channels. Journal of Hydraulic Engineering, 130(10), 1013-1024.
Zhang, Y., Li, Z., Wang, J., Ge, W. & Chen, X. (2022). Environmental impact assessment of dam-break floods considering multiple influencing factors. Science of The Total Environment, 837, 155853, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022. 155853.