بررسی عددی و آزمایشگاهی توزیع رسوبات غیر چسبنده در درون بدنه سدهای پاره‌سنگی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گـروه مهندسـی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا همدان، همدان

2 استادیار، گـروه مهندسـی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا همدان، همدان

3 استادیار، گـروه مهندسـی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشـگاه بوعلی‌سینا همدان، همدان

4 دانشیار، گـروه مهندسـی آب، دانشـگاه علـوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری

چکیده

یکی از روش­های سازه­ای ارزان قیمت کنترل سیلاب، استفاده از سدهای پاره ­سنگی فاقد هسته است. جریان­های سیلابی معمولاً بار رسوبی بالایی دارند و با توجه به بزرگ بودن خلل و فرج بدنه این سدها، همراه با آب مقدار زیادی رسوب به داخل بدنه سد نفوذ می­کند. بنابراین تعیین غلظت رسوب در نقاط مختلف بدنه به منظور تعیین نقاط بحرانی از نظر رسوب‌گذاری، میزان تله­ اندازی رسوب، میزان رسوب عبوری و ... از اهمیت خاصی برخوردار است. لذا در این تحقیق، ابتدا بر مبنای معادلات سنت ونانت و دوجمله­ ای فورشهایمر و با استفاده از روش عددی حجم محدود، مدل ریاضی شبیه ­ساز جریان در محیط متلب تهیه و اجرا شد. سپس با استفاده از نتایج خروجی مدل و بر مبنای معادله انتقال رسوب و با استفاده از روش عددی حجم محدود، مدل ریاضی شبیه­ ساز توزیع غلظت رسوبات غیر چسبنده در بدنه سد پاره ­سنگی توسعه داده شد. مدل ارائه شده مقادیر غلظت رسوبات را در نقاط مختلف بدنه بر مبنای شبکه ­بندی در نظر گرفته شده از مرحله قبل تعیین می‌کند. برای ارزیابی نتایج خروجی این مدل­ها از نتایج آزمایشگاهی استفاده شد. مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی حاکی از صحت مدل عددی تهیه شده در شبیه‌سازی توزیع غلظت رسوبات بود. بطوری‌که بر مبنای مقایسه انجام شده بین داده­ های ­اندازه ­گیری شده توزیع رسوبات با مقادیر محاسباتی در سه مقطع از بدنه سد پاره ­سنگی، میانگین خطای نسبی 14/8 درصد بدست آمد.

کلیدواژه‌ها


حیدری، م. (1386). "مدل دوبعدی جریان عبوری از داخل و روی سدهای پاره­سنگی و کاربرد آن در کنترل سیلاب"، رساله دکتری تأسیسات آبیاری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

سامانی، ج. م. و. و عمادی، ع. (1382). "تعیین رابطۀ گرادیان هیدرولیکی بحرانی انتقال رسوبات غیرچسبنده در سدهای تأخیری پار ه­سنگی"، مجموعه مقالات چهارمین کنفرانس هیدرولیک ایران، شیراز.

قادری، ک.، سامانی، ج. م. و. و عمادی، ع. (۱۳۸۴). "بررسی روابط مختلف تراوش غیردارسی و مدل ریاضی محاسبه جریان در محیط‌های متخلخل مستغرق"، پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران، کرمان.

قدیمی، پ. (1392). دینامیک سیالات محاسباتی کاربردی، مبتنی بر روش­های تفاضل محدود، اجزاء محدود و حجم محدود (جلد دوم). انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران.

محمودیان شوشتری، م. (1389). هیدرولیک آبهای زیرزمینی، انتشارات دانشگاه شهید چمران، اهواز.

Addiscott, T.M. and Whitmore, A.P. (1987). "Computer simulation of changes in soil mineral nitrogen and crop Nitrogen during autumn, winter and spring", Journal of Agricultural Science, 109:141–157.

Aldrighetti, E. (2007). "Computational hydraulic techniques for the Saint Venant equations in arbitrarily shaped geometry", PhD thesis, Universita degli Studi di Trento. Trento, Italy. 

Chapokpour, J. and Amiri-Tokaldany, E. (2013). "Introducing a relationship for estimation of the sediment transport rate through rockfill structures", Journal of Water Sciences Research, 5(2):35-42.

Cheng, N.S, (1997). "Simplified settling velocity formula for sediment particle. Journal of Hydraulic Engineering", ASCE, 123(2):149–152.

Faghihirad, Sh., Lin, B. and Falconer, R. A. (2015). "Application of a 3D layer integrated numerical model of flow and sediment transport processes to a reservoir", Water, 7(10):5239-5257.

Joy, D. M., Lennox, W. C. and Kouwen, N. (1991). "Particulate transport in porous media under non-linear flow condition", Journal of Hydraulic Research, 29(3):373-385.

Kempe, T., Vowinckel, B., and Fröhlich, j. (2014). "On the relevance of collision modeling for
interface-resolving simulations of sediment transport in open channel flow
", International Journal of Multiphase Flow, 58:214-235.

Mousavi, S.A., Amiri-Tokaldany, E. and Davoudi, M. H. (2011). "A relationship to determine the critical hydraulic gradient and noncohesive sediment transport discharge in rockfill dams", Research Journal of Environmental Sciences, 5(5):399-413.

Nazemi, A. (2011). "Flow hydraulics and sediment transport in pervious rockfill detention dams", PhD thesis. University of Putra. Malaysia.

Rubey, W. (1933). "Settling velocities of gravel, sand and silt particles", American Journal of Science, 225:325–338.

Sakthivadivel, R. (1972), "Sediment transport through a porous column". In Shen, H W, Ed, Sedimentation.

Samani, H. M. V., Samani, J. M. V. and Shayannejad, M. (2003). "Reservoir routing using steady and unsteady flow through rockfill dams", Journal of Hydraulic Engineering, 129(6):448-454.

Scheidegaer, A. E. (1961). "General theory of dispersion in porous media", Journal of Geophysical Research, 66(10): 3273-3278.

Streeter, V. L., Wylie E. B. and Bedford, K. W. (1998). "Fluid Mechanics", 9th ed., McGraw Hill Book Company, New York, pp.740.

Van Rijn, L. C. (1984). "Sediment transport, part II: suspended load transport", Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 110(11):1613–1641.

Van Rijn, L. C. (1987). "Mathematical modelling of morphological processes in the case of suspended sediment transport", Delft Hydraulics Communication, No. 382, The Netherlands.

Versteeg, H. and Malalasekera, W. (2007). An introduction to computational fluid dynamics: the finite volume method, 2nd Edition. Pearson Education Ltd, Harlow, England.

Wu, W. (2007). Computational river dynamics. Taylor & Francis Group, London, UK.

Wu, W. and Wang, S. S. Y. (2006). "Formulas for sediment porosity and settling velocity", Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 132(8):858–862.