در مقاله حاضر تأثیر افزایش عرض کانال بر امواج مورب عرضی ایجاد شده در اثر ورود جریان جانبی 90 درجه مستغرق به کانال با جریان فوق بحرانی، به صورت عددی و بر مبنای روش حل عددی Roe بررسی گردیده است. یک کانال با عرض های 35/0، 40/0، 45/0، 50/0، 60/0 و 70/0 و جریانی فوق بحرانی با اعداد فرود 1.73 تا 4.5 ایجاد شده و جریان جانبی با عدد رینولدز 104×55/3 با زاویه 90 درجه به این کانال وارد می شود. بر اثر برخورد جریان جانبی به جریان اصلی امواج عرضی مورب در کانال ایجاد میگردد. ارتفاع و موقعیت امواج عرضی مورب به ازای تغییر اعداد فرود جریان و عرض کانال اندازهگیری شده است. با افزایش عرض کانال عمق بیشینه امواج ضربدری تا حدود 20 درصد کاهش می یابد و موقعیت آن به پایین دست کانال نزدیک می گردد. با افزایش عرض کانال تا 0.40 متر، اعماق بیشینه در دیواره خارجی و داخلی حدود 10 درصد افزایش می یابد و با بیشتر شدن عرض کانال، نسبت H_max/h کاهش یافته و تقریبا در عدد 1.28 همگرا می شود. موقعیت امواج با افزایش عرض کانال در دیواره¬های خارجی و داخلی به سمت پایین دست منتقل می گردد و به ازای اعداد فرود مختلف، درکانال با عرض 0.70 متر نسبت بی بعد X_max/b تا حدود 3.5 برابر حالتی می باشدکه عرض کانال 0.35 متر است. با افزایش عدد فرود موقعیت قله موج به پاییندست جریان منتقل میشود و تا حدود 4 برابر عرض کانال در دیواره خارجی و حدود 6.5 برابر در دیواره خارجی میرسد.
اکثر مدل های موجود برای تحلیلِ هیدرولیکی شبکه های توزیع آب، نیازهای گرهی را بدونِ توجه به فشارِ موجود در آن گره، به صورت تأمین شده و در دسترس فرض می کنند. اما در عمل میزانِ دبی خروجی از هر گره متناسب با فشارِ موجود در آن گره می باشد. با در نظر گرفتن این رابطه در روش تحلیلِ مبتنی بر فشار (PDA)، می توان شبکه را دقیق تر آنالیز نمود. بیشتر مدل های PDA از روش نیوتن - رافسون برای تحلیل شبکه استفاده می کنند، اما با توجه به مزایای روشِ کانی که به تازگی در شاخه ی مهندسیِ هیدرولیک مورد استفاده قرار گرفته است، در این مقاله از این روش استفاده شده و با مقایسه ی نتایج با سایر روش ها، کارایی روش بررسی شده است. در ادامه با حل مثال، روشِ پیشنهادی ارزیابی شده است.
عامل کمآبی در اقلیمهای خشک و نیمه خشک منجر به کاهش یافتن فعالیتهای کشاورزی میشود. کشاورزان در این مناطق جهت مقابله با این مشکل وگسترش کشاورزی از سازههای خاکی در محدوده جریان سیلابی بهنام بندسار استفاده میکنند. استفاده از بندسار موجب تامین رطوبت خاک از طریق استحصال سیلاب وآب باران میشود. در این پژوهش حجم سیلاب ورودي، خروجي و ذخیره آبی در بندسار وهمچنین هیدروگراف جریان عبوری در خشک رود با استفاده از الگوریتم MODCEL که یک مدل هیدرولیکی است، براي یک منطقه مطالعاتی در قاینات مدلسازی میشود. در صورت کنترل سیلاب ورودی به این سازه خاکی همه بندهای محدوده مطالعاتی تغذیه آبی میشوند و ترازآب در آن ها نیز خطری را از لحاظ شکست بوجود نمیآورد. محاسبات نشان میدهد که 94 درصد سیلاب ورودی پنج ساله توسط بندهای خاکی استحصال مییابد ودرنتیجه از هدررفت جریانهای فصلی جلوگیری واستفاده بهینهای انجام میشود. در ادامه مدل سازی سیلاب درصورت عدم کنترل سیلاب ورودی به بندسار نیز انجام شد و اهمیت کنترل جریان ورودی به این سازههای خاکی بررسی شد.
Paper Highlights
مدل سازی جریان سیلابی در خشک رود و بندسار های واقع بر مخروط افکنه با استفاده از مدل سلولی
بررسی نقش بندهای خاکی در استحصال سیلاب با استفاده از مدل سلولی
درنظرگرفتن اثر نفوذ و تبخیر در مدل سلولی برای جریان ذخیره شده در بندهای خاکی
در این مقاله جریان فوق بحرانی در خم مطالعه شده است. بدین منظور نتایج آزمایشات انجام شده در آزمایشگاه که در کانالی مستطیل شکل افقی با عرض 40 سانتیمتر و نسبت شعاع انحناء به عرض 1.5 انجام شده است با نتایج مدل های عددی دو بعدی و سه بعدی مقایسه شده است. برای مدلسازی دو بعدی از مدل عددی رو (Roe2D) و برای مدلسازی سه بعدی از مدل عددی Flow3D استفاده شده است. مدل Flow3D به خوبی مقدار عمق آب در دیواره خارجی خم را برآورد می کند و قادر به شبیه سازی رفتار جریان فوق بحرانی در خم است. با افزایش عدد فرود خطای مدل Roe2D با افزایش شدید روبرو می شود. با مقایسه نتایج مدل های عددی ملاحظه شد که فرض اساسی در استخراج معادلات آب های کم عمق یعنی توزیع فشار هیدرواستاتیک که در نتیجه آن از اثرات شتاب قائم ذرات آب صرفنظر می شود، تأثیر زیادی در برآورد عمق جریان و موقعیت عمق حداکثر در خم دارد.
هزینه های اقتصادی و اجتماعی ترکیدگی لوله در شبکه های توزیع آب بسیار قابل توجه می باشد. مدیران شرکت های آبی با هدف تعادل بین سرمایه گذاری و منافع موردانتظار در یک سناریوی مدیریت مبتنی بر ریسک، به طرح های جایگزین قابل اطمینان برای لوله های بحرانی نیاز دارند. بنابراین یک ابزار پشتیبان تصمیم گیری قوی و عملی برای نوسازی سیستم توزیع آب موردنیاز می باشد. در این مقاله از 1442 مورد اتفاق لوله های پلی اتیلن شبکه توزیع آب شهرستان سبزوار، که شامل داده های کمی فشار، عمق نصب، قطر و سن لوله ها و داده های کیفی از قبیل کیفیت جنس و کیفیت اجرا لوله ها می باشد، بهره گیری شد. با توجه به نوع داده ها از روش شبکه عصبی¬_فازی تطابقی که توانایی ایجاد ارتباط بین داده های کیفی و کمی را دارد، استفاده شد. در این روش 70 درصد داده ها برای آموزش شبکه، 20 درصد برای تست شبکه و 10 درصد برای صحت سنجی شبکه مورد استفاده قرار گرفت. با تغییر در تعداد نرون ها و نوع تابع عضویت، مدل های مختلفی اجرا شد و در نهایت مدل gbellmf با میزان خطای 0.001 به عنوان بهترین مدل در تخمین عمر لوله ها برگزیده شد.
هزینه های اقتصادی و اجتماعی خرابی لوله ها در سیستم های آب رو به افزایش می باشد و همین امر مدیران شرکت های آبی را برای تهیه ی طرح های جایگزین سالانه، با هدف تعادل بین سرمایه گذاری و منافع مورد انتظار در یک زمینه مدیریت مبتنی بر ریسک، تحت فشار قرار می دهد. به منظور اتخاذ سیاست های بازسازی بهینه شبکه های توزیع آب، شناخت فرایند فرسودگی لوله های آب و توسعه مدل های پیش بینی شکست امری ضروری است. در این مقاله خرابی لوله با بهره گیری از روش رگرسیون چند جمله ای تکاملی مدل سازی شده است. این روش یک روش رگرسیون ترکیبی است که اخیراً توسعه یافته است و بهترین ویژگی های تکنیک های متداول رگرسیون عددی را با روش برنامه نویسی ژنتیک ترکیب می کند. نتایج این روش فرمول هایی می باشند که به راحتی قابل درک و استفاده می باشند. 1442 اتفاق لوله های پلی اتیلن شبکه توزیع آب شهرستان سبزوار، که شامل داده های فشار، عمق نصب، قطر، کیفیت جنس، کیفیت اجرا و عمر لوله ها می باشد، مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت فرمولی با ضریب تعیین 88.8916 به عنوان بهترین مدل برای پیش بینی طول عمر لوله ها برگزیده شد.
در این مقاله یک حل تحلیلی برای معادلات هایپربولیک خطی شده سنت ونانت، با استفاده از سری فوریه و با در نظر گرفتن شرط مرزی پایین دست ارائه شده است. برای بررسی روش، مدلی با شرط مرزی هیدروگراف اشل در بالادست و منحنی دبی-اشل در پایین دست اجرا گردید. این مدل با نتایج حاصل از مدل های آزمایشگاهی، تحلیلی و روش عددی پریسمن مقایسه شده است. با توجه به دقت، سرعت و پایداری بدون قید و شرط مدل، این روش برای پیش بینی و هشدار به موقع سیل بسیار مناسب می باشد.
Paper Highlights
در این مقاله یک حل تحلیلی جدید برای معادلات هایپربولیک خطی شده سنت ونانت، با استفاده از سری فوریه و با در نظر گرفتن شرط مرزی پایین دست و اثر جریان غیریکنواخت ارائه شده است.
Paper References
Cimorelli, L., Cozzolino, L., D'Aniello, A. & Pianese, D., (2018), “Exact solution of the Linear Parabolic Approximation for flow-depth based diffusive flow routing,” Journal of Hydrology.
Cimorelli, L., Cozzolino, L., Della Morte, R., Pianese, D. & Singh, V. P., (2015), “A new frequency domain analytical solution of a cascade of diffusive channels for flood routing,” Water Resources Research., 51,
Cimorelli, L., Cozzolino, L., Della Morte, R. & Pianese, D., (2013), “Analytical solutions of the linearized parabolic wave accounting for downstream boundary condition and uniform lateral inflows,” Advances in Water Resources
در اين مقاله افزايش عمق جريان فوق بحراني در كانال مستطيلي منشوري ناشي از ورود جريان جانبي مستغرق در یک مدل آزمایشگاهی بررسي میشود. در این مدل جریان فوق بحرانی در کانال اصلی ایجاد شده و جریان جانبی با زوایای 30، 45، 60 و 90 درجه و دبیهای متفاوت به آن وارد می شود. بر اثر برخورد جریان جانبی به جریان اصلی امواج عرضی مورب در کانال ایجاد میشود. ارتفاع و موقعیت امواج عرضی مورب به ازای تغییر پارامترهای مختلف جریان اندازهگیری میگردد. با افزایش عدد فرود تا حدود 5 ارتفاع امواج بیشینه کاهشیافته و موقعیت آنها به سمت پاییندست کانال منتقل میشود. با بیشتر شدن عدد فرود، ارتفاع امواج بهشدت افزایشیافته و موقعیت آنها به سمت بالادست جریان منتقل میشود. عدد فرودی که جریان روند خود را تغییر میدهد در مدل آزمایشگاهی 5.08 محاسبه شد. افزایش عدد رینولدز جریان جانبی موجب افزایش ارتفاع امواج و کاهش دامنه آنها میشود. همچنین با افزایش زاویه جریان ورودی جانبی نسبت به خط مرکزی کانال اعماق بیشینه افزایشیافته و به سمت بالادست کانال منتقل میشوند.
Paper References
Stockstill, Richard L. (2007), “Lateral Inflow in Supercritical Flow”. ERDC/CHL TR-07-10
Bowers CE. (1950), “Hydraulic model studies for whiting field naval air station”. Part V; Studies of open channel junctions. Saint Anthony Falls Hydraulic Laboratory, University of Minnesota, Project Report No. 24.
Behlke CE, Pritchett HD.(1966), “Design of supercritical flow control junctions”. Highway Research Record No. 123. Highway Research Board, National Research Council, Washington, D. C.
Rice CE. (1985), “Open channel junctions with supercritical flow”. US Department of Agriculture, Agricultural Research Service, ARS–14.
Hager WH. (1989), “Supercritical flow in channel junctions”. Journal of Hydraulic Engineering, 115(5):595–616.
Christodoulou GC. (1993), “Energy dissipation on stepped spillways”. Journal of Hydraulic Engineering, 119(5):644–650. Discussions: 121(1):80–87.
Weber, L. J., Shumate, E. D., and Mawer, N. (2001), “Experiments on Flow at a 90° Open-Channel Junction”. Journal of Hydraulic. Engineering,” 127(5), pp 340–350.
El Kadi Abderrezzak, K., Lewicki, L., Paquier, A., Rivieere, N. and Travin, G. (2011), Division of Critical Flow at Three-Branch Open-Channel Intersection. Journal of Hydraulic Research, 49(2), 231–238.
. Mignot, E., Riviere, N., Perkins, R. and Paquier, A. (2008). Flow Patterns in a Four-Branch Junction with Supercritical Flow. Journal Hydraulic Engineering, 134(6), pp 701-713.
Cea, L., Ferreiro, A., Vazquez-Cendon, M.E., and Puertas, J. (2004), Experimental and Numerical Analysis of Solitary Waves Generated by Bed and Boundary Movements. International Journal of Numerical and Mathematics Fluids, 46(8), pp 793-813.
Toro, E.F. (2001), Shock-capturing Methods for Free-Surface Shallow Flows. Wiley, Chichester, West Sussex PO19 1UD, England.
Alamatian, E. and Jaefarzadeh, M.R. (2012), Evaluation of turbulence models in the simulation of oblique standing shock waves in supercritical channel flows. International Journal of Civil Engineering, 10(1), pp 61-71
علامتیان، ا. و جعفرزاده، م.ر، 1392. مدلسازی جریان سیلابی در کانالهای منشوری مستطیلی همراه با جریان تحتفشار جانبی، دوازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه تهران
مشرقی، ع. جعفرزاده، م.ر و علامتیان، ا، 1395. بررسي جريان ورودي جانبي مستغرق به جريان فوق بحراني در مسیل، نهمین کنگره ملی عمران، دانشگاه فردوسی مشهد