بررسی عددی و آزمایشگاهی جریان غیردائمی با گام‌های مکانی مختلف در بدنه سد پاره‌سنگی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

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

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

4 گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

چکیده

یکی از روش­های ارزان قیمت کنترل سیلاب استفاده از سدهای پاره­سنگی فاقد هسته به صورت منفرد یا چندگانه است. این سدها از نوع سدهای تأخیری بوده که قادرند پیک سیلاب خروجی را نسبت به سیلاب ورودی کاهش دهند، از این رو بررسی نحوه رفتار جریان و روندیابی سیلاب در این سدها از اهمیت خاصی برخوردار است. در این تحقیق عملکرد معادلات سنت و نانت با استفاده از روش حجم محدود و بر مبنای روابط غیردارسی در شبیه­سازی جریان غیردائمی در درون بدنه سد پاره سنگی با فرض شرط خروجی نامعلوم و با دو گام مکانی مختلف (5 و 10 سانتی­متری) مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا مدل ریاضی معادلات مذکور در محیط متلب تهیه شد، سپس برای ارزیابی عملکرد این مدل از نتایج آزمایش­های انجام گرفته در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا همدان روی سد پاره­سنگی استفاده شد. نتایج حاکی از دقت مناسب مدل عددی تهیه شده در شبیه­سازی جریان بود، به­طوریکه بر مبنای مقایسه انجام شده بین داده­های ­اندازه­گیری شده سرعت و عمق جریان با مقادیر محاسباتی در سه مقطع و در سه لایه عمقی 5، 10 و 15 سانتی­متر در بدنه سد پاره­سنگی، میانگین خطای نسبی عمق و میانگین قدر مطلق خطای نسبی سرعت به ازای گام مکانی 10 سانتی­متر به ترتیب برابر با76/12- و 26/7 درصد بدست آمد و با کاهش میزان گام­ مکانی از 10 سانتی­متر به 5 سانتی­متر، دقت مدل به میزان 5/4 درصد در بخش تخمین عمق و 1/2 درصد در بخش تخمین سرعت افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical and Experimental Study of the Unsteady Flow with Different Distance Steps in Body of Rockfill Dam

نویسندگان [English]

  • akbar Mohamadiha 1
  • Majid Heydari 2
  • jalal Sadeghiyan 3
  • alireza emadi 4
1 Ph.D. student, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamadan, Iran
2 Assistant Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamadan, Iran
4 Department of Water Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University,sari,iran
چکیده [English]

Non-Core Rockfill dam is one of the low-cost methods of flood control for single or multiple. Rockfill dams are one type of detention dams and capable to reduce the output peak of flood to the entrance flood. Therefore, studying the flow behavior and flow routing is very important. In this study, Performance of the Saint–Venant equations studied via finite volume method and on the basis of the non-Darcy relations in the simulation of unsteady flow in the body of Rockfill dam, assuming the condition of the unknown output and with two different distance steps (5 and 10 cm). For this purpose, first mathematical model of mentioned equations prepared in MatLab and then in order to evaluate the performance of this model used the results of conducted experiments in the hydraulic laboratory of Agriculture faculty of Bu-Ali Sina University of Hamadan on the Rockfill dams. The results showed the good accuracy of mentioned numerical model in flow simulation. The mean of depth relative error and the mean absolute of velocity relative error are -12.76% and 7.26% on the basis of comparison between measured data and calculated data of flow velocity and depth for Δx=10 cm in three sections and three depth layer of 5, 10 and 15 cm in body of Rockfill dam, and by decreasing the distance step from 10 cm to 5 cm, the accuracy of the model increased in the depth estimation section and the velocity estimation section about 4.5% and 2.1%, Respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Coarse Porous Media, Saint-Venant Equations
  • Non-Darcy Relations
  • finite volume method

حسینی،س.م.، صنعی،ا. 1382. تحلیل جریان از بدنه سدهای سنگریزه­ای به روش اجزا محدود در قالب شبکه ثابت .مواد پیشرفته در مهندسی - استقلال. 1.22: 108-91.

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.

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

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

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.

Akbari,G and Firoozi,B. 2010. Implicit and Explicit Numerical Solution of Saint-Venent Equations for Simulating Flood Wave in Natural Rivers. 5th National Congress on Civil Engineering, May 4-6, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

Aldrighetti,E. 2007. Computational hydraulic techniques for the Saint Venant Equations in arbitrarily shaped geometry. PhD thesis, Universita degli Studi di Trento.

Asiaban,P., Amiri Tokaldany,E and Tahmasebi Nasab,M. 2015. Simulation of Water Surface Profile in Vertically Stratified Rockfill Dams. International Journal of Environmental Research. 9.4:1193-1200.

Hosseini,S.M and Joy,D.M. 2007. Development of an unsteady model for flow through coarse heterogeneous porousmedia applicable to valley fills. International Journal of River Basin Management. 5.4:253-265.

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.

Liu,H., Wang,H., Liu,Sh., Hu,Ch., Ding,Y and Zhang,J. 2015. Lattice Boltzmann method for the Saint–Venant equations. Journal of Hydrology. 524: 411-416.

Nazemi,A. 2011. Flow Hydraulics and Sediment Transport in Pervious Rockfill Detention Dams. PhD thesis, University of Putra, Malaysia.

Samani,J.M.V and Heydari,M. 2007. Reservoir Routing through Successive Rockfill Detention Dams. Journal of Agricultural Science and Technology. 9: 317-326.

Samani,H.M.V., Samani,J.M.V and Shayannejad,M. 2003. Reservoir routing using steady and unsteady flow through rockfill dam. Journal of Hydraulic Engineering. 129.6:448-454.

Versteeg,H and Malalasekera,W. 2007. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method, 2nd Edition.  Pearson Education Ltd, Harlow, England, 557 pp.